组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶1(LSD1)是发现的第一个组蛋白的去甲基化酶,揭示了组蛋白的甲基化也是一个动态调节的过程。LSD1在辅酶黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的参与下,可以特异性去掉H3K4和H3K9的单甲基化和双甲基化,从而调节下游基因转录。LSD1还可以去除抑癌基因p53、转录因子E2F、DNA甲基转移酶1(DNMT1)等非组蛋白底物的甲基化,进而调控细胞生物学功能。研究证明,LSD1在多种恶性肿瘤中过表达,在肿瘤的发生、增殖和转移中起着重要作用。LSD1己经成为肿瘤预防和治疗的新靶点,研究开发选择性好,高效低毒的LSD1抑制剂是治疗癌症的新途径。本课题组前期报道了两类结构新颖的可逆性LSD1抑制剂,如三氮唑-氨基二硫代甲酸酯系列及氨基硫脲-端炔-嘧啶系列,在酶水平和细胞水平以及体内均表现了较好的肿瘤抑制效果。分子对接及动力学模拟结果表明,这两类抑制剂结构中的三氮唑环和嘧啶环能和LSD1形成有效的氢键等作用,通过竞争FAD或底物来抑制LSD1的活性。本课题拟将嘧啶和三氮唑这两个氮杂环组合到一个体系中,通过引入不同结构特征的取代基或官能团,合成了一系列结构新颖的嘧啶并三氮唑类衍生物,对新合成的化合物进行了广泛的LSD1抑制活性筛选,并对活性较好的化合物进行了抗肿瘤活性评价及机制研究。本论文的研究工作主要包括以下几个方面:一、将嘧啶和三氮唑这两个多氮杂环组合成一个新的嘧啶并三氮唑稠环骨架,通过结构修饰初步合成了 30个化合物,发现了具有LSD1抑制活性的结构特征,并对活性较好的先导化合物1-37(IC50 = 0.564μM)进行了活性评估。结果表明,化合物1-37能够可逆地作用于LSD1,对LSD1的同源蛋白MAO也具有一定的选择性,能够抑制LSD1高表达的胃癌细胞株MGC-803的增殖、转移和EMT过程,并使LSD1的生物标志物CD86的表达量明显上调,表明其在细胞水平也能够作用于LSD1。分子对接结果表明,巯基吡啶上的氮原子和氨基酸残基之间的氢键作用对抑制LSD1的活性有重要贡献,为进一步设计活性更好的嘧啶并三氮唑类LSD1抑制剂提供了结构优化方向。二、基于以上初步构效分析,通过在嘧啶并三氮唑骨架中引入巯基杂环并进行广泛的结构修饰后,获得了一系列活性优异的LSD1抑制剂,其中化合物II-15u的IC50为50 nM,该化合物在蛋白水平可逆性抑制LSD1,并对MAO有很好的选择性,机制研究表明该化合物是底物竞争性LSD1抑制剂。在细胞水平,化合物II-15u能够抑制多种LSD1高表达的肿瘤细胞的增殖,对白血病类细胞株表现出更好的增殖抑制能力,其中对THP-1细胞的增殖抑制作用最强(IC5O =0.45μM)。通过检测LSD1标志物CD86和CDllb的表达量变化,可以确认化合物II-15u在细胞水平能够抑制LSD1的活性。同时,该化合物能够显著抑制THP-1的细胞克隆形成,细胞形态学也发生明显改变。另外,基于本系列化合物的结构和活性数据,我们还建立了定量构效关系三维模型,能够很好地解释构效关系,对进一步优化结构获得更高效的嘧啶并三氮唑类LSD1抑制剂有重要的参考价值。三、通过将腙键结构引入到嘧啶并三氮唑骨架,我们合成一系列结构全新的嘧啶并三氮唑-腙类衍生物。遗憾的是,这个系列的化合物并不能有效地抑制LSD1活性,但大部分化合物仍具有很好的抗肿瘤活性。其中活性最好的化合物III-43对三个受试细胞株的增殖抑制活性都在lμM左右,但对胃粘膜正常细胞株GES-1无明显毒性。化合物III-43能够显著抑制MGC-803的克隆形成,引起细胞形态学变化,并能诱导MGC-803由线粒体介导的细胞凋亡。通过上述研究工作,共合成嘧啶并三氮唑类衍生物122个,并对新合成的化合物进行了 LSD1活性筛选和抗肿瘤活性评价,获得了一系列结构全新的LSD1抑制剂。这些发现是对LSD1抑制剂化学结构类型的全新补充,对进一步研究LSD1的生物机制及抗肿瘤药物的研究和开发都具有一定的意义。