研究背景:随着分子生物学和结构生物学的发展,作为受体的生物大分子的三维结构被越来越多的发现和测定。根据已知生物大分子的结构信息,利用计算化学和计算生物学方法筛选与其相互作用的小分子,即基于结构的药物设计方法(structure-based durg design,SBDD)。这个方法能够大大降低新药研发的成本和周期,因此越来越多的应用在目前的药物研发领域。肿瘤作为一种严重威胁人类健康的疾病,一直是科学家们致力于攻克的目标。细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin dependent kinase,CDK),是丝/苏氨酸蛋白激酶家族中的一员,是参与细胞周期调控的关键酶。CDK2作为其中一个亚型,其与cyclinE和cyclin A结合后,能够促进细胞G1到S期的转变,同时参与调控S期进程。有研究发现,超过80%的癌症都会出现CDK2过表达,如肝癌,乳腺癌等,因此发现靶向作用于CDK2的抑制剂有利于发现新型抗癌药物;信号转导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)参与JAK-STAT3信号通路的作用,JAK-STAT3信号通路是由细胞因子刺激而激活的信号通路,参与细胞核基因转录调控,对细胞正常生理功能的维持起着不可或缺的作用。然而STAT3的持续激活会诱导一系列基因高表达,促进细胞增殖,恶性转化,抑制细胞凋亡,从而导致癌症的发生,促进癌症进程。近年来也陆续发现STAT3在多种癌症中高表达,使得STAT3成为发现抗癌药物重要靶标。目前CDK2-cyclinA复合物和STAT3的三维结构都已发现并研究报道,这也为研究针对特异蛋白的小分子抑制剂提供了基础。研究目的:利用CDK2-cyclinA复合物晶体结构设计发现作用于CDK2蛋白ATP口袋的新的母核结构的化合物;利用STAT3晶体结构设计靶向作用于其SH2结构的抑制剂。研究方法:本文以CDK2-cyclinA和STAT3蛋白三维结构为基础,首先运用计算机辅助药物设计方法进行分子对接,筛选商业化合物库,对小分子进行打分和排序,购买其中打分靠前的小分子。对购买的CDK2潜在小分子抑制剂进行体外活性初筛,挑选活性最好的进行药物化学改造,以提高小分子的生物活性。将改造后具有相同母核、不同取代基的小分子进行体外活性检测,得到最好的小分子在癌细胞中进行CCK8实验,接着运用米氏方程验证小分子抑制剂的竞争性。运用FP实验对购买的STAT3潜在小分子抑制剂进行体外活性初筛,将活性较好的几个在MDA-MB-468细胞中进行CCK8实验,最终筛出活性最好的一个在多种癌细胞中进行CCK8验证。使用Biacore实验验证其作用位点。实验结果:CDK2抑制剂:初筛得到81号化合物,半数抑制浓度IC50是30.34μM。经过药物化学改造,得到CDK2抑制剂WZ-26,其IC50是3.81μM,较初筛得到的化合物活性提高了近10倍。在人源肝癌细胞HepG2中进行细胞增殖抑制检测,其IC50是30.58μM;经实验验证WZ-026是ATP竞争性抑制剂。STAT3抑制剂:FP实验初筛后挑选几个对STAT3具有最佳结合力的小分子进行细胞增殖抑制检测,最终得到作用于STAT3的抑制剂B9,在MDA-MB-468细胞中,IC50为5.1μM;在MDA-MB-231和DU145细胞中的IC50为18.87μM和63.77μM,表现出了明显的细胞增殖抑制活性,同时还利用Biacore的方法验证了小分子的作用区域是STAT3的SH2结构域。结论:运用基于结构的药物设计方法得到了:(1)具有抑制CDK2活性的小分子81,对其进行药物化学改造后,得到了小分子WZ-26,它是一个ATP竞争性抑制剂,在人源肝癌细胞中表现出增殖抑制活性;(2)具有抑制STAT3活性的小分子B9,在乳腺癌和前列腺癌细胞系中都表现出了增值抑制活性。其作用区域位于STAT3蛋白的SH2结构域。