表观遗传学是研究在不涉及DNA序列改变的情况下影响基因表达的可遗传因素。表观遗传调控的异常与多种疾病的发生和发展密切相关。DNA甲基化是哺乳动物最重要的表观遗传修饰之一,由DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases,DNMTs）负责调控。哺乳动物中主要存在DNMT1、DNMT3A和DNMT3B三类具有催化活性的DNMT。研究表明,它们的表达异常可引发某些抑癌基因启动子区的高甲基化从而沉默抑癌基因,使得细胞发生癌变。因此,DNMT作为抗肿瘤药物研发的重要靶标获得了广泛关注。DNMT抑制剂可以通过逆转肿瘤中异常的DNA甲基化模式而达到治疗肿瘤的目的,具有很好的临床应用前景。目前已发现的DNMT小分子抑制剂主要分为核苷类和非核苷类。核苷类抑制剂中的阿扎胞苷和地西他滨已被FDA批准用于急性髓性白血病等癌症的治疗,但这类抑制剂的细胞毒性、不稳定性等缺点限制了它们的临床应用。另一类非核苷类抑制剂现已成为DNMT抑制剂研究的重点方向,它们毒副作用小,但大多数存在活性弱、选择性不明确等问题。因此,发现高活性、低毒性和确定选择性的DNMT抑制剂不仅有助于DNMT的功能研究,还对抗肿瘤药物研发具有重要意义。在本论文的第一部分工作中,为研究DNMT选择性抑制分子机制,我们采用分子动力学模拟结合伞形采样（US,Umbrella Sampling）技术研究了三个具有代表性的抑制剂（SFG,DC₀5和GSKex1）对DNMT1和DNMT3A的结合模式。计算结果在分子层面上揭示了三个抑制剂脱离出不同靶点活性口袋的路径差异和选择性机理。本研究为设计DNMT1或DNMT3A选择性抑制剂提供了重要信息,也为本论文第二部分DNMT3A抑制剂的筛选提供了理论指导。在第二部分工作中,我们首先利用虚拟筛选方法,结合分子水平活性验证,获得了一个活性在个位数微摩尔级别的全新骨架DNMT3A抑制剂DY-46。接着我们通过相似性搜索在Chemdiv数据库中获得了21个DY-46的结构类似物,并通过分子水平活性验证得到了活性显著增强的化合物DY-46-2(IC₅₀=0.15μM)。进一步选择性测试表明,DY-46-2是DNMT3A的选择性抑制剂,其对DNMT1,DNMT3B和组蛋白甲基转移酶G9a均具有良好的选择性。此外,通过细胞水平实验验证了DY-46-2可以显著抑制白血病、结肠癌等多个癌细胞系的细胞增殖,且对正常细胞几乎无杀伤作用。本研究工作发现了活性强、选择性好的全新骨架结构的DNMT3A抑制剂,该抑制剂的发现为DNMT抑制剂的研究提供了新的思路。综上所述,本研究通过分子动力学模拟相关技术研究了DNMT抑制剂的选择性机制,并通过虚拟筛选方法结合生物活性实验发现了高活性、高选择性的全新骨架结构的DNMT3A抑制剂。该抑制剂的发现不仅有利于DNMT3A的生物学功能研究,也为抗肿瘤药物研发提供了有潜力的先导化合物。