吡唑甲酰胺类CDK4/6抑制剂的合成
肿瘤是一种多基因相关疾病,人类恶性肿瘤的分子特征是细胞周期调节失控。引起细胞分化的缺乏和细胞生长的失常,导致细胞无限增殖。肿瘤的发生与多种癌基因和抑癌基因的失衡有关。几乎所有癌基因、抑癌基因的功能效应,最终都会汇聚到细胞周期(cell cycle)上来。
细胞周期是指细胞从上一次分裂结束到下一次分裂完成所经历的整个过程,被分为G1.S, G2和M 4个时期。当促进有丝分裂的信号到达细胞核,静止(Go期)细胞进入G1期,为在S期中DNA合成作准备。在开始,cyclin D被合成,并连接到需活化的CDK4和CDK6上,它们的活化使成视网膜细胞瘤易感蛋白(Retinoblastoma protein, pRb)磷酸化;接着cyclin E合成后与CDK2结合而活化,使后期G1中pRb继续被磷酸化,细胞通过G1-S期的转移。pRb的过度磷酸化使之从转录因子E2F上分离出来,E2F用于诱导细胞增殖基因的转录[1],从而保持周期的连续性。细胞进入DNA合成的S期,cyclin A和CDK2与CDK1配位络合,细胞通过S期进入G2期。随后完成G2期,cyclin B-CDK1络合物带细胞通过M期(有丝分裂),完成分隔的细胞周期[2]。细胞周期G1和G2期中分别都有限制点,它们的存在,能确保完整的DNA通过这些周期分隔线。G1限制点保证了缺陷DNA得到修复后进入S期,G2限制点保证DNA在细胞进入有丝分裂(M期)前的完整性。
目前已经发现和细胞周期调控有关的分子主要包括三大类,即细胞周期蛋白(cyclins)、细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases, CDKs)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(cyclin-dependent kinase inhibitors, CKIs)。[3]这些基因被称为细胞周期基因(cell division cycle gene, cdc),其中CDKs是调控网络的核心,cyclins对CDKs具有正性调控作用,CKIs 有负性调控作用,共同构成了细胞周期调控的分子基础。
细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)是一组丝氨酸/苏氨酸激酶,具有较短的N端(beta;片层,beta;-sheet)和较长的C端(alpha;-螺旋,alpha;-helix),其ATP结合口袋位于N端和C端间的叶状深裂,决定着ATP或底物与CDK的特异性结合,在细胞调控机制中起关键性作用。细胞周期蛋白(cyclin)属细胞周期的正控蛋白,具有种属特异性和组织特异性。CDK与细胞周期蛋白以非共价键结合形成复合物,并通过细胞周期蛋白的表达和降解,参与酶的调节并维持细胞周期有序进行,其中CDK为催化亚基,细胞周期蛋白为调控亚基。不同的细胞周期蛋白-CDK复合物具有不同的生物学功能,并通过CDK的底物磷酸化,实现对细胞周期不同时相的推进和转化。CDK的活性依赖于其正调节亚基细胞周期蛋白的顺序性表达和负调节亚基细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cyclin dependent kinase inhibitor CKI)的浓度。同时,CDK的活性还受到磷酸化和去磷酸化及癌基因和抑癌基因调节的影响。现已发现,在哺乳动物中至少存在9种CDK,即CDK1~CDK9,其中仅CDKI、CDK2、CDK3、CDK4和CDK6直接介入细胞周期[4-5]。
细胞周期蛋白(cyclins)是CDK激酶促进细胞周期时相转变这一关键作用得以发挥的不可或缺的因素。此类蛋白在不同的细胞周期表达量不同,因而可以时相性地激活CDKs,而CDKs的时相性激活是细胞周期调控的核心[6]。
细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CKIs)是细胞周期的负性调节因子,其作用就是阻断细胞周期。CKI 可与 CDK 单独结合,也可与 CDK/cyclin 复合物结合而发挥作用。它是一种抑制细胞分化的抑制蛋白。CKIs是近年分离出的一类重要的细胞周期调控蛋白,这些蛋白能在体外与CDK , Cyclin或Cynclin-CDK复合物结合,从而抑制CDK的催化活性[7]。根据CKIs的结构特征,可把它们分为两大家族:p16和p21家族。前者包括p15、p16、p18、p19,都包含独特的四个锚蛋白重复序列(ankyrin repeats),能特异地抑制CDK4 、6的活性;后者包括p21,p27和p57等,它们在N末端有39% ~47%的序列同源,都含有一个广谱的Cyclin-CDK复合物结合位点[8]。
细胞周期调控的理论与肿瘤发生发展的关系是一个十分重要的研究领域,研究表明,细胞的增殖、分化、衰老和凋亡均是细胞周期依赖性的,抑制肿瘤细胞 cyclins 的表达,上调 CKIs 表达,均可选择性地抑制肿瘤组织 CDKs 的活性,阻止肿瘤细胞的异常增殖,同时保护了正常细胞,是肿瘤治疗的新思路。几乎所有的肿瘤都有细胞周期调控机制的破坏导致细胞生长失控、分化受阻、凋亡异常的特征。选择保护正常组织并诱导肿瘤细胞分化和凋亡的新药和有效的治疗新方案,调节偏离正常细胞周期轨道的肿瘤细胞回到正常轨道上来。[9]
CDKs是目前肿瘤治疗的理想靶点,在恶性肿瘤中常见表达,同时抑制CDKs能诱导凋亡。大多数的肿瘤致癌基因和抑癌基因的部分功能都是通过控制细胞的功能来实现的,包括细胞周期的进入和退出[10]。CDKIs的失活或者是Cyclins的过度表达都会导致限制点的缺失。比如,p16的缺失导致黑素瘤、肺部、胸部、直肠的肿瘤[11], Cyclin D1的过表达和乳腺癌有关,CDKs靶点能够恢复细胞周期检控点和减慢增殖或者诱导凋亡[12]。
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