阅读说明：本技术 一种化合物在癌症治疗药物中的应用 (Application of compound in cancer treatment medicine ) 是由 周维英 李小丽 周端方 宋燚 张欢 龙良源 于 2020-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及生物医药领域,具体涉及一种化合物在癌症治疗药物中的应用。本方案的化合物Zinc-09具有较好的抗癌活性以及SGK3(血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶3)靶向性,可靶向性抑制SGK3的下游通路,对SGK3介导的癌细胞的发生发展产生抑制作用。本方案的Zinc-09可以解决由于乳腺癌的高异质性造成的现有药物不能满足靶向精准治疗的需求的问题。Zinc-09及其衍生物可被开发为靶向SGK3的抑制剂从而发挥其抗癌作用。(The invention relates to the field of biological medicines, in particular to application of a compound in a cancer treatment medicine. The compound Zinc-09 has good anticancer activity and SGK3 (protein kinase 3 induced by serum and glucocorticoid) targeting property, can inhibit the downstream pathway of SGK3 in a targeted manner, and has an inhibiting effect on the generation and development of SGK 3-mediated cancer cells. The Zinc-09 of the scheme can solve the problem that the existing medicine cannot meet the requirement of targeted precise treatment due to high heterogeneity of the breast cancer. Zinc-09 and derivatives thereof can be developed into SGK3 targeted inhibitors to exert anticancer effects.)

一种化合物在癌症治疗药物中的应用

技术领域

本发明涉及生物医药领域，具体涉及一种化合物在癌症治疗药物中的应用。

背景技术

乳腺癌已成为严重威胁女性健康乃至生命的最常见肿瘤之一，其导致的死亡率已位居女性肿瘤死亡第一位。乳腺癌的发生发展过程及其机制极其复杂。随着对乳腺癌生物学行为认识的不断深入，以及治疗理念的转变与更新，乳腺癌的治疗进入了手术、化疗和放疗的综合治疗时代。其中，药物化疗仍然是临床治疗乳腺癌的主要手段之一。

靶向治疗相对于全面化学疗法来说，是一种新兴的、更为高效的治疗方法。比如，基于受体酪氨酸激酶家族成员如表皮生长因子受体(EGFR)和人表皮生长因子受体2(HER2)靶向抑制剂吉非替尼(Gefitinib)、厄洛替尼(Erlotinib)及曲妥珠单抗(Trastuzumab)等，以及EGFR和HER2的双重抑制剂如拉帕替尼。这些分子靶向性药物主要靶向于特定的细胞、基因或受体，具有特异性强、效率高、副作用小、提高患者总生存期等优点，已广泛用于临床，取得了让人振奋的结果。但由于乳腺癌的高异质性，仍然满足不了临床精准治疗的需求，且存在的耐药问题对乳腺癌的靶向治疗提出了新的挑战。因此，亟需研发新的针对不同分子表型的靶向性的抗乳腺癌药物，以满足临床精准治疗乳腺癌的需求。

发明内容

本发明意在提供一种化合物在癌症治疗药物中的应用，以解决由于乳腺癌的高异质性造成的现有药物不能满足靶向精准治疗的需求的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种化合物在制备癌症治疗药物中的应用，其特征在于，所述化合物的结构式如式(Ⅰ)所示；

本方案的原理及优点是：本方案的化合物简称为Zinc-09，系统名称为6-[2-(3,4-dimethoxyphenyl)vinyl]-5-nitro-2,4(1H,3H)-pyrimidinedione(6-[2-(3,4-二甲氧基苯基)乙烯基]-5-硝基-2,4(1H，3H)-嘧啶二酮)，化学式为C₁₄H₁₃N₃O₆。通过阻滞细胞周期于G1期从而抑制细胞增殖，并促进细胞自噬从而抑制肿瘤的发生发展，Zinc-09具有抑制肿瘤发生发展的作用和价值。且Zinc-09具有靶向性抑制血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶3(SGK3)的作用，可抑制SGK3介导的癌细胞发生发展相关通路。其中，SGK3是参与多种细胞信号转导的信号分子，发现在细胞内磷酸化级联反应过程中发挥重要作用，它的表达能促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，在细胞生长、分化、生存、物质转运等过程中起重要作用。SGK3受***的调控，促进***介导的肿瘤细胞的存活。所以SGK3抑制剂(Zinc-09)具有潜在的抑制女性乳腺癌的作用。现有技术中尚无针对SGK3的小分子抑制剂抗乳腺癌的研究。

发明人在进行抗癌药物研发时，为了选出可能具有SGK3靶向性的候选化合物，发明人对库中200万化合物进行了计算机辅助筛选，获得上万种候选化合物。在计算机辅助筛选阶段，由于并无现成的SGK3单晶结构，发明人进行了同源性建模，获得了SGK3单晶结构的模型。然后利用SGK3单晶结构的模型对库中200万化合物进行了匹配筛选，获得上万种候选化合物。发明人再对这些候选化合物进行高通量的实验筛选。从这些候选化合物的癌细胞抑制活性和作用靶点等方面进行性全面研究，最终发现了Zinc-09这一化合物具有较好的抑制癌细胞增殖的活性。而其他的候选化合物均因为抗癌活性差或者靶向性差的问题被淘汰。

经功效验证，Zinc-09具有较好的抗癌活性以及SGK3靶向性。在***受体阳性乳腺癌中，过表达的***受体启动下游SGK3过量表达，进而对癌细胞的增殖、迁移、细胞的凋亡等生物学行为产生影响。Zinc-09可抑制SGK3和p-SGK3蛋白的表达，进而抑制了SGK3的下游通路，对癌细胞的发生发展产生抑制作用。另外，Western blot结果表明，Zinc-09可通过下调G1期相关蛋白CyclinD1、p-CyclinD1的表达，并且上调P21的表达从而使细胞周期进程阻滞于G1期从而发挥抗癌作用。Zinc-09作用于癌细胞不同时间，随着作用时间的延长，自噬标志性蛋白LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的表达明显升高，而自噬抑制基因mTOR和p-mTOR蛋白的表达明显下调。说明Zinc-09通过诱导细胞自噬和周期阻滞从而发挥抗乳腺癌的目的。

综上，本发明的化合物(Zinc-09)的有益效果在于：Zinc-09可靶向抑制SGK3和p-SGK3蛋白的表达，进而抑制癌细胞的增殖和发展。Zinc-09可满足临床治疗时靶向精准治疗的需求，对SGK3相关通路介导的癌症有特异性的治疗效果。Zinc-09可通过促进G1期阻滞和细胞自噬等多个途径来对癌细胞形成抑制。并且毒理实验结果表明，Zinc-09对正常细胞毒性小，安全性高。

进一步，所述癌症为***受体阳性型乳腺癌。

在***受体阳性型乳腺癌(ER+乳腺癌)中***受体(ER)大量表达，ER启动下游血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶3(SGK3)过量表达，进而对乳腺癌细胞的增殖、迁移、细胞的凋亡等生物学行为产生影响。在***受体阳性型乳腺癌中，乳腺癌癌细胞从***接收生长信号，是最常见的乳腺癌类型。使用本方案的化合物(Zinc-09)可对SGK3和p-SGK3蛋白的表达具有抑制作用，抑制***受体阳性乳腺癌中ER介导的肿瘤细胞的发生和发展，进而起到治疗乳腺癌的作用。

进一步，所述乳腺癌为SGK3高表达的乳腺癌。

SGK3蛋白的表达受***的调控，促进***介导的肿瘤细胞的存活。在一些乳腺癌中，SGK3蛋白存在高表达的情况，即SGK3蛋白表达量超过正常水平。本方案的化合物(Zinc-09)不仅对SGK3蛋白的表达具有抑制作用，还可也以抑制SGK3蛋白的磷酸化，具有潜在的抑制女性乳腺癌的作用，可用于治疗SGK3高表达的乳腺癌。Zinc-09是针对SGK3的小分子抑制剂。

进一步，所述药物为SGK3或p-SGK3蛋白表达的抑制剂。

血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶3(SGK3)是近年来新发现的PI3K下游信号分子，其在哺乳动物组织和细胞中广泛表达，通过磷酸化下游的靶蛋白而参与调控细胞增殖、存活、迁移及物质跨膜转运等。SGK3是一种Ser/Thr蛋白激酶，为SGK家族中的一员。一直以来，针对该蛋白激酶的研究及其功能了解甚少。SGK3是PI3K/Akt/mTOR信号传导通路中又一个关键分子，与该信号通路中的另一重要激酶家族蛋白激酶B(PKB/AKT)有很高的同源性，可以识别相同的底物序列，并对一些相同的底物进行磷酸化，例如：GSK3β(Glycogensynthase kinaseβ)、BAD(Bcl-2associated death promoter)、FOXO3a(Forkheadtranscription factor 3a)、PRAS40(Proline-rich AKT substrate of 40kDa)以及TSC2(Tuberous sclerosis factor 2)等，与人类多种疾病包括肿瘤的发生密切相关。

SGK3与乳腺癌***(ER)受体表达相关、具有介导乳腺癌中INPP4B依赖性PI3K信号传导的功能，SGK3在浸润性乳腺癌中的表达较正常乳腺组织增高,SGK3过表达会影响乳腺癌细胞增殖、凋亡、侵袭迁移等恶性生物学行为。因此，SGK3抑制剂具有潜在抑制女性乳腺癌的作用，但目前尚无针对SGK3小分子抑制剂抗乳腺癌的研究。

本方案的化合物(Zinc-09)可对SGK3蛋白的表达具有抑制作用，本化合物可作为SGK3小分子抑制剂应用于抗乳腺癌的治疗中(详见实施例3)。

进一步，所述药物为SGK3蛋白磷酸化的抑制剂。

本方案的化合物(Zinc-09)不仅对SGK3蛋白的表达具有抑制作用，还也以抑制SGK3蛋白磷酸化，即抑制SGK3蛋白的活化(详见实施例3)。

进一步，所述药物为乳腺癌细胞的G1期阻滞剂。

细胞周期调控与乳腺癌的发生发展关系密切，一个完整的细胞周期包括三个检测点：G1/S监测点、G2/M检测点和纺锤体组装检测点，细胞一旦通过G1/S检测点，其可不用依赖外源信号的刺激便可完成细胞周期，因此，G1/S期检测点被认为是最重要的细胞周期检测点，而细胞周期进程的破坏也常常发生于G1期。细胞周期蛋白CyclinD1和CDK4为G1期调控的关键蛋白，CyclinD1在G1中后期与CDK4蛋白结合，激活并保持CDK4蛋白的活性，对细胞周期起促进作用，P21为细胞周期抑制因子，主要通过抑制CDKs复合物活性参与细胞周期调控，阻断细胞由G1期向S期过渡。Western blot结果表明，Zinc-09可通过下调G1期相关蛋白CyclinD1和p-CyclinD1的表达，并且上调P21的表达从而使细胞周期进程阻滞于G1期从而发挥抗乳腺癌作用(详见实施例4)。

进一步，所述药物为乳腺癌细胞自噬促进剂。

细胞自噬(autophagy)，又称Ⅱ型程序性细胞死亡，是细胞在自噬相关基因的调控下利用溶酶体降解自身受损的细胞器和大分子物质的过程。近年来的大量研究表明自噬与肿瘤密切相关，自噬可以调节肿瘤的形成、增殖、转移以及能量代谢等诸多方面。自噬在乳腺癌的发生发展中发挥着双重作用，一方面，饥饿、低氧、高温等外界条件刺激或细胞器损伤、胞质成分积聚等内部环境变化都可诱导细胞自噬，自噬能有效地隔离、清除受损的细胞器和错误折叠的蛋白，对于细胞的生长、发育和维持内环境稳态具有积极意义；另一方面，自噬过强或持续时间过长，超过细胞自身的调控能力也会引起细胞代谢紊乱和过度凋亡等病理行为。因此可通过促进可诱导细胞死亡的自噬来达到治疗乳腺癌的目的。微管相关蛋白轻链(LC)3及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等都在该过程中发挥了重要作用，我们的结果表明，Zinc-09作用于乳腺癌ZR-75-1细胞不同时间，随着作用时间的延长，自噬标志性蛋白LC3Ⅱ/LC3Ⅰ明显升高，而自噬抑制基因mTOR和P-mTOR蛋白的表达明显下调。说明SGK3抑制剂候选药物Zinc-09通过诱导细胞自噬发挥抗乳腺癌的目的。(详见实施例4)。

进一步，使用所述化合物处理MCF-7细胞72h后，所述化合物体外抑制MCF-7细胞活性的IC₅₀值为263.0μM。

使用所述化合物处理MCF-7细胞72h后，所述化合物体外抑制MCF-7细胞活性的IC₅₀值为263.0μM。Zinc-09对MCF-7细胞(ER+乳腺癌细胞)具有较强一定的体外抑制作用，提示了其具有一定的抗癌活性。

进一步，使用所述化合物处理ZR-75-1细胞72h后，所述化合物体外抑制ZR-75-1细胞活性的IC₅₀值为114.7μM。

使用所述化合物处理ZR-75-1细胞72h后，所述化合物体外抑制ZR-75-1细胞活性的IC₅₀值为114.7μM。Zinc-09对ZR-75-1细胞(ER+乳腺癌细胞)具有较强的体外抑制作用，提示了其具有抗癌活性。

进一步，使用所述化合物处理T47D细胞72h后，所述化合物体外抑制T47D细胞活性的IC₅₀值为131.6μM。

使用所述化合物处理T47D细胞72h后，所述化合物体外抑制ZR-75-1细胞活性的IC₅₀值为131.6μM。Zinc-09对T47D细胞(ER+乳腺癌细胞)具有较强的体外抑制作用，提示了其具有抗癌活性。

另外，使用200μM的本方案所述化合物Zinc-09处理MCF-10A细胞48h后，所述化合物对MCF-10A细胞(正常乳腺上皮细胞)活性的抑制率与卡铂相当。提示Zinc-09对正常细胞的毒性小，安全性高。

附图说明

图1展示了本发明实施例1的Zinc-07对MCF-7细胞的抑制率。

图2展示了本发明实施例1的Zinc-08对MCF-7细胞的抑制率。

图3展示了本发明实施例1的Zinc-09对MCF-7细胞的抑制率。

图4展示了本发明实施例1的Zinc-13对MCF-7细胞的抑制率。

图5展示了本发明实施例1的不同浓度和不同处理时间的Zinc-09对MCF-7细胞的抑制率。

图6展示了本发明实施例1的不同浓度和不同处理时间的Zinc-09对ZR-75-1细胞的抑制率。

图7展示了本发明实施例1的不同浓度和不同处理时间的Zinc-09对T47D细胞的抑制率。

图8展示了本发明实施例2的Zinc-09对正常乳腺上皮细胞MCF-10A的体外细胞毒性评价结果。

图9展示了本发明实施例3的6株乳腺癌细胞系中SGK3蛋白的表达情况。

图10展示了本发明实施例3的Zinc-09作用于ER+乳腺癌细胞ZR-75-1后的蛋白表达情况。

图11展示了本发明实施例3的T47D-tet-on-SGK3细胞系在DOX的诱导下SGK3蛋白的表达情况。

图12展示了本发明实施例3的Zinc-09对SGK3蛋白的表达水平的抑制情况。

图13展示了本发明实施例4的Zinc-09作用下G1期相关蛋白的表达情况。

图14展示了本发明实施例4的Zinc-09作用下自噬相关蛋白的表达情况。

具体实施方式

在实施例1-4中，化合物Zinc-01，Zinc-02，Zinc-03，Zinc-04，Zinc-05，Zinc-06，Zinc-07，Zinc-08，Zinc-09，Zinc-10，Zinc-11，Zinc-12，Zinc-13，Zinc-14购于ChemBridge公司；乳腺癌细胞株MCF-7、ZR-75-1、T47D，正常乳腺上皮细胞MCF-10A购于ATCC；DMEM及1640培养基购于Hyclone公司；噻唑蓝(MTT)购于生工生物工程(上海)股份有限公司；β-actin、Cyclin D1、p-CyclinD1、P21、LC3、m-TOR、p-mTOR抗体购于Cell SignalingTechnology公司。

实施例1：药物对细胞活性的影响的研究

取对数生长期的人乳腺癌细胞MCF-7、ZR-75-1和T47D细胞制备成单细胞悬液，分别接种于96孔培养板，每孔180μl，分别加入12.5、25、50、100、200μmol/l的候选化合物，分别培养24h、48h、72h后，每孔加入MTT 20μl，继续培养4h后弃去培养基，加入150μl DMSO震荡混匀后，采用全自动酶联免疫检测仪测定各孔在570nm波长处的OD值，计算细胞生长抑制率(inhibition ratio，IR)和IC50。

本实验例对14个化合物进行了MTT实验。实际上发明人在进行研究的时候，发明人对库中200万化合物进行了筛选，共筛选出14个潜在化合物，在后续的MTT实验中进一步发现四种化合物具有一定的癌细胞抑制活性。以乳腺癌MCF-7细胞为研究对象，研究了四种化合物对该细胞的抑制效果，这四种化合物分别为：Zinc-07，Zinc-08，Zinc-09和Zinc-13，四种化合物的结构式分别见式(Ⅰ)、式(Ⅱ)、式(Ⅲ)和式(Ⅳ)。

四个化合物分别采用12.5、25、50、100、200μmol/l五个浓度作用于MCF-7细胞48h，采用MTT法初步观察这四个化合物对MCF-7细胞活力的影响。初步的体外生物学活性结果表明，Zinc-07，Zinc-08，Zinc-09和Zinc-13随着浓度的增大，对细胞的抑制率也逐渐增加(图1-图4，上述图中数据形式为mean±SE，n＝6)，其中Zinc-09效果最好，Zinc-13效果其次，且最大的抑制率均超过30％，表明这两个化合物有进一步研究的意义，但由于Zinc-13存在溶解性差的问题，故选取化合物Zinc-09进行下一步研究。进一步以ER(+)乳腺癌MCF-7细胞、ZR-75-1细胞和T47D细胞为研究对象对Zinc-09的体外抗乳腺癌活性进行评价，最终确定Zinc-09具有较好的体外抗乳腺癌活性(图5、图6和图7，上述图中数据形式为mean±SE，n＝6)，因此以Zinc-09作为SGK3抑制剂候选药物对其抗乳腺癌作用及机制进行更深入的研究。经过计算，使用化合物Zinc-09处理MCF-7细胞72h后，化合物体外抑制MCF-7细胞活性的IC₅₀值为263.0μM。使用化合物Zinc-09处理ZR-75-1细胞72h后，化合物Zinc-09体外抑制ZR-75-1细胞活性的IC₅₀值为114.7μM。使用化合物Zinc-09处理T47D细胞72h后，化合物Zinc-09体外抑制T47D细胞活性的IC₅₀值为131.6μM。

实施例2：Zinc-09体外细胞毒性评价

以临床上常用的抗癌药物紫杉醇(paclitaxel,PTX)作为阳性对照，PTX浓度为0.5μM，以正常乳腺上皮细胞MCF-10A为研究对象，MTT法检测Zinc-09的细胞毒性，实验结果如图8所示(图中数据形式为mean±SE，n＝6)，结果表明，在正常乳腺上皮细胞MCF-10A中，PTX作用48h对细胞的抑制作用为32.3％，200μM Zinc-09对MCF-10A细胞的抑制率为40.7％，而在Zinc-09低于200μM时，药物对MCF-10A细胞的抑制作用均小于PTX，说明与临床抗乳腺癌药物PTX相比，Zinc-09细胞毒性小。

实施例3：Zinc-09作用靶点的确证

本实施例采用常规的western blot进行检测，基本流程为：将细胞接种于T25培养瓶中，待细胞贴壁后加入不同浓度的供试药物处理不同时间后，收集细胞，用RIPA(加PMSF)冰上裂解1h后，4℃离心20min，取上清加5×loading buffer，100℃煮5min，使蛋白变性。经SDS－PAGE分离后转膜至PVDF膜，封闭、孵育一抗和二抗后显色。

在乳腺癌的发生发展中，SGK3的表达受***诱导调控，因此我们首先检测了6株乳腺癌细胞系(MCF-7、ZR-75-1、T47D、MDA-MB-231、MDA-MB-453、CAL-148)中SGK3蛋白的表达情况，其中MCF-7、ZR-75-1、T47D细胞为***受体阳性细胞系，结果表明，SGK3在ER+细胞系MCF-7、ZR-75-1、T47D细胞中高表达(图9)。200μM Zinc-09作用于ER+乳腺癌细胞ZR-75-1不同时间，结果表明Zinc-09能够下调SGK3和P-SGK3蛋白(磷酸化SGK3蛋白)水平，且具有时效关系(图10)。为了对Zinc-09作用靶点进行确证，我们通过逆转录病毒建立了可由DOX(强力霉素)诱导表达SGK3的稳定转染细胞系T47D-tet-on-SGK3。当没有DOX诱导时，SGK3不表达或表达很低，加入不同浓度的DOX诱导24h，SGK3蛋白的表达随着DOX浓度的增加而增高，说明DOX可诱导表达SGK3的细胞系T47D-tet-on-SGK3细胞系构建成功，且当DOX浓度为500ng/ml时，SGK3的表达量最大(图11)，因此，选取DOX浓度为500ng/ml进行后续验证。500ng/ml DOX诱导T47D-tet-on-SGK3细胞SGK3过表达后分别加入50，100，200μmol/l的SGK3抑制剂候选药物Zinc-09，随着Zinc-09作用浓度的增加，SGK3蛋白的表达逐渐降低(图12，阴性对照为不使用DOX诱导T47D-tet-on-SGK3细胞)，说明候选药物Zinc-09能够从蛋白水平下调SGK3的表达。

实施例4：Zinc-09抗乳腺癌的作用机制研究

我们已经证实SGK3抑制剂候选药物Zinc-09能够抑制ER+细胞系MCF-7细胞、ZR-75-1细胞和T47D细胞的增殖，且Zinc-09能够下调SGK3蛋白的表达，为了进一步阐明其抗乳腺癌的机制，通过western blot检测G1期相关蛋白的表达，不同浓度的Zinc-09处理ZR-75-1细胞72h，结果表明，随着Zinc-09作用浓度的增大，CyclinD1(G1/S-特异性周期蛋白-D1)的表达逐渐减少，而P21(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子1A)的表达逐渐增高(图13)。由于细胞自噬与乳腺癌的发生发展有着密切的关系，我们也检测了Zinc-09处理的ZR-75-1细胞中自噬相关基因的表达。结果表明，自噬标识蛋白LC3Ⅰ/LC3Ⅱ的表达随着Zinc-09作用时间的延长而逐渐升高，自噬抑制基因m-TOR、p-mTOR蛋白的表达随着Zinc-09作用时间的延长而逐渐降低(图14)，因此，SGK3抑制剂候选药物Zinc-09是通过阻滞细胞的G1期和促进自噬而发挥抗乳腺癌作用。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。