四川大学赵瀛兰、罗有福课题组合作发现抑制DHODH并诱导ROS产生的抗肿瘤小分子

前言

二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）是嘧啶从头合成的第四个催化限速酶，在多种肿瘤中高表达，该靶点广泛应用于抗疟疾、硬化症、风湿性关节炎及抗肿瘤的研究。活性氧（ROS）在生物体中具有重要功能，过量的ROS会导致肿瘤细胞的脂质、蛋白质和DNA氧化损伤。研究表明，hDHODH缺失会导致呼吸链复合物III功能失常，线粒体膜电位降低，诱导ROS生成。

近日，四川大学赵瀛兰、罗有福课题组在J. Med. Chem. 合作发表了一苯醌三氮唑类化合物，能有效抑制hDHODH并增加ROS的产生，进而达到抑制肿瘤的效果。

基于DHODH晶体结构中原始底物辅酶Q结合位点的分析，本文作者运用苯醌结构片段模拟辅酶Q的结合模式，并通过三唑环固定构象设计了如上图A骨架类化合物。

基于该骨架，首先合成了一系列化合物，如上图，其中单一苯环取代的衍生物DHODH酶活基本都大于1000 nM，其联苯取代的化合物3s酶活能达到19 nM，而末端N杂环的化合物活性又明显丧失。

因此，基于化合物3s进行了构效关系研究，主要优化了联苯结构取代基团及苯醌骨架的替换，发现了一系列具有hDHODH高抑制活性的化合物。

通过晶体解析了该类化合物与hDHODH的作用方式，与设计的一致，该类分子苯醌骨架有效模拟了底物辅酶Q的结合，与关键残基R136形成氢键相互作用，其联苯片段有效占据了该口袋的疏水空腔，末端苯环间位的取代可与口袋边缘的残基形成额外的氢键相互作用。

通过肿瘤细胞抑制活性筛选发现化合物11k和11l具有更佳的活性及溶解性。进而通过尿苷回补实验证实化合物11l和11k确为DHODH有效的抑制剂。

通过测试Raji细胞的ROS水平及膜电位的变化可以发现化合物11k和11l处理后能够有效诱导ROS产生，并降低线粒体膜电位；同时发现化合物11l和11k处理后会导致细胞停滞在S期。

药代动力学研究表明化合物11l口服生物利用度较差，仅9.66%；通过纳米晶处理可提高到25.16%，其体内抗肿瘤活性在80 mg/kg的口服剂量下抑瘤率可达到68%。

总结：

本文发现了一类新骨架的hDHODH抑制剂，能增加ROS的产生，目前最优的化合物11l表现出一定的体内抗肿瘤活性，针对该类化合物的理化性质进一步优化有望发现具有高潜力的抗肿瘤药物。

参考文献：

[1] Zeping Zuo. Bifunctional Naphtho[2,3‑d][1,2,3]triazole-4,9-dione Compounds Exhibit Antitumor Effects In Vitro and In Vivo by Inhibiting Dihydroorotate Dehydrogenase and Inducing Reactive Oxygen Species Production. J. Med. Chem. 2020. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.0c00512.