CDK5靶向的海洋天然产物hymenialdisine及其衍生物.doc

毕业论文文献综述CDK5靶向的海洋天然产物hymenialdisine及其衍生物摘要：海洋天然产物具有化学结构新颖、生物活性多样、作用机制独特的特性,已成为发现觅要先导药物的主要源 泉和研制开发新药的基础本文介绍了海洋天然产物中存在激爾抑制剂，其中hymenialdisine作为一种激悔抑制剂阻 碍CDK5的活性过度表达,具有潜力开发成老年痴呆症药物或其前体因其分子中含有不稳定的漠原子取代基,不 具备作为药物分子所要求的稳定结构，故对其结构进行改造有望获得高稳定性、高选择性、高抑制活性的衍生物， 高选择性的激酶抑制剂作为药物开发的先导化合物，其毒副作用较低，有利于提高药物后期开发的成功率关键词：海洋天然产物；CDK5； hymenialdisine；衍生物；激酶抑制剂海洋是目前资源最丰富、保存最完整、最具有新药开发潜力的新领域近年来海洋天然产物越 来越引起科学家们的关注，海洋天然产物与陆生天然产物相比具有更加复杂多样、新颖奇特的结构 以及多元化的生物活性和机制在浩瀚的海洋中存在着大量超乎人们想象的化学结构新颖、生物活 性多样、作用机制独特的次生代谢产物，将成为发现重要先导药物的主要源泉和研制开发新药的基 础。

1海洋天然产物的最大来源者一海绵海绵品种繁多、分布广泛、次生代谢产物复杂多样,是已知海洋天然产物的最大来源近年来统 计资料表明：从海绵中发现的天然产物约片已发现的海洋天然产物总数的38%左右，从海绵中已发现 大量的抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒和免疫调节等活性物质丁海绵生物活性物质按照化学结 构类型可分为多糖类、聚瞇类、大环内脂类、话类、生物碱类、多肽类、缶醉和不饱和脂肪酸等 如hymenialdisine和dcbromohymenialdisin是首次从小轴海绵(Axinella sp)中分离得到的含毗咯七元环 内酰胺的生物碱类化合物，是天然的CDK5的选择性抑制剂②海绵中存在结构和数星如此丰富的有 潜力开发成药物的生物活性物质，使得对海绵的化学成分的研究成为海洋天然产物研究的一个热点 和重点领域2细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)是细胞周期调节的核心,与细胞周期蛋A(Cyclins).细胞周期 蛋白依赖性激酶抑制因了 (CKIs)等组成细胞周期调控网络系统CDKs的单体呈非活性构象，怦先与其相丿卫的细胞周期蛋H (cyclins)结合成Cyclins/CDKso组 成全酶后仍无活性,CDKs作为催化亚单位,其活性状态由CDKs分子中的Thr、Tyr残基的磷酸化和去 磷酸化修饰决定，首先CDKs分子上游的CDK激活激酶(CAK)催化其分了上ATP结合点附近的一个保 守的苏氨酸被磷酸化，麻再由CAK激活激酶(CAKAK)催化使Thr残基磷酸化和Tyr残基去磷酸 化,CDK即被激活，而活化的Thr残基去磷酸化则使CDK失活3。

目前已发现十多种CDKs,包括控制 细胞周期进程的CDK1,2,3,4,6,控制细胞转录的CDK7,&9和调控神经元损伤的CDK5部有一个催化 核心,均属丝/苏姐酸蛋片激酶家族，此催化核心的磷酸化和去磷酸化决定了细胞周期的运行2.1细胞周期蛋白依赖性激酶5 (CDK5)功能异常导致神经系统功能障碍细胞周期蛋白依赖性激酶5(cyclin-dependent kinase 5, CDK5)是细胞周期素依赖的蛋白酶家族中一个特殊成员，既非细胞周期索依赖，也不调节细胞周期，它具有一个特殊的功能即调控神经元损伤尽管CDK5与其它CDKs在分了结构上很相似，但其活化方式却明显不同于其CDKs家族成员单 体形态的CDK5在真核细胞体内备组织均有分布，但只有脑组织中的CDK5呈现高度的激酶活性「CDK5要与p35、p39等激活因子相结合而被激活，而这些激活因子只特异地分布在中枢神经系统 (central nervous system,CNS)中’，因此CDK5只在神经元中被激活，在CNS中发挥着尤为重要的 作用CDK5功能异常可导致神经系统功能障碍除了对正常调控神经功能外，CDK5活性失调或异常分布均对神经元冇毒害作丿IJ。

如CDK5缺失导致脑皮质层状细胞性纽构缺陷；CDK5缺陷小鼠运动神 经元岀现染色质融解、细胞气球样变、核偏位伴随神经丝堆积，表明CDK5缺失神经元存在轴浆运输 障碍，因此CDK5功能正常对运动神经元的生存至关重要；在果蝇中，CDK5活性升高或降低均可导 致轴突靶向错误和对腹部运动神经靶向识别错误；CDK5的表达下调导致老年性学习记忆减退⑹[fl]CDK5的过度表达会引发老年痴呆，阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD )的特征性病理改变 是神经元内神经原纤维缠结(NFTs)和神经元外老年斑(SPs)的沉积所造成的了NFTs是[tl过度磷酸 化的细胞骨架蛋白(如,神经细丝)组成，SPs主要由A|3构成，NFTs包含双股螺旋纤维(PHF)和直丝 (SF)PHF是NFTs的主要组成纤维，由两股亚单位以螺旋方式相互盘|11|而成PHF以缠结片段或分散 细丝方式被分离SF和PHF共有“U抗原决定簇u蛋白是构成PHF唯一必须的成分,异常磷酸化的 蛋白堆积是NFTs构成过程中最早期细胞骨架改变之一図不同蛋白激酶和磷酸化酶系统对蛋白的超磷酸化作川能引发“u蛋白的结构和构世改变，进而 影响它与微管蛋白结合和微管聚集能力。

在正常大脑,蛋H磷酸化和去磷酸化Z间的平衡调节着 细胞骨架稳定性,煤响轴突形态在病理情况下如神经退行性变时，这种失衡可导致成熟神经元损伤 在AD病人脑中发现最早改变的是urn蛋白磷酸化蛋白一些潜在性磷酸化位点能被CDK5和 GSK-3P磷酸化，故CDK5和GSK-3卩是引起AD样蛋白异常过度化的重要激酶，并被建议为药物治疗 AD的新靶点裂陈奶等⑭在细胞水平观察细胞周期蛋H依赖性蛋白激酶5过度表达对神经细丝磷酸化的影响培 养N2a细胞，分为2组，一组为转染组，一组为未转染组转染组用脂质体转染技术将CDK5基因转 入N2a细胞株中,并建立稳定表达CDK5的N2a/CDK5细胞株，免疫沉淀法及酶活性测定检测CDK5 活性，免疫荧光和免疫印迹技术检测它的表达和神经细丝的磷酸化状态结果：在N2a细胞株转染组 中，CDK5表达增加，并使抗体SM131显色增强，SMI32显色减弱，提示神经细丝被过度磷酸化与 此同时，CDK5活性较未转染组提高3. 5倍由此可得出细胞水平的CDK5过度表达会导致CDK5过度 激活和神经细丝过度磷酸化，而过度磷酸化的神经细丝导致神经原纤维缠结从而引发阿尔茨海默病因此 通过小分了化合物对激酶GSK-3卩和CDK5的抑制切断疾病生成和发展的生化途径，是 目前开发治疗老年痴呆疾病药物的研究方向z—"。

当CDK5过度激活而且分布部位发生改变时，CDK5激酶的大量激活参与wu的磷酸化，促进 蛋H堆积从而参与了阿尔茨海默氏病(Alzheimer's disease,AD) *帕金森氏病(Parkinson^s disease, PD)、亨廷顿氏病(Huntington^ disease, HD)以及脊髓侧索硬化症(amyotrophic lateralsclerosis, ALS) 等众多神经退行性疾病的发生发展S因此，研究针对CDK5过度激活的药物，可能是有望从根木上 治疗神经退行性疾病的有效途径3海洋天然产物中的激酶抑制剂为了更好的利川这些海绵资源，寻找有药川前景的海洋天然产物，张浩等②对中国南海三亚海域采集到的小轴海绵(Axinella sp)的化学成分进行了研究，对其天然产物进行了分离纯化和结构鉴定 海绵经溶剂萃取、分配、ODS柱层析等分离手段得到了两个生物碱纯化合物,采用理化性质和波谱 技术相结合的方法进行化合物的结构鉴定，确定这两个化合物分别hymenialdisine(l)和 debromohymenialdisin⑵见图1它们部是首次从中国海洋生物中分离得到的含毗咯七元环内酰胺的 生物碱类化合物，是MAPK途径抑制剂,具有较高生物活性。

R=Br,hymenialdisine( 1)R=H5debromohymenialdisine(2)图 1 hymenialdisine 和 debromohymenialdisine 的结构式3.1 hymenialdisinehymenialdisine对与早老痴呆疾病相关的激酶GSK-3p和CDK5有很强的抑制活性,对激酶CDK 家族的其它成员(CDKl-6/cyclins),以及许多其它激酶例如激酶ErkK Erk2、CKk MEK等也具有低 纳摩尔浓度的抑制活性玄，很有潜力开发成因激酶GSK-3P和CDK5的活性过度表达导致的老年痴呆 症药物或其前体3. 2 debromohvmenialdisine7debromohymenialdisine可以抑制G2 DNA损伤检杳点和检杏点激酶l(Chkl)和2 (Chk2)o彳、同于 其他检查点抑制剂DBH不抑制ATM或ATM・Rad3•关联蛋很有可能作为治疗骨关节炎的药物或 其前体⑵3. 3 hymenialdisine 衍生物对具有生物活性的天然产物进行结构改造是寻找高选择性和高活性的药物侯选物的便捷、有效 的途径根据文献报道)，比较hymenialdisine和debromo-hyrnenialdisine对MEK-1的抑制活性可知， 含漠与不含漠原了对MEK-1的抑制活性相差90倍;比较diacctyl-hyrncnialdisinc (3)与 diacetyl-debromo-hymenialdisine (4)(见图2)对GSK-3p的抑制活性可知,含漠的类似物抑制活性 为不含溟的类似物的4倍，而对CDK5的抑制，含澳的类似物比不含澳的类似物的活性高2倍。

R=H, di acetyl-debro mo・ hyme nialdisine (4)图 2 diacetyl-hymenialdisine 和 diacetyl-debromo-hymenialdisine 的结构式虽然从上述的构效关系数据可知，澳原了的存在可使hymenialdisine获得高抑制活性，但是 hymenialdisine分了中的溟原了取代基不稳定，不具备作为药物分了所要求的稳定结构，同时对激酶 的抑制也缺乏选择性因此，对hymenialdisine 结构修饰，川亲脂性的药效基团替代漠原了合成结构稳定的类似物，也可通过调控取代基的结构获得高选择性，并保持hymcnialdisille己有的高抑 制活性何勤飞⑷通过制备毗咯『位为不同芳香基团取代的hymenialdisine衍生物來秋得结构稳定并具 有高选择性和高抑制活性的药物侯选物用亲脂性的药效基团苯基、茉基替代了漠原了，通过合成 反应完成了 2-苯基取代及2-节基取代的hymenialdisine双键异构化的衍生物见图3,该化合物结构 稳定，具有较好的亲脂性R=Ph, 2-苯基取代的hymenialdisine衍生物R=Rn, 2-卞基取代的hymenialdisine衍生物图3 2-苯基取代及2-¥基取代的hymenialdisine衍生物的结构式5.小结hymenialdisine是首次从中国海洋生物中分离得到的含毗咯七元环内酰胺的工物碱类化合物，是 MAPK途径抑制剂,具有较高生物活性。

hymenialdisine分了中存在的澳原了使其获得高抑制活性， 但是溟原了取代基不稳定，不具备作为药物分了所要求的稳定结构，同时对激酶的抑制也缺乏选择 性因此，对hymenialdisine进彳亍结构修饰，选择不同亲脂性的药效基团替代溟原了合成结构稳定并 具有高选择性和高抑制活性的药物具有重要的意义。