近年来,由于环境污染、工作压力和食品安全等因素,使得多种恶性肿瘤频发,已成为威胁人类健康的最严重疾病之一。因此,具有高效肿瘤靶向性药物及活性分子的研发显得尤为重要。众所周知,微管在维持细胞形态、细胞分裂、信号转导等多种细胞生命过程中发挥着重要作用和功能。因此,由于其在结构和功能上的特殊性,已成为抗肿瘤药物研发的重要靶点之一。同时,与肿瘤相关的代谢改变和调控也是研究人员一直关注的研究热点,改变肿瘤能量代谢的过程而使肿瘤消亡也是药物研究的关键点。丙酮酸脱氢酶激酶(PDK)是肿瘤细胞生长能量代谢相关的直接关键酶,抑制该酶即可阻断肿瘤细胞的能量代谢途径,进而使肿瘤细胞无能量供应而“饿死”,我们针对微管蛋白和丙酮酸脱氢酶激酶的特点,进行孪药设计,希望在阻断能量供应的同时扰乱组织细胞骨架的形成和正常分裂,从而实现肿瘤的最终消亡。紫草宁是一种天然高效的抗肿瘤活性分子,具有多靶点抗肿瘤的作用,在本课题组前期研究中已证明,该活性分子是微管蛋白的有效调控抑制剂,可作用于秋水仙碱活性位点从而达到抑制肿瘤细胞生长的目的:CPI-613是一种已经上市的用于治疗急性髓系白血病的药物,据报道,该分子可以通过抑制丙酮酸脱氢酶激酶的活性来有效地抑制肿瘤的增殖。基于两分子的靶向作用特点,我们将紫草宁分子和CPI-613进行有效组合,设计出一种新型苄基硫辛酸紫草宁孪药(PMMB340),并进行了双靶点抑制活性相关的研究工作,证明了该分子具有显著的微管蛋白和丙酮酸激酶抑制活性,是一种高效的双靶点活性抑制剂。在分子模拟研究中,通过分析结果发现,PMMB340和紫草宁与微管蛋白,以及PMMB340和CPI-613与丙酮酸脱氢酶激酶均有显著的作用,比较而言,PMMB340与两靶点结合稳定性更高,PMMB340与微管蛋白通过3个氢键和两个π键相结合,结合能为-56.23,与丙酮酸脱氢酶激酶则通过两个π键相结合,结合能为-63.09,这一结果从理论上预示着,PMMB340可能具有我们前期设计所述双靶点活性抑制功能。体外细胞活性检测表明,该分子对HeLa、HepG2、MCF-7、A549、H460均具有显著的抑制活性,而对正常细胞L02并未显示出高度细胞毒性。结果显示,PMMB340对H460细胞具有最强抑制活性(6.31±0.52μM),活性优于紫草宁(7.36±0.67 μM)和 CPI-613(9.21±1.12μM),且对正常细胞L02毒副作用小(84.31±3.37 μM)。微管蛋白聚合实验表明,该分子具有与秋水仙碱相似的抑制效率和功能,证明该分子可能以秋水仙碱类似的作用方式作用于微管蛋白。此外,细胞周期实验也进一步证明,该分子具有高效抑制肿瘤细胞停滞在G2/M期的效力,并随着浓度的升高和时间的延长,阻滞的效率显著增强。而丙酮酸脱氢酶抑制活性验证表明PMMB340在所施用浓度范围内能有效抑制丙酮酸脱氢酶激酶,提高丙酮酸脱氢酶的活性,从而抑制肿瘤细胞的糖酵解途径和激活线粒体依赖的凋亡途径,在浓度为8 μM时,细胞凋亡的比例达到76.6%。细胞凋亡相关蛋白总PARP的表达量下调,Cyto C的表达量上调,caspase 3的表达量则下调,说明细胞确实是由线粒体依赖的凋亡途径发生了凋亡。最后对正常细胞株L02的凋亡及线粒体膜电位检测表明化合物PMMB340确实能够有效的降低紫草宁对正常细胞株L02的毒性。由此可见,化合物PMMB340是一个高效低毒的分子,能通过作用于双靶点来发挥抑癌作用,具有深入的研究意义。