近年来,恶性肿瘤占据人类致死疾病的第二位,仅次于心血管疾病。直接作用于细胞有丝分裂或DNA合成修复等过程的烷化剂和抗代谢剂为典型代表的细胞毒性药物在临床应用中不可避免地存在治疗效果不佳,毒副作用大等缺点。分子生物学的研究进展揭示了细胞内多种通路和激酶、膜受体等生物大分子的生理功能,为新一代抗肿瘤药物的设计提供了方向。磷脂酰肌-3-激酶(PI3K)是一种参与细胞生长、增殖、转移和凋亡等多种生命活动的关键激酶,研究表明与肿瘤的发生有着密切关系,因此PI3K与其下游产物Akt逐渐成为抗肿瘤药物研究的新型靶点。本课题基于计算机辅助药物设计(compound aided drug design,CADD)和基于结构的药物设计理念,以PI3Kα为靶点设计合成了 31个化合物,利用核磁共振对结构进行分析并进行体外生物活性实验的筛选,得到最具潜力的化合物A29,本课题研究内容可简要概括为:根据PI3Kα的第一代抑制剂Wortmannin和LY294002的结构特征以及相关文献中关于它们和PI3K的作用模式来构建以苯并吡喃酮为母核的系列化合物,结合药效基团拼接原则在香豆素环上引入噻唑烷二酮结构片段,根据计算机虚拟对接结果,在噻唑烷二酮环上NH位引入烷基和苄基片段,设计并合成31个以香豆素为基本骨架的衍生物,用核磁共振和SciFinder测试并查询了这些化合物的结构,所有这些化合物都是新化合物。首先将31个化合物对HeLa、HCT-116、A549、HT29和MCF-7细胞株进行抗增殖活性的筛选,结果表明相当一部分的化合物优于阳性对照药LY294002,其中化合物A28和A29对HT29细胞的 IC50 值达纳摩尔级,分别为 0.24±0.13 μM 和 0.18±0.20μM,LY294002 的 IC50值为30.29±0.92μM,比较发现它们对HT29细胞株表现出更强的抑制活性,初步构效关系研究显示,含苄基的化合物整体上比含烷基的化合物抑制活性高,当苄基上引入卤素或吸电子取代基时对化合物的活性更有利,同时再次证实了吗啉环为此类以香豆素为骨架的化合物的活性必需基团;酶抑制实验数据与抗肿瘤细胞增殖IC50值高度一致,化合物A29(IC50=0.08 μM)对PI3Kα具有高度选择性;细胞凋亡实验结果表明化合物A29呈剂量依赖性有效诱导HT29细胞凋亡;免疫蛋白印迹实验显示在化合物A29的作用下,PI3K激酶下游蛋白Akt的磷酸化受显著抑制,充分验证了 A29通过抑制PI3K的活性以抑制肿瘤细胞增殖;最后将化合物与PI3Kα蛋白晶体(PDB:3HHM)进行分子对接,结果显示化合物A29与PI3Kα蛋白晶体的结合模式与文献报道的LY294002的结合模式相似,证实以香豆素为骨架设计PI3K抑制剂具有切实的可行性。基于以上体外实验结果,以化合物A29作为靶向PI3K的小分子抑制剂具有良好的抗肿瘤细胞增殖的能力,为以后的研究提供指导。本课题关于以PI3K为靶点而设计的香豆素类衍生物与PI3Kα结合模型可以为后续开发新型PI3K抑制剂的工作起到指导作用。