Bcl-2家族蛋白是调控细胞凋亡的关键因子。其三个亚族成员：抗凋亡蛋白,多结构域促凋亡蛋白,和BH3-only蛋白之间的平衡决定着细胞的“生”与“死”。BH3-only蛋白的BH3结构域“插入”抗凋亡Bcl-2蛋白的疏水口袋,发生蛋白质-蛋白质相互作用(Proetein-Protein Interactions, PPIs),调节抗凋亡成员和促调亡成员之间的平衡。Bim是一个非选择性的BH3-only蛋白,可以和分别以Bcl-2和Mcl-1为代表的两类抗凋亡蛋白发生PPIs。目前的研究已经证明,利用小分子模拟Bim的结构和功能,与抗凋亡蛋白相互作用,释放促凋亡蛋白,启动细胞凋亡,是靶向抗癌药物分子设计的策略之一。丙氨酸突变扫描实验证实,Bim上对结合起关键作用的氨基酸残基(hotspots)分布在a-螺旋的两面上。但是,目前报道的BH3模拟物,包括已经进入抗癌药物临床试验的候选药物,均只能实现单面模拟。这是导致抗癌效率低、容易产生耐药性的原因之一。设计双面的α-螺旋小分子模拟物是一项艰巨而有意义的工作。本课题组刚刚报道的化合物14是第一个能够模拟位于Bim的两个面上的hotspots的小分子,它能够高效的拮抗Mcl-1(Ki=13nM)和Bcl-2(Ki=24nM)两个蛋白。小分子-蛋白二维核磁结果显示：化合物14的多酚结构模拟Bim中的D67残基与Mcl-1上的R263残基形成氢键,硫原子占据Mcl-1蛋白活性位点中的P3口袋,而异丙基模拟L62残基占据P2口袋。本研究拟通过基于碎片的药物设计方法,以化合物14为结构基础,设计合成新结构的双面Bim BH3α-螺旋模拟物。首先对化合物14进行分子拆分,得到对亲和力贡献较大的多酚碎片；然后,从现有药物中拆分得到7个苯环稠合的药物组块(Drug-Divided Building Blocks);通过单键连接药物组块和多酚碎片,以保证多酚结构可以自由旋转,更好地模拟连接在sp3杂化的碳原子上的D67残基。所得到的9个分子骨架,通过计算机辅助虚拟对接(Docking)方法,发现9个骨架均能保持蒽醌骨架的结合模式,即同时模拟位于α-螺旋两面的165和D67残基。分析它们与Mcl-1蛋白的结合自由能,选择预测有最高亲和力、合成容易,且含有可以进一步优化位点的分子6a进行下一步实验。对化合物6a进行有机合成,和荧光偏振实验检测蛋白亲和力。结果表明6a对Bcl-2和Mcl-1蛋白分别具有Ki=7.692μM和Ki=0.746μM的亲和力。在6a的基础上,我们继续分子优化,通过增加取代基团,继续模拟L62去占据P2口袋的一系列化合物。这其中,化合物6d表现出最好的生物学活性,其对Mcl-1蛋白的Ki值为127nM,对Bcl-2蛋白的Ki值为607nM。 Docking结果显示,6e的4-甲基苄基能够模拟L62,与V253, F270等P2口袋附近的氨基酸残基相互作用。细胞实验中,6d表现出以浓度依赖的方式诱导人类白血病U937、K562、和KU812细胞系的细胞凋亡,其IC50分别为7.3μM,13.5μM和14.1μM。化合物6d被证明是一个新结构的、双面、BimBH3小分子模拟物。同时,本研究也证明基于药物组块和碎片杂交的分子设计方法适用于α-螺旋双面模拟物的设计及优化。