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B细胞相关的肿瘤是指由于B细胞发生病变而导致的恶性疾病。它主要包括B细胞淋巴瘤和起源于B淋巴细胞异常增殖的白血病。BTK激酶是一个从属于TEC激酶家族的非受体酪氨酸激酶,也是目前TEC激酶家族中的唯一经过验证的药物开发的靶点激酶。BTK激酶是BCR信号通路的关键调节因子,对B-细胞的发育,分化和信号传到起着非常关键的作用。它在不同类型的淋巴瘤和白血病中广泛表达,并且BTK异常在多种B-细胞相关的疾病中都有被发现,所以BTK成为治疗B细胞肿瘤的重要靶点蛋白。依鲁替尼(Ibrutinib, PCI32765)是BTK的不可逆抑制剂,被广泛的用作工具分子探究BTK在B细胞肿瘤中的生理功能。美国食品药品监督管理局(FDA)已分别在2013、2014、2015年授予Ibrutinib“突破性”地位用于治疗复发或难治性套细胞淋巴瘤(MCL)、慢性淋巴性白血病(CLL)及华氏巨球蛋白血症(WM)。依鲁替尼是目前为止研究的最为深入和广泛的BTK抑制剂。本论文共分4个部分,围绕新型BTK抑制剂以及临床上使用的BTK激酶抑制剂依鲁替尼开展药物作用机制和药效研究。第1部分：针对B细胞淋巴瘤的高活性不可逆BTK抑制剂QL47的研究我们运用以结构为基础的药物设计理念结合激酶选择性筛选和细胞水平活性测试,针对B细胞淋巴瘤设计和开发了靶向BTK激酶的小分子化合物QL47。它可以通过共价结合对靶点蛋白产生“永久性”的抑制而引起靶点蛋白的降解,从而可以更加彻底的抑制信号通路。该化合物在激酶组中具有良好的选择性,对BTK的抑制活性是含有等效的半胱氨酸的结构TEC家族激酶TAK3、BLK以及EGFR家族的EGFR、HER2、HER4的100多倍。该化合物对B细胞淋巴瘤中过度表达的BTK激酶的自磷酸化及下游底物具有较好抑制作用,能有效使B细胞淋巴瘤细胞的细胞周期停滞在DNA合成前期,对细胞具有很强的抑制增殖作用。目前,对BTK激酶在癌症病理过程中的作用还有待继续探索,选择性抑制剂QL47的发现为进一步揭示BTK激酶在人体内的生理和病理功能奠定了基础。第2部分：新型BTK/MNK激酶双靶点抑制剂的药物研究有研究表明,MNK激酶在B-细胞淋巴瘤中起关键作用,但是单独抑制MNK激酶本身对癌症的抑制效果有限。而根据信号通路的分析,我们认为同时抑制BTK激酶和MNK激酶有可能增强对B细胞淋巴癌的抑制效果。因此,我们在仔细分析BTK激酶和MNK激酶的结构的基础上,利用前期开发不可逆抑制剂总结的经验和设计理念,采用以结构为基础的计算机辅助设计为手段的理性药物设计方法研发出第一个可以同时靶向激酶BTK和MNK的高选择性高活性的双靶点抑制剂QL-X-138。相比较目前的单独的BTK抑制剂和MNK抑制剂,通过同时打击BTK/MNK相关信号通路,QL-X-138可更有效的抑制一些对BTK激酶抑制剂不敏感的B细胞肿瘤细胞系,有效的抑制急性髓细胞性白血病(AML)、慢性淋巴细胞性白血病(CLL)病人原代细胞系的增殖,且能有效的将此类癌症的细胞周期阻滞在DNA合成前期,诱导此类细胞凋亡。在临床前动物模型实验中,QL-X-138可以有效的减缓急性髓细胞性白血病肿瘤在小鼠体内的增长。此项工作证明了同时靶向BTK/MNK激酶是一种有效可行的策略,“一箭双雕”可以更好的提高抑制剂的抗癌症效果。开发多靶点的药物是靶向原癌基因进行癌症治疗的重要有效途径之一,但是如何提高多靶点药物的选择性是这种设计理念的瓶颈。此项研究证明以结构为基础的理性药物设计可以实现多靶点药物的理性开发,为提供高选择性强作用效果的新型靶向药物提供了先导性验证。第3部分针对B细胞肿瘤的高活性高选择性不可逆BTK/GSTO1双重抑制剂的研究随着对BTK激酶抑制剂研究的深入,通过变换与激酶蛋白上的半胱氨酸反应的活性化学基团的方法,我们发现了一种新型高活性的BTK不可逆抑制剂MM2-48。该化合物可非常有效地抑制B细胞肿瘤的生长和促进细胞凋亡。MM2-48对BTK激酶具有极强的抑制作用(EC50为0.06nM),抑制活性是PCI32765的100多倍。在细胞水平上,MM2-48可以特异性的抑制B细胞肿瘤细胞的增殖特别是对PCI32765不敏感的细胞也具有明显的抑制效果。该化合物可以明显的抑制BTK信号通路及下游信号通路,强烈的引起BTK蛋白的降解。这一现象强烈暗示MM2-48含有除BTK激酶以外的靶点,通过质谱蛋白质组学研究证明GSTO1是MM2-48的另一个作用靶点。而将BTK抑制剂和GSTO1抑制剂进行联合用药时表现出很好的协同效果,进一步的验证了这个结论。在临床前动物模型实验中,MM2-48可以有效的减缓肿瘤在小鼠体内的增长。此项工作证明了同时靶向BTK和GST01是一种有效可行的策略,为B细胞肿瘤的有效治疗提供新的思路。第4部分BTK激酶抑制剂依鲁替尼新适应症的发现——选择性靶向FLT3-ITD阳性AML细胞我们利用自主开发的以激酶为靶点的全细胞高通量筛选库,发现依鲁替尼可以选择性地有效抑制FLT3-ITD阳性急性髓细胞白血病癌症细胞的增殖而不影响FLT3野生型的急性髓细胞白血病癌症细胞的增殖。经一系列体外生化水平研究后发现,该化合物对急性髓细胞白血病中的FLT3-ITD阳性的FLT3激酶自磷酸化及下游信号通路具有较好抑制作用,且能有效使细胞周期停滞在DNA合成前期,能够诱导此类细胞凋亡,而这些作用并不依赖于依鲁替尼的原有靶点BTK激酶。鉴于依鲁替尼的安全性和人体药物动力学己通过临床前测试,该发现可能有助于快速将此药物推向治疗急性髓细胞性白血病的临床应用,是在精准医疗时代个性化精准靶向用药的又一个例证。