关键词:
优势结构
吴茱萸次碱类似物
设计合成
抗肿瘤活性
摘要:
天然产物以其多样化的结构和广谱的生物学活性,一直以来都是新药开发的宝贵资源库.基于活性天然产物结构改造是新药研发的重要途径.吴茱萸次碱(Rutaecarpine,Rut)是一类具有广泛生物活性的含喹唑啉酮骨架的天然生物碱,但由于其活性不够强及类药性不佳等,没有能够在临床上广泛使用.基于优势结构的药物设计(Privileged Structure-Based Drug Design,PSBDD)是一个指导药物分子设计的重要理论,优势结构单元具有类药性好、成药性高的优点,将其引入到药物分子骨架中,往往可以有效提高其活性及类药性等,从而研发出治疗效果更佳或具有新的治疗功能的新药物.本论文主要依据药物分子设计中的优势结构理论,以天然产物吴茱萸次碱的骨架为基础,通过优势结构单元的引入或电子等排体替换,结合骨架跃迁等策略,设计合成了多个系列结构多样化的吴茱萸次碱类似物,并对它们的生物活性进行比较系统、详细的深入研究.具体包括以下内容:第一章:综述天然产物吴茱萸次碱类似物的合成及其生物活性研究进展.第二章:本章是在课题组前期合成的酞嗪并[1,2-b]喹唑啉酮衍生物(5da)的基础上对其抗肿瘤活性和作用机制进行研究,是对课题组前期工作的延续和深入研究.经过体外抗肿瘤活性筛选发现,化合物5da作为p53活化剂具有广谱的抗肿瘤活性,是该系列化合物中抗肿瘤活性最佳和作用机制研究的候选化合物.当剂量5da低至6 mg/kg时,在异种移植瘤模型中具有显著地抑制肿瘤生长的效果.此外,5da引起S/G2期细胞周期阻滞,诱导细胞凋亡,改变细胞大小,通过增加sub-G1细胞比例,最终导致细胞死亡.进一步的分子机制研究表明,5da作用后线粒体中磷酸化p53的积累导致Bak构象活化,从而引起细胞凋亡,最终导致不可逆的抑制肿瘤细胞生长.第三章:以本课题组前期基于活性天然产物为先导物进行结构改造、优化的策略设计合成的5b为代表化合物,研究了化合物5b对MGC-803细胞的抗肿瘤作用机制.首先,通过紫外–可见光谱仪,荧光光谱仪,圆二色谱仪和琼脂糖凝胶电泳检测5b与小牛胸腺DNA(ct-DNA)和G-四链体DNA相互结合模式,可知5b与ct-DNA/G4存在相互作用.接着,利用流式细胞仪检测化合物对MGC-803细胞周期的影响,诱导细胞发生凋亡等,结果表明5b将MGC-803细胞的生长周期阻滞在S/G2期,诱导细胞凋亡比例达到68.65%(2.5μM).然后,采用Western Blot实验检测了经5b处理MGC-803细胞后细胞中凋亡相关蛋白的表达水平,结果表明:加入5b后可以下调抗凋亡蛋白的表达,上调促凋亡和细胞周期等相关蛋白的表达,进一步确认5b是通过将肿瘤细胞周期阻滞在S/G2期抑制肿瘤细胞增殖而诱导细胞凋亡.最后,体内抗肿瘤活性评价结果显示5b对MGC-803裸鼠异种移植瘤生长具有明显的抑制作用,抑瘤率为53.3%(12 mg/kg),所有受试裸鼠在给药期间均未见明显的不良反应.体内体外抗肿瘤活性结果都表明化合物5b具有优良的抗肿瘤活性.第四章:设计、合成了系列3-(2-苯并噁唑基)-4-氨基喹啉衍生物作为新型拓扑异构酶I(Topo I)抑制剂用于抗肿瘤活性与作用机制研究.初步的抗肿瘤活性研究表明,大多数化合物在体外对多种人肿瘤细胞系均表现出明显的细胞毒性,其中化合物5c,3-(2-苯并噁唑基)-7-甲基-4-(二甲胺丙基)-氨基喹啉的活性最好,含有二甲胺乙基侧链的化合物6c具有较低的抗增殖活性.为了探讨抗肿瘤机理模式的差异,选择化合物5c和6c进行深入的生物活性研究.进一步的分子机制研究表明,化合物5c可与DNA相互作用,诱导Topo I活性抑制,从而引起S/G2期细胞周期阻滞,最终导致细胞凋亡.在MGC-803异种移植裸鼠体内也进行了化合物5c的体内抗肿瘤活性测定,相对抑瘤率在20 mg/kg时可达31.7%,体重没有明显的减轻.相反,化合物6c对抗肿瘤活性无显著影响.我们的研究为发现新的Topo I-靶向抗癌药物提供了理论参考,并为进一步开发更有效的喹啉抗癌药物提供了研究思路.第五章:本章从简单易得的取代苯胺类原料出发设计、合成并表征了36个3-(2-苯并噻唑基)-4(1H)-喹啉酮衍生物作为肿瘤细胞旁凋亡的诱导剂,并对其体内外抗肿瘤活性进行了研究.在筛选其体外抗肿瘤活性时发现,大多数化合物对肿瘤细胞均表现出细胞毒性,其中一些化合物通过线粒体功能障碍诱导ROS升高和ER应激反应,导致胞质空泡化,最终导致肝癌细胞发生旁凋亡.通过构效关系分析,筛选出强效化合物6ah,该化合物能显著地促进细胞发生旁凋亡,同时诱导Caspase非依赖的凋亡.流式细胞术分析研究结果表明,6ah可将细胞周期阻滞在G2/M期,且以剂量依赖方式诱导细胞凋亡.本论文在优势结构理论指导下基于