吉马酮的制备、结构修饰及活性评价

摘要

目前癌症的发病率和死亡率高居不下，我国面临的形势尤为严峻。癌症的治疗目前主要包括手术和化疗，但由于癌症的术后高复发性和耐药性，使得寻找到一种高效低毒的新型抗癌新药成为热点。
　　莪术作为一种主要的中药材被广泛利用，具有抗炎，抗病毒，抗肿瘤等功效，莪术挥发油作为莪术的重要活性成分，表现出比较好的生物活性。作为莪术油中一种重要的倍半萜类化合物，吉马酮有明显的抗癌活性。但同时吉马酮也存在着作用靶点不够明确、药物的生物利用度比较低以及不稳定等劣势，因此寻找出一种高效低毒靶点明确的新型吉马酮类衍生物成为了研究的热门。迄今为止，采用药物合成的方法对吉马酮进行结构修饰的报道较少。
　　从天然产物中发现并优化先导化合物是新药研究与开发的重要途径之一。本课题组在对莪术油抗癌作用研究中，分离纯化得到吉马酮并对其进行衍生化和活性评价。试验结果表明，该类衍生物具有较强和较为广谱的抗癌活性。本实验的主要研究内容和研究结果如下：
　　运用星点设计-效应面优化法优化莪术油中吉马酮的提取工艺，并利用高效液相色谱法对其进行含量测定，根据最佳条件提取的吉马酮平均得率为8.13％，和理论预测值的结果相符。
　　通过对莪术油中吉马酮的极性段进行多次硅胶柱层析粗分，然后通过半制备液相制备得到高纯度吉马酮，再配以萃取等分离纯化手段，浓缩得到吉马酮，经HPLC测定，纯度为99.0%；13C-NMR、1H-NMR进行结构确认，得到高纯度吉马酮。
　　以吉马酮的母体结构为研究基础，通过对其C-8位羰基的结构进行改造，衍生合成了还原产物吉马醇，再对吉马醇 C-8羟基的修饰，设计和合成了两个系列共11个新型吉马酮羧酸酯类和吉马酮磺酸酯类衍生物，包括(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-乙酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-对甲苯甲酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-间甲苯甲酸酯， (E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-对三氟甲基苯甲酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-肉桂酸酯；(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-甲磺酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-三氟甲磺酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-乙磺酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-苯磺酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-对甲苯磺酸酯，(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-对氟苯磺酸酯等，并对合成路线的机理进行研究和优化，所有化合物均经过确征，所选合成路线操作简便、原料易得，收率较高。
　　通过MTT法测定了吉马酮及其衍生物对人肝癌Bel-7402细胞株、HepG2细胞株、人非小细胞肺癌A549细胞株和宫颈癌Hela细胞株的抗肿瘤活性，结果表明吉马酮衍生物对这四种肿瘤细胞均表现出较好的抑制作用且大多数都强于吉马酮，其中甲酸酯类衍生物(E,E)-3,7-二甲基-10-(1-甲基亚乙基)-3,7-环癸二烯-1-对甲苯甲酸酯的活性最强，其对HepG2细胞株的IC50值为68.23μM；磺酸酯类衍生物对甲基苯磺酸酯的活性最好，它对HepG2细胞株的IC50值为56.22μM。同时对吉马酮衍生物进行c-Met激酶活性实验，结果表明对甲基苯甲酸酯和对甲基苯磺酸酯活性最强，和 MTT实验相吻合。
　　根据MTT实验以及c-Met激酶活性实验，对合成的两类吉马酮衍生物进行了分子对接研究，分子对接结果显示，大多数化合物与c-Met位点均有作用力产生，吉马酮(E,E)-1,5-环癸二烯系统和靶点蛋白晶体之间的疏水作用很强，其他作用力包括π-π堆积作用和σ-π共轭效应等；同时为了进一步验证分子对接的结果，本课题进一步对对接效果最好的化合物进行了分子动力学模拟，在8ns的模拟过程中，衍生物和口袋的结合趋向稳定可靠，ΔGpred计算结果为-28.36 kcal/mol，低于-25 kcal/mol。
　　综上所述，本课题主要对莪术挥发油进行提取分离、纯化得到高纯度的吉马酮，并优化了提取工艺、纯化方法等，在此基础上，设计并合成了两类共11个尚未报道的新型吉马酮衍生物，对所有反应均进行了机理研究和条件优化，得到的吉马酮衍生物针对四种不同的癌细胞和c-Met靶点均具有较好的抗肿瘤活性，同时运用分子对接以及分子动力学模拟验证和解释了这些衍生物的活性。

目录

声明

第一章 序言

1.1癌症

1.2莪术的研究进展

1.3天然产物的结构修饰

1.4计算机辅助药物设计

1.5本课题研究目的与内容

第二章星点设计-效应面法优化莪术油中吉马酮的提取工艺

2.1材料与试剂

2.2 实验方法

2.3实验结果

2.4讨论

2.5小结

第三章莪术油中吉马酮的分离、纯化及结构鉴定

3.1材料与试剂

3.2实验方法

3.3实验结果

3.4讨论

3.5小结

第四章吉马酮衍生物的设计及合成研究

4.1吉马酮衍生物的设计

4.2吉马酮衍生物的合成

4.3讨论

4.4小结

第五章吉马酮衍生物的抗肿瘤活性研究

5.1材料与试剂

5.2实验方法

5.3实验结果

5.4讨论

5.5小结

第六章 分子模拟实验

6.1材料与试剂

6.2实验方法

6.3实验结果

6.4讨论

6.5小结

第七章 全文总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

附录

致谢