喜树碱衍生物合成、细胞活性和构效关系研究

摘要

喜树碱是从中国特有植物喜树中分离出的一类含五元环结构的生物碱，其具有非常显著的抗肿瘤活性而被人们所关注。此外，喜树碱还有较明显的拒食、胃毒、触杀等杀虫活性，对新型生物农药的创制具有一定的开发潜力。本文以7-亚氨甲基类喜树碱衍生物作为供试药剂，MTT法测定其对S f9细胞的增殖抑制作用，并通过分子对接方法阐述其构效关系。此外，本文设计并合成了23个7-酰胺类喜树碱衍生物，其中20个化合物为新化合物，并用MTT法测试其细胞毒性，利用DS2017构建3D-QSAR模型并进行分子对接，阐述其构效关系，探讨其作用机制，具体研究结果如下：
　　1.7-亚氨甲基类喜树碱衍生物对Sf9细胞增殖抑制作用及其分子对接分析
　　母体药物CPT处理Sf9细胞24h后表现出较强的细胞毒性，其IC50为6.6μmol/L；与CPT相比，化合物A、1d、1f和1i对Sf9细胞表现出很强的细胞毒性，其IC50均小于1μmo l/L，在0.21~0.77μmo l/L之间；化合物1a、1c和1 g也表现出较好的细胞毒性，它们的IC50均在2μmol/L左右;化合物B、1b和1h也表现出与CPT相当的细胞毒性，其IC50在5.06~9.57μmol/L之间；而化合物C、1e和2a表现出较弱的活性，其增值抑制率在20μmol/L左右，其它化合物（2b~2e和3a~3c）活性更弱，其 IC50均大于30μmo l/L。分子对接结果显示，7-亚氨甲基类喜树碱衍生物中脲基/硫脲基左右两边的两个N原子易与氨基酸As n518形成氢键，对稳定其三元复合物有重要的作用；含卤素原子取代的化合物1f中的F原子能与氨基酸Lys915和As n886形成氢键作用，而化合物1e、1g、1 h并没有形成此相互作用，表明该相互作用对提高其生物活性具有一定的作用；化合物3a~c中取代基的体积过大，影响其与DNA-TOP1复合物的结合，从而影响其细胞毒性。
　　2.7-酰胺类喜树碱衍生物对Sf9细胞增殖抑制作用及其构效关系和对接分析
　　喜树碱（CPT）处理Sf9细胞24h后展现出较强的增殖抑制作用，其IC50为29.47μmol/L。在喜树碱7-位引入羧基后对其活性有一定的提高，其IC50为14.32μmol/L，在继续引入胺形成酰胺之后，大部分化合物具有显著的细胞增殖抑制作用，其中化合物4o的细胞毒性最好，IC50为1.71μmol/L；化合物4b~j和4n~v共18个化合物均表现出显著的细胞活性，IC50均小于7μmol/L；此外，化合物4k也表现出与喜树碱相当的细胞毒性，其IC50为23.79μmol/L；而化合物4a、4l、4m和4w表现出较弱的细胞毒性，其IC50均大于58μmol/L，特别是4a，其IC50为292.2μmol/L。3D-QSAR结果显示，构建的QSAR模型中训练集的预测活性与实际活性的相关系数（R2）达到了0.946，测试集的预测活性与实际活性相关系数也达到了0.925，说明该模型具有良好的活性预测功能；此外，通过静电势表征分析显示喜树碱7位取代中，左侧基团负电性越强对活性越有利，右侧基团负电性越弱可能对活性更有利；范德华作用表征结果显示，7位上取代的基团体积不能太大，否则对其活性不利。分子对接结果显示，化合物3中羧基上的羟基与碱基TGP941形成了氢键作用，在7-羧基上接入胺类化合物后形成的酰胺上的H原子会与TGP941形成氢键作用，而4b上由于二甲胺的取代，导致H原子的缺失，从而导致其活性急剧下降；化合物4 f~j中，7-(4-氟-苄甲基酰胺)-喜树碱表现出最好的活性，结果显示其苯环上的F原子与Lys602形成氢键相互作用，同时苯环与Pro597形成Pi-Alkyl相互作用；而氯原子取代后，并没有与氨基酸形成氢键作用；化合物4h中甲氧基与Tyr592形成氢键，这对于稳定TOP1-DNA具有一定的作用；化合物4k-n中，4n中吗啉环上的O原子能与Lys602形成氢键作用；在引入氨基酸酯类基团后，大部分基团能够与DNA或蛋白质Asn518形成氢键作用，而在氨基酸甲酯侧链上引入大基团苄基（4w）会导致其活性降低，其原因可能是大基团的空间位阻较大，酯键上的氧原子不能与TOP1上的氨基酸形成氢键从而导致其活性下降。

目录

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英文缩略词

1 前言

1. 1喜树碱的发现及其发展历程

1.2喜树碱的作用机制

1.3喜树碱及其衍生物的构效关系研究进展

1. 4立题依据和研究思路

2. 1 试验材料

2.1.1 供试细胞

2.1.2衍生物合成所需试剂

2.1.3生物学试验所需试剂

2.1.4实验仪器

2. 2主要研究方法

2.2.1 7-羧基-喜树碱的合成

2.2.2 7-酰胺类喜树碱的合成

2.2.3 喜树碱及其类似物对S f9细胞增值抑制检测

2.2.4 定量构效关系（3D-QSAR）

2.2.5 喜树碱衍生物与草地贪夜蛾TopoⅠ的分子对接

3 结果与分析

3. 17-酰胺类喜树碱衍生物的合成与结构表征

3.2 喜树碱衍生物对Sf9细胞增殖抑制作用

3.2.1 7-酰胺类喜树碱衍生物对Sf9细胞增殖抑制作用

3.2.2 7-亚氨甲基类喜树碱衍生物对Sf9细胞增殖抑制作用

3.3 喜树碱衍生物对Sf9细胞活性的构效关系

3.3.17-酰胺类喜树碱衍生物3D-QSAR模型的构建

3.3.27-酰胺类喜树碱衍生物与与Sf9细胞拓扑异构酶Ⅰ的分子对接

3.3.3 7-亚氨甲基类喜树碱衍生物与Sf9细胞拓扑异构酶Ⅰ的分子对接

4. 1讨论

4.1.17-酰胺类喜树碱衍生物的合成探讨

4.1.2 7-亚氨甲基类喜树碱衍生物对Sf9细胞毒性的构效关系讨论

4.1.37-酰胺类喜树碱衍生物对Sf9细胞毒性的构效关系讨论

4. 2结论

4. 3有待进一步研究的内容

致谢

参考文献

附录A 在读期间发表的论文及获奖情况

附录B 目标化合物的核磁共振图及高分辨质谱图