中药白花丹活性成分白花丹素金属配合物的合成、抗肿瘤活性及与DNA作用研究

摘要

本文以中药白花丹(Plumbago zeylanica)的抗肿瘤活性成分白花丹素为研究对象，通过天然药物化学、配位化学、药理学以及生物无机化学等多学科的交叉与融合，开展了一系列具有原创性的研究工作并取得了以下极有意义的研究成果。 一、采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定广西白花丹根、茎、叶3个部位的20种常量及微量元素，探讨了白花丹中常量、微量元素与生物活性之间的相关性。 二、以天然药物化学为基础，利用色谱法从广西白花丹根的乙醇提取液中分离得到其抗肿瘤活性成分白花丹素，以及另外两个单体化合物(茅膏醌和β-谷甾醇)，通过核磁共振、质谱、红外等谱学方法鉴定这些化合物结构，白花丹素的结构由X-射线单晶衍射方法进一步证实。 三、以白花丹素为主要配体合成了系列金属配合物。首次合成了包括过渡金属、稀土金属和碱土金属等20种金属配合物和1种钠盐，利用元素分析、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱以及X-射线单晶衍射等方法确定了这些化合物的结构，并测定了白花丹素和其中6种配合物的单晶结构。化合物1～7为白花丹素的Cu(Ⅱ)，Co(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)，Zn(Ⅱ)，Mn(Ⅱ)，Ca(Ⅱ)，Mg(Ⅱ)配合物。化合物1的单晶结构分析表明1具有四配位平面四边形结构，化合物8是白花丹素的Na(Ⅰ)盐，以离子化合物形式存在；化合物9～16为白花丹素的La(Ⅲ)，Y(Ⅲ)，Dy(Ⅲ)，Sm(Ⅲ)，Gd(Ⅲ)，Nd(Ⅲ)，Er(Ⅲ)，Eu(Ⅲ)的稀土金属配合物；化合物17是白花丹素的双核钇结构；化合物18为白花丹素的单核钇结构，该配合物除了含白花丹素外，还有来自白花丹植物中的另一个单体化合物也参与配位；化合物19～21是以2，2’-联吡啶和邻菲咯啉等含N配体为辅助配体，具有白花丹素-含N配体-金属离子的三元配合物，化合物19是白花丹素和2，2’-联吡啶与Cu(Ⅱ)的配合物，具有五配位的四方锥构型，通过Cu…O弱的成键作用形成二聚体，再通过分子间的氢键作用进一步形成一维链状结构，化合物20和化合物21是白花丹素分别与2，2’-联吡啶和邻菲咯啉的Zn(Ⅱ)配合物，都具有六配位八面体构型的双核锌配合物，呈一维链状结构，化合物20中链与链之间的大量氢键将一维链扩展成二维层，分子间的π-π堆积作用进一步形成三维结构。 四、对合成的白花丹素金属配合物进行了体外抗肿瘤生物活性的药理学研究。利用MTT法，测试了白花丹素及其14种金属配合物对肺癌NIC-460，肾癌7860，肝癌BEL7404，乳腺癌MCF-7，胃癌MGC803，结肠癌HCT116，肝癌HepG2，结肠癌LOVO，鼻咽癌CNE1，鼻咽癌CNE2等10种细胞株的体外细胞毒活性。结果表明，具有抗肿瘤活性的白花丹活性成分白花丹素与金属离子形成配合物后，大部分配合物的细胞毒活性明显提高了，表现了显著的正相协同效应。14种被测试化合物除了对CNEl都没有显示活性以外，不同的化合物对其它9种细胞株均显示了不同程度的抑制作用。在所测化合物中，活性最好的化合物是化合物1，2，19，其中对五种细胞株7860，MCF-7，HCT116，HEPG2，CNE2均显示了显著抗肿瘤活性，且强于配体和顺铂，特别是对肾癌7860显示较高活性(IC50分别为3.42μM，2.26μM，2.52μM)，化合物19对肺癌NIC-460显示较高活性(IC50，1.97μM)，活性比顺铂强20倍以上；化合物3，4对肾癌7860也显示较高活性(IC50，2.3μM，2.29μM)；化合物7，9，10，11，12，13对肝癌BEL7404细胞株显示较强的活性(IC50，2.9μM，6.11μM，10.98μM，5.06μM，9.10μM)；化合物5，7，8，12对肺癌NIC-460显示较强的活性(IC50，13.36μM，8.1μM，17.27μM，6.98μM)。而且PLN及其配合物对肿瘤细胞株的抑制率呈现时间及剂量依赖性效应关系，在同一作用时间，抑制率随化合物浓度的增加而增加；在同一浓度，抑制率随化合物作用时间的延长而增强，大部分配合物对受试细胞株的抑制率不仅强于配体而且强于顺铂。 五、对白花丹素金属配合物与DNA作用进行生物无机化学研究。利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色光谱和循环伏安法等谱学手段，研究了14种具有抗肿瘤活性配合物与小牛胸腺DNA的作用，从分子水平探讨配合物的抗肿瘤活性作用机制。从白花丹素及其配合物的紫外-可见吸收光谱可见，随CT-DNA的加入，化合物的主要吸收峰发生红移和减色效应，表明白花丹素及其配合物主要以插入方式与CT-DNA作用，结合常数在103-104M-1范围，比配体白花丹素的结合常数大(离子型化合物8除外)。而且DNA-EB体系荧光猝灭和消光点的出现进一步证明插入方式的存在，这些研究结果同样被CD和CV光谱证实。而且不同化合物对CT-DNA的插入程度不同，这种插入方式的差异可能是化合物对某些肿瘤细胞株表现的抑制作用不同的原因之一，由此推测化合物的抗肿瘤活性机制与配合物能与DNA发生插入作用，从而抑制DNA的复制与合成有关。 本研究结果对设计、合成基于中药活性成分金属基抗肿瘤药物，研究其协同抗肿瘤效应提供科学参考，而且对阐明白花丹素及其金属配合物乃至醌类抗肿瘤药物的作用机制以及开发同类药物具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1文献综述

1.1.1中药白花丹化学成分和药理活性研究进展

1.1.2天然活性成分的金属配合物研究进展

1.2选题意义与研究思路

1.2.1选题意义

1.2.2研究思路

第二章白花丹抗肿瘤活性成分的提取分离

2.1 ICP-AES法测定广西白花丹的微量和常量元素

2.1.1实验部分

2.1.2结果分析

2.2白花丹活性成分的提取分离

2.2.1实验仪器与材料

2.2.2提取与分离

2.2.3化合物的理化性质及结构鉴定

2.2.4花丹素的单晶结构

2.3本章小结

第三章白花丹素过渡金属配合物的合成与表征

3.1实验部分

3.1.1试剂和仪器

3.1.2配合物的合成

3.2结果与讨论

3.2.1化学组成和结构

3.2.2红外光谱分析

3.2.3紫外一可见光谱分析

3.2.4热重-差热分析

3.2.5核磁共振谱分析

3.2.6质谱分析

3.2.7晶体结构描述

3.3本章小结

第四章白花丹素碱金属和碱土金属配合物的合成与表征

4.1实验部分

4.1.1试剂和仪器

4.1.2配合物的合成

4.2结果与讨论

4.2.1化学组成和结构

4.2.2红外光谱分析

4.2.3紫外—可见光谱分析

4.2.4核磁共振谱分析

4.2.5质谱分析

4.3本章小结

第五章白花丹素稀土金属配合物的合成与表征

5.1实验部分

5.1.1试剂和仪器

5.1.2配合物的合成

5.2结果与讨论

5.2.1化学组成和结构

5.2.2红外光谱分析

5.2.3紫外-可见光谱分析

5.2.4核磁共振谱分析

5.2.5晶体结构描述

5.3本章小结

第六章白花丹素、含N配体混配金属配合物的合成与表征

6.1实验部分

6.1.1试剂和仪器

6.1.2配合物的合成

6.2结果与讨论

6.2.1化学组成和结构

6.2.2红外光谱分析

6.2.3晶体结构描述

6.3本章小结

第七章白花丹素金属配合物的抗肿瘤活性研究

7.1实验部分

7.1.1材料和仪器

7.1.2细胞的培养、冻存与复苏

7.1.3 MTT法检测

7.1.4体外细胞毒活性初筛

7.2结果与讨论

7.2.1化合物的体外细胞毒活性筛选

7.2.2化合物的半数有效浓度(IC50值)

7.2.3化合物的细胞毒活性与剂量和时间依赖关系

7.3本章小结

第八章白花丹素金属配合物与DNA作用研究

8.1实验部分

8.1.1实验仪器

8.1.2实验试剂

8.1.3实验方法

8.2结果与讨论

8.2.1紫外-可见吸收光谱分析

8.2.2荧光光谱分析

8.2.3圆二色光谱分析

8.2.4循环伏安法分析

8.3本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果