蓝萼甲素衍生物和青蒿素类似物的设计和抗肿瘤研究及Synthesis-free PET成像在肿瘤和棕色脂肪诊断中的应用

摘要

本文包含两个部分。
　　第一部分是天然产物蓝萼甲素衍生物及青蒿素类似物的设计、合成及抗肿瘤研究。
　　癌症是当前危害人类健康的严重疾病，抗癌化学药物在杀灭癌细胞的同时，对人体正常细胞也产生毒副作用，因此从天然的动物、植物和矿物中寻找高效、低毒的抗癌活性成分是近年来国内外学者研究的热点。抗肿瘤植物药由于其特殊的作用机制和优秀的治疗效果在抗肿瘤药物发现和发展中占据着非常重要的地位。
　　蓝萼香茶菜Rabdosia japonica( Burmf) Haravar glaucocalyx( Maximm)Hara是唇形科香茶菜属植物，分布在我国的东北、华北以及朝鲜、日本和原苏联远东地区，吉林省资源尤其丰富。蓝萼香茶菜具有健胃、清热解毒、活血、抗菌消炎和抗癌活性，用于胃炎、肝炎初起、感冒发热、乳腺炎、关节痛等疾病。蓝萼甲素(GLA)是由蓝萼香茶菜中分离提取出的二萜化合物，是香茶菜中主要活性成分。研究表明，蓝萼甲素具有抑制肿瘤、抗病毒抑菌，保护心血管系统的作用。
　　菊科植物黄花篙(Artemisia annua L.即中药黄篙)在我国作为抗疟药使用已有二千多年的历史，1972年初抗疟有效单体青蒿素从中药青蒿中分离得到，青蒿素属倍半萜内酯，具有过氧键和6-内酯环，有一个包括过氧化物在内的1，2，4-三噁结构单元。经报道，青蒿素除了是特效抗疟药，还具有抗肿瘤，免疫调节以及抗真菌等作用。
　　本部分分别以蓝萼甲素和青蒿素为先导化合物，设计并合成了其衍生物及类似物，旨在增强其抗肿瘤活性，特别是抗耐药肿瘤活性，同时提高其对肿瘤细胞的选择性，减少毒副作用和不良反应。
　　一、蓝萼甲素衍生物的设计、合成及抗肿瘤活性研究
　　蓝萼甲素（GLA）具有极性小，代谢速度快以及生物利用度低等缺点，这就导致其不能作为药物直接给药。其分子结构中α，β-不饱和酮引起的广谱毒性导致其对正常细胞与肿瘤细胞的选择性差，需要我们对蓝萼甲素进行化学修饰，在提高其药效的同时，提高其选择性。我们以提取的蓝萼甲素为先导化合物，通过将蓝萼甲素与胺类化合物发生Michael加成反应，将α，β-不饱和酮隐蔽，制备了一系列Mannich碱类型的蓝萼甲素衍生物，并对这些衍生物的抗肿瘤活性进行了初步研究。结果显示，对位甲基取代的芳胺衍生物1及环己基取代的衍生物16对6株肿瘤细胞(SMMC-7721, B16, SGC-7901, A549, KB, HL-60)的增殖均有较强的抑制作用。而且经过修饰后的蓝萼甲素衍生物1获得了对正常细胞的低毒性以及在大鼠血浆中的高稳定性。进一步的机制研究表明，此类衍生物是作为蓝萼甲素的前药，在细胞内通过将蓝萼甲素缓慢释放而发挥抗肿瘤作用的。
　　二、青蒿素类似物的设计、合成及抗肿瘤活性研究
　　以青蒿素为代表的天然来源和半合成的过氧化物表现出显著的体内外抗肿瘤活性，构效关系表明过氧键在这类化合物发挥抗肿瘤活性中具有重要作用。EGFR(Epidermal Growth Factor Receptor)的二次突变，导致50％的非小细胞肺癌患者在服药一年后出现继发性耐药，这给EGFR小分子抑制剂的研发带来了挑战。本论文中，我们尝试将青蒿素的抗肿瘤药效团内过氧桥与EGFR的小分子抑制剂的母核4-苯氨基喹唑啉偶联，以期达到抑制突变型EGFR，改善耐药性的效果。本部分共合成10个全新的内过氧化物与4-苯氨基喹唑啉的轭合物。这些轭合物表现出良好的抑制多种肿瘤细胞增殖的活性，尤其是对耐药株H1975(EGFR L858R/T790M)。进一步的机制研究表明，含内过氧桥的轭合物能够在细胞内产生活性氧ROS，诱导细胞凋亡并且参与EGFR的下游通路调节。
　　第二部分是Synthesis-free PET成像在肿瘤以及棕色脂肪诊断中的应用
　　正电子发射计算机断层成像（PET），是可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面，具有灵敏度高，特异性高，可全身显像和安全性好等优点。但由于 PET的运行成本太高，严重影响了它的应用。所以急需开发有效的能够降低PET扫描成本的方法和技术。除了仪器研发及维护，放射性示踪剂的制备也是导致高成本的重要因素。这是因为用于 PET的核素通常半率期短，示踪剂通常需要现制现用。本文采用synthesis-free的策略设计并制备了两类64Cu标记的示踪剂来进行肿瘤和棕色脂肪 PET成像。此方法与传统的化学合成方法制备放射性探针相比主要有两大优点：1.不需要进行复杂的化学反应来标记合成及优化探针；2.获得的探针无须进行纯化分离。这就大大缩短了放射性示踪剂的准备时间，从而降低了研发成本。
　　一、64Cu-GHRGDHG在肿瘤的PET诊断中的应用
　　本部分设计并制备了一个能够靶向胶质母细胞瘤中高表达的integrineαVβ3（整合素蛋白）的PET示踪剂:64Cu-GHRGDHG。在该示踪剂中，RGD位于两个GH片段的中间，64Cu具有多重功能，它既是PET信号的来源，又负责与两端GH络合，然后将低活性线型RGD环合为高活性的能与整合素αvβ3特异性结合的环状RGD，从而达到靶向成像肿瘤的作用。该示踪剂的制备简单，仅需将64CuCl2与GHRGDHG各自的溶液混合，无须进行分离纯化可直接注射至动物体内进行成像分析，我们称此策略为：pseudo-synthesis-free。体内外结果显示示踪剂64Cu-GHRGDHG具有强靶向性及高清除率等优点。
　　二、64Cu-Disulfiram在棕色脂肪的PET诊断中的应用
　　本部分仍然利用synthesis-free这一策略，通过64Cu与Disulfiram(双硫仑)的联合使用，获得了一种能够特异性成像棕色脂肪的放射性示踪剂。在此策略中，分步将Disulfiram以及64CuCl2注射至动物体内，Disulfiram首先在体内代谢产生DCC(二乙基二硫代氨基甲酸酯)，它能够迅速与后注射的64Cu络合，从而在体内形成可以特异性成像棕色脂肪的示踪剂。一系列体内外实验结果表明，示踪剂对棕色脂肪的特异性检测来自于它与TSPO（转位因子蛋白）的结合。为了进一步证实这一发现，我们利用TSPO的特异性放射示踪剂18F-DPA来进行PET成像，发现18F-DPA在棕色脂肪中有很高的摄取率。综合以上结果，我们得出结论：TSPO是棕色脂肪的生物标记物。此外，我们的实验数据表明，64Cu-Disulfiram和18F-DPA对棕色脂肪的检测并不依赖于它的活化，而是能够探测到棕色脂肪本身的质量。本文第一次提出TSPO作为棕色脂肪生物标记物的可能性。长期以来，科学家们都把 TSPO作为炎症的生物标记物加以研究，所以本文采用synthesis-free策略制备的TSPO放射性示踪剂也可以应用于炎症的诊断，并且大大降低了PET应用的成本。我们相信这一策略的提出为降低PET的研发成本提供了新的思路。

目录

声明

第一部分 天然产物蓝萼甲素衍生物及青蒿素类似物的设计、合成及抗肿瘤活性研究

第一章 蓝萼甲素衍生物的设计、合成及抗肿瘤活性研究

第一节 引言

第二节 蓝萼甲素衍生物的设计与合成

第三节 蓝萼甲素衍生物的抗肿瘤活性研究

本章小结

参考文献

第二章 青蒿素类似物的设计、合成与抗肿瘤活性研究

第一节 引言

第二节 青蒿素类似物的设计与合成

第三节 青蒿素类似物的抗肿瘤活性研究

本章小结

参考文献

第二部分 Synthesis-free PET成像在肿瘤以及棕色脂肪诊断中的应用

第一章 64Cu-GHRGDHG在肿瘤PET诊断中的应用

第一节 引言

第二节 放射性示踪剂 64Cu-GHRGDHG的设计和制备

第三节 放射性示踪剂 64Cu-GHRGDHG的PET成像研究

本章小结

参考文献

第二章 64Cu-Disulfiram在棕色脂肪PET诊断中的应用

第一节 引言

第二节 放射性示踪剂 64Cu-Disulfiram的发现和制备

第三节 放射性示踪剂 64Cu-Disulfiram的PET成像研究

本章小结

参考文献

全文总结

博士期间发表的论文及主持项目

附录

致谢