以基质金属蛋白酶为靶点的大黄素类衍生物的设计、合成、生物活性及定量构效关系研究

摘要

侵袭与转移是恶性肿瘤最显著的生物特征，是导致癌症患者临床死亡的主要原因。恶性肿瘤细胞的转移是一个多步骤的过程，在此过程中，无论肿瘤细胞离开原发灶侵入周围组织或进出血道和淋巴道，都必须降解基底膜和细胞外基质(Extracellular Matrix，ECM)。基质的降解是通过一系列的蛋白酶的催化来完成的，其中，基质金属蛋白酶(Matrix Metalloprotelnase，MMPs)发挥重要的作用。恶性肿瘤细胞的侵袭转移与肿瘤细胞及其基质诱导产生的基质金属蛋白酶(MMPs)的水平呈正相关。抑制或调控基质金属蛋白酶的活性，就能够对肿瘤细胞的侵袭和转移进行控制，从而阻断肿瘤细胞的生长和发展，挽救肿瘤患者的生命。所以，以MMPs为作用靶点的治疗策略也迅速发展起来，MMPs抑制剂(MMP Inhibitors，MMPIs)也成为抗肿瘤药物研究中的热点。 因此，根据MMPs的三维结构特征，合理设计并合成理想的MMPs抑制剂，通过抑制肿瘤细胞表面的基质金属蛋白酶活性，达到抑制肿瘤细胞侵袭与转移的目的，是发现新型抗癌药物有效的策略。 大黄素是多种中药中含有的天然活性有效成分，能够抑制包括PG细胞在内的来源于多种肿瘤组织的恶性肿瘤增殖，能显著抑制PG细胞分泌的Ⅳ型胶原酶(MMP-2，MMP-9)的活性，同时可使其侵袭能力显著降低。大黄素作为一种多羰基、多羟基的天然成分，能够和Ⅳ型胶原酶的锌离子发生配位螯合，使Ⅳ型胶原酶失活，从而阻止Ⅳ型胶原酶(MMP-2，MMP-9)对正常组织细胞基底膜和细胞外基质的降解，起到抗侵袭、抗转移作用。所以目前对大黄素及其衍生物对抗肿瘤作用的研究也日益受到人们的关注。本论文通过对MMP的三维空间结构解析，利用Tripos公司的计算机辅助设计软件SireiD，经过计算分析，发现MMP都有两个比较明显的结合腔，一个是催化Zn<'2+>离子结合腔，另一个是比较深的S’1口袋结合腔；不同MMP的两结合腔距离不同。本论文根据基质金属蛋白酶的三维结构特点和大黄素的结构特征，以天然活性产物大黄素为先导化合物，进行了如下设计：(1)保留催化锌离子结合基团(zinc binding group，ZBG)，(2)对侧链进行结构修饰，尽可能适应MMP活性结合腔，能与MMP的亚位点S’1口袋结合腔发生有效的结合。 根据以上设计思想，本论文设计合成了D,H,J,L,N五个系列共61个新型大黄素葸醌类衍生物。在D系列目标化合物的合成中，首先通过亲核取代反应引入双活性基团环氧氯丙烷，生成关键中间体B，然后进行开环胺化反应得到终产物；在H,J,L,N系列化合物合成中，分别经过羟基保护反应、甲基溴取代反应、水解反应、羟基脱保护反应，最后经过卤代烃的胺取代反应或希夫碱缩合反应得到目标化合物。对所合成的化合物，通过红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、质谱及元素分析等方法进行了确证。经查阅文献证实，所合成的化合物为新型化合物，未见文献报道。 对所合成的化合物进行了初步的生物活性试验。所有化合物都进行了抑制明胶酶的实验及对子宫内膜癌KLE肿瘤细胞抑制活性试验；部分化合物进行了抑制cdc25A和cdc25B的活性试验。 活性试验表明：大部分化合物对MMPs、子宫内膜癌KLE肿瘤细胞及cdc25A和cdc25B都具有一定的抑制作用并且比大黄素活性要好；D3抑制MMP的IC<,50>达到了16.0μmol/L；D11，D15，D19，D22对MMP未显示抑制作用，但对KLE肿瘤细胞却显示出较好的活性，这可能是由于此类化合物除去可抑制MMPs外，还有另外的作用机制；对MMP的抑制活性，N系列和J系列化合物要比相应的L系列和H系列活性好，这可能是因为1，8位羟基未受保护，体积较小，易与MMP中Zn<'2+>螯合的原因；而对KLE肿瘤细胞抑制作用无明显区别，提示大黄素类化合物抑制肿瘤细胞可能还有其他的作用途径。部分化合物对cdc25A和cdc25B，显示出较好的抑制活性，D26对cdc25A和cdc25B的ICso分别达到了7.51μmol/L和8.92 μmol/L，值得进一步研究开发。 本论文根据实验得出的结构及活性数据，利用Tripos公司的Sybyl软件包进行了初步的定量构效关系研究，并构建了比较分子力场(CoMFA)模型。构建的CoMFA QSAR模型中，模型A效果较好，q<'2>达到了0.691，具有较好的预测能力，并通过CoMFA系数等势线图分析了立体场和静电场对活性的影响，认为在大黄素3位侧链上应引入体积稍大一些的正电性基团，将会有利于提高活性，为今后新一轮化合物的设计合成奠定了基础。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

摘要

符号说明

第一章前言

第二章以MMP为靶点的新型大黄素衍生物的设计

第三章目标化合物的化学合成

第四章目标化合物的活性评价

第五章目标化合物的定量构效关系研究

第六章总结与展望

致谢

附录