咔啉类和吡咯类海洋生物碱及其类似物的设计、合成与生物活性研究

摘要

恶性肿瘤(癌)为细胞性病变,它是威胁人类健康的一种严重的疾病。开发低毒高效的新型抗肿瘤药物一直是药物研究领域的热点课题。海洋生物碱所表现出的广泛的生物活性,尤其是抗肿瘤活性,已经引起药物化学家的广泛关注,为此,对海洋生物碱进行全合成成为药物研发的热点;尽管海洋生物碱具有结构特异性和复杂性,但是其生物活性并非一定理想,因此进行基于海洋生物碱结构模型的类似物的设计和合成在药物研发中占据重要地位。化疗为肿瘤治疗的主要手段,但普遍存在的肿瘤的多药耐药(Multidrug resistance,MDR)限制了化学药物的治疗效果,是目前肿瘤化学治疗失败的一个主要原因,设计和合成低毒高效的肿瘤多药耐药逆转剂是抗癌药物研究的重点课题之一。
　　 本论文首先对三类β-咔啉类海洋生物碱Hyrtiosulawesine、Eudistalbin A和Eudistomins Y1-Y7及其类似物进行了设计、合成与肿瘤抑制活性研究,此外对具有肿瘤多药耐药逆转活性的吡咯类海洋生物碱Ningalin B类似物进行了设计、合成与生物活性研究,以及对一种吡咯类海洋生物碱Neolamellarin A进行了全合成研究。
　　 本论文完成了β-咔啉类海洋生物碱Hyrtiosulawesine、Eudistalbin A和Eudistomins Y1-Y7的全合成,利用药物分子设计理论设计并合成了20个Hyrtiosulawesine类似物、6个Eudistalbin A类似物和7个Eudistomins Y1-Y7类似物。所合成的42个目标化合物均为未见文献报道的新化合物(Eudistomins Y1-Y6除外),均经核磁共振(1H NMR和13C NMR)和质谱(HRMS)结构验证。对其中的35个化合物进行了体外抗肿瘤活性测试,对人乳腺癌细胞MDA-231细胞株的初步活性测试表明,所有被测化合物都表现出了对肿瘤细胞的生长抑制活性,其中Hyrtiosulawesine类似物活性最为理想,化合物22c、22d、23b、20b、21b、21c、23a和22a对肿瘤细胞MDA-231的IC50值依次为1.05Μm、1.77μM、2.58μM、2.67μM、4.43μM、4.44μM、4.50μM和4.53μM。对目标化合物的构效关系做了初步的探索,为合成和设计具有肿瘤抑制活性的β-咔啉类化合物探索出了一条可行的途径。
　　 本论文以P-糖蛋白(permeability glycoprotein,P-gp)为靶点,结合P-gp转运的氢键受体原理,并在构效关系研究基础上,设计并合成了20个吡咯类海洋生物碱Ningalin B类似物。所合成的20个目标化合物均为未见文献报道的新化合物,均经核磁共振(1H NMR和13C NMR)和质谱(HRMS)验证。设计了一条未见文献报道的吡咯二酮类化合物的合成路线,该合成路线具有所用原料价廉易得和反应条件温和的特点。
　　 所合成的20个海洋生物碱Ningalin B类似物进行了肿瘤MDR逆转活性试验以及细胞毒性试验。活性测试结果显示其中的7个化合物与抗肿瘤药物紫杉醇(paclitaxel)联合使用时有显著的MDR逆转活性;其中的两个化合物与抗肿瘤药物阿霉素(doxorubicin)和长春新碱(vincristine)联合使用时也表现出了较强的MDR逆转活性。在抑制P-gp高表达的MDA435LCC6乳腺癌耐药细胞株实验中,单独使用paclitaxel的IC50为183 Nm,与0.5μM的化合物56和0.5μM的化合物66共同使用时paclitaxel的IC50降低至2.8 Nm。化合物56和化合物66的协同的逆转倍数(RF)为66,对耐药细胞株接近完全抑制。细胞毒试验证明新合成的Ningalin B类似物(化合物59除外)对肿瘤细胞(LCC6和LCC6MDR)和小鼠正常纤维细胞(L929)均没有细胞毒性,具有理想的肿瘤MDR逆转剂所必备的低毒高效的特点。通过本文的研究,进一步阐明了P-gp介导的肿瘤多药耐药的构效关系,对于低毒高效的肿瘤多药耐药逆转剂的设计与合成提供了新的思路。
　　 本论文首次完成了以吡咯为核心骨架的海洋天然产物Neolamellarin A的全合成。对该类化合物的合成方法和相关的反应机理进行了探讨,探索出了一条经济可行的合成途径。目标化合物的生物活性测试正在进行中。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一部分 β-咔啉类海洋生物碱及其类似物的设计、合成与活性评价

1 文献综述

1.1 β-咔啉类生物碱概述

1.2 β-咔啉类生物碱的结构与活性

1.3 β-咔啉类海洋生物碱及其类似物的合成研究

2 海洋生物碱Hyrtiosuawesine的全合成及其衍生物的设计、合成与生物活性评价

2.1 海洋生物碱Hyrtiosulawesine简介与反合成分析

2.2 海洋生物碱Hyrtiosulawesine类似物的设计

2.3 合成路线设计

2.4 结果与讨论

2.5 小结

3 咔啉类海洋生物碱Eudistalbin A的全合成及其衍生物的设计、合成与生物活性评价

3.1 海洋生物碱Eudistalbin A简介与反合成分析

3.2 海洋生物碱Eudistalbin A衍生物的设计

3.3 路线设计

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4 海洋生物碱Eudistomins Y1-Y7的全合成与生物活性评价

4.1 海洋生物碱Eudistomins Y1-Y7简介与合成路线设计

4.2 合成路线设计

4.3 结果与讨论

4.4 小结

5 实验部分

5.1 实验试剂及仪器

5.2 化合物的制备

第二部分 吡咯类海洋生物碱及其类似物的设计、合成与活性研究

1 肿瘤多药耐药逆转剂Ninganni B类似物的设计、合成与活性研究

1.1 前言

1.2 研究背景

1.3 目标化合物的设计

1.4 结果与讨论

1.5 小结

2 吡咯类海洋生物碱Neolamellarin A的全合成

2.1 引言

2.2 吡咯类海洋生物碱Neolamellarin A简介及反合成设计

2.3 Neolamellarin A的合成路线设计

2.4 结果与讨论

2.5 小结

3 实验部分

3.1 实验试剂及仪器

3.2 化合物的制备

论文总结

参考文献

附录

致谢

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