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癌症已经成为引起全球人类死亡的主要原因,且有逐年增多的趋势。目前已有多种抗肿瘤药物用于临床治疗,但普遍存在难以区分正常细胞与肿瘤细胞、容易引发肿瘤产生抗药性以及毒副作用较大等问题,因此急需研发一些具有低毒、寡副作用、靶点独特的新型抗肿瘤药物分子,用于癌症的治疗。其中,微管蛋白抑制剂是近年来用于癌症治疗的新型药物之一,该类药物因具有高效的分子靶向专一性、较强的抗肿瘤活性以及对肿瘤新生血管形成的抑制、破坏作用,备受关注。微管蛋白上有四个经典的抑制剂结合位点,其中,秋水仙碱位点因具有结合腔体积小利于研究、配体分子结构要求简单易于研发等特点,越来越多作用于秋水仙碱位点的微管蛋白抑制剂被广泛研究。根据近些年报道的微管蛋白抑制剂及本课题组多年的研究积累,借助于计算机模拟技术,构建基于吲哚、苯并咪唑、噻唑、吡唑、酰胺、磺酰胺、酮肟等活性基团的微管蛋白抑制剂小分子数据库,并从中筛选虚拟活性比较好的化合物;然后基于组合化学的原理,设计、合成出5个系列共109个新型微管蛋白聚合抑制剂。利用元素分析、1H-NMR、13C-NMR、MS分析等手段对这些新化合物的结构进行了确定,其中9个化合物通过单晶X-射线结构分析确定了其三维空间结构。此外,系统评价了这些化合物的生物活性和构效关系。主要结果简述如下。(1)含苯甲酰胺的吲哚接枝苯并咪唑衍生物共合成了 24个新的含苯甲酰胺的吲哚接枝苯并咪唑衍生物(A1-A24)。活性结果显示,6个(占25%)化合物的抗癌活性显著高于秋水仙碱;3个(占12.5%)化合物的抗癌活性优于CA-4。其中化合物A14表现出最好的微管蛋白聚合抑制活性(IC50=1.5 μM),其效果优于阳性对照CA-4(IC50=1.8 μM)和秋水仙碱(IC50=2.62μM);同时化合物A14对三株细胞A549、HepG2和MCF-7表现出很好的抗细胞增殖活性,IC50分别为2.4、3.8和5.1μM,效果同样优于阳性对照CA-4(IC50分别是:2.8μM、7.4μM、9.4μM)和秋水仙碱(IC50分别是:4.4μM、10.5μM、13.5 μM)。另外流式细胞仪分析结果显示,化合物A14能够有效诱导细胞凋亡和阻滞细胞周期在G2/M期。细胞毒实验也证明此类化合物对人体是几乎没有毒性作用的,因此可以作为进一步开发的潜在药物。对24个化合物的构效关系研究结果显示,A环上OCH3取代、B环上间位供电子取代,会增强化合物的抗癌活性。(2)含苯磺酰胺的吲哚接枝苯并咪唑衍生物共合成了 22个新的含苯磺酰胺的吲哚接枝苯并咪唑衍生物(B1-B22)。活性结果显示,5个(占22.7%)化合物表现出比秋水仙碱更好的抗癌活性;3个(占13.6%)化合物表现出比CA-4更强的抗癌活性。其中化合物B19的微管蛋白聚合抑制活性最好,IC50=1.41μM,明显优于阳性对照CA-4(IC50=1.9μM)和秋水仙碱(IC50=2.54μM);四种细胞中,化合物B19对A549的抗细胞增殖活性最好IC50=1.6μM,同样优于阳性对照CA-4(IC50=2.2μM)和秋水仙碱(IC50=4.1μM)。另外,细胞凋亡和细胞周期实验结果显示化合物B19能够将细胞周期阻滞在G2/M期,并且有效地诱导细胞凋亡。免疫荧光实验也进一步验证了化合物B19对微管蛋白聚合的抑制作用。对22个化合物的构效关系研究结果显示,A环上的OCH3取代、B环上的CH3取代、C环上的多个供电子取代,能够显著增强该类化合物的抗肿瘤活性。(3)查尔酮肟衍生物共合成了 18个新的查尔酮肟衍生物(C1-C18)。活性结果显示,2个(占11.1%)化合物表现出比阳性对照CA-4更好的抗癌抗性。其中化合物C7表现出最好的抗微管蛋白效果和抗癌细胞效果(Tubulin:IC50=1.6μM,A549:IC50=2.1μM,Hela:IC50=3.5μM,MCF-7:IC50=3.6 μM),效果优于阳性对照 CA-4(Tubulin:IC50=1.8μM,A549:IC50=3μM,Hela:IC50=9.3μM,MCF-7:IC50=8.4μM);细胞凋亡和细胞周期实验结果显示,化合物C7能够将细胞周期阻滞在G2/M期、诱导发生细胞凋亡。对18个化合物的构效关系研究结果显示,A环上的2,4,6-三甲氧基、B环上的间位供电子取代,会增强该类化合物的抗癌活性。(4)吲哚接枝噻唑腙类衍生物共合成了 22个新的吲哚接枝噻唑腙类衍生物(D1-D22)。活性结果显示,大多数化合物表现出较好的抗癌活性,尤其是化合物D18、D16、D22、D10。其中化合物D18的微管蛋白聚合抑制活性最好,IC50=1.28 μM,优于阳性对照CA-4(IC50=2.1μM)和秋水仙碱(IC50=3.2μM);在癌细胞抗性实验结果中,D18对A549细胞的抗细胞增殖活性也是最好的IC50=0.4μM,同样优于阳性对照CA-4(IC50=7.4μM)和秋水仙碱(IC50=10.5μM)。细胞凋亡和细胞周期实验结果显示,化合物D18能够有效地将细胞周期阻滞在G2/M期,并且有效地诱导细胞凋亡。免疫荧光实验也进一步验证了化合物D18对微管蛋白聚合的抑制作用。对22个化合物的构效关系研究结果显示,R1是H、R2是OCH3取代、R3是间位Br取代,会增强该类化合物的抗癌活性。(5)含吡唑环结构的苯并咪唑接枝磺酰胺类衍生物共合成了 23个新的含吡唑环结构的苯并咪唑接枝磺酰胺类衍生物(E1-E23)。活性结果显示,3个(占13%)化合物显示出比秋水仙碱更好的抗癌活性,1个(占4.3%)化合物显示出比CA-4更好的抗肿瘤活性。其中化合物E18的微管蛋白聚合抑制活性和抗细胞增殖活性都是最好的,对Tubulin、A549、Hela、HepG2 和 MCF-7 的 IC50分别为 1.52、0.15、0.21、0.33 和 0.17μM,明显优于阳性对照 CA-4(对 Tubulin、A549、Hela、HepG2 和 MCF-7 的 IC50分别为1.61、0.16、0.24、0.33 和 0.18μM)和秋水仙碱(对 Tubulin、A549、Hela、HepG2和MCF-7的IC50分别为2.26、0.22、0.36、0.42和0.44μM)的抑制活性。另外,化合物E18能够将细胞周期阻滞在G2/M期、并能有效诱导细胞凋亡;免疫荧光实验也进一步验证了化合物E18对微管蛋白聚合的抑制作用;小鼠体内实验也表明了化合物E18对肿瘤是有抑制效果的,具有很好的开发应用前景。对23个化合物的构效关系研究结果显示,A环的对位CF3取代、B环的多个供电子取代,均能增强该类化合物的抗癌活性。