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本论文由四章组成。第一章介绍了三种天然产物:景洪哥纳香甲素、丹参酮及对映贝壳杉烷二萜的结构修饰及其构效关系研究。第二章论述了毛萼乙素、冬凌草甲素、vibsanin B分子探针的合成及其在作用机制研究中的应用。第三章论述了新颖石松类生物碱serratamine A和B的全合成研究。第四章综述了创新药物研究中药物靶点发现与确证的方法。
第一章第一节景洪哥纳香甲素的结构修饰与构效关系研究
景洪哥纳香甲素是李朝明研究员于1996年从景洪哥纳香中分离得到的一个苯乙烯-内酯类的化合物。体外、体内实验均表明该化合物具有显著的抗肿瘤活性,且毒性较小,但深入研究发现该化合物化学不稳定、半衰期短、水溶性差等缺点,因此对该化合物进行结构修饰与构效关系研究,以期克服上述不足,找到具有成药前景的新药候选分子是一项非常有意义的课题。
第一章第一节详细论述了抗肿瘤活性景洪哥纳香甲素衍生物的合成与构效关系研究的成果。从景洪哥纳香甲素出发,通过1-3步化学反应设计合成衍生物近50个。体外抗肿瘤活性筛选发现,8个噁唑啉/噁唑衍生物对HL-60,SK-BR-3和PANC-1细胞株表现出比母体化合物更好的活性;代表性化合物的化学稳定性实验表明,多数衍生物比景洪哥纳香甲素更稳定。
第一章第二节丹参酮与Kauranic Acid的结构修饰与构效关系研究
11β-脱氢酶Ⅰ型酶(11β-HSD1)是一种氧化还原酶,催化体内的糖皮质激素皮质酮向皮质醇转化,而皮质醇是糖皮质激素受体(GR)的激动剂,对于代谢调节起到至关重要的作用。来自基因敲除小鼠的实验表明:选择性抑制11β-HSD1活性,可降低肝或脂肪中皮质醇的浓度,增加胰岛素的敏感性,减少肝糖异生和潜在的肥胖倾向,从而抑制糖尿病或代谢综合症的发生和发展。
通过对云南产的6种植物共计230余个化合物进行了活性筛选,发现2个新结构类型的11β-HSD1选择性抑制剂,一类是以ent-Kaur-16-en-18-oic acid为代表的对映贝壳杉烷型二萜,另一类是以丹参酮ⅡA为代表的松香烷二萜,分别以(4α,11β,15β)-11,15-dihydroxy-kaur-16-en-18-oic acid和丹参酮ⅡA为先导化合物,开展结构修饰与构效关系研究,期望找到新型高效、高选择性11β-HSD1抑制剂。
以菊科单种属植物栌菊术中分离得到的一个对映贝壳杉烷型二萜(4α,11β,15β)-11,15-dihydroxy-kaurr-16-en-18-oic acid为原料,设计合成衍生物近60个,其中包括通过Curtius重排-亲核加成反应在C-4位引入不同官能团取代的脲结构单元。体外活性筛选发现,10个脲衍生物对人源11β-HSD1表现出优秀的活性和选择性。
另以我国传统中药丹参中分离得到的丹参酮ⅡA和隐丹参酮为原料,通过1-4步反应对其构效关系进行了系统的研究,通过Suzuki偶联、Pictet-Spengler反应、自由基介导的消除、SeO2氧化等反应设计合成衍生物近70余个。体外11β-HSD1抑制活性筛选发现,20余个衍生物对人源及鼠源11β-HSD1均表现出优秀的活性和选择性。细胞水平的活性评价表明,化合物T4、T7、T40、T41、T52可显著抑制3T3-L1脂肪细胞11-βHSD1酶的活性。尤其值得一提的是,化合物T40、T41和T52不仅在酶水平和细胞水平均表现出优秀的11β-HSD1酶抑制活性,而且水溶性大幅提升,利于制成口服制剂。
第二章第一节毛萼乙素、冬凌草甲素的分子探针的合成及作用机制研究
毛萼乙素、冬凌草甲素是从香茶菜属植物中分离得到的两个具有显著抗肿瘤活性的二萜类化合物。自发现以来,对于毛萼乙素和冬凌草甲素的研究一直经久不衰,然而对于其作用机制的仍然存在较大争议,且作用靶点不明确。本课题拟采用基于活性的分子探针技术对其作用机制和作用靶点进行深入的探讨。
第二章第一节详细论述了论述了毛萼乙素、冬凌草甲素荧光标记物和生物素标记物的设计合成及其在作用机制研究中的应用。从不同链长度和亲水性的二醇出发,通过五步反应以不同的连接方式合成了毛萼乙素、脱氢毛萼乙素、冬凌草甲素及Taxchinin A衍生物的荧光素/生物素标记物共计30余个。利用这些探针分子,对毛萼乙素的作用机制进行了深入研究。亚细胞定位实验表明,毛萼乙素在胞质中与某特异蛋白结合,然后转位至核内发挥作用。Pull-Down实验及质谱结果表明,P50及Annexin A2可能是毛萼乙素的直接靶点,部分验证性实验已证实了上述结论。
另作者提出了一种通过简单的化学转化在非活性天然产物中引入药物特权结构,并从中挖掘先导化合物的策略——即从结构类型多样的天然产物出发,基于IBX氧化反应,构建了一个骨架多样的迈克尔受体类天然产物库,进一步的抗肿瘤活性筛选发现4个迈克尔受体分子活性大幅提高。
第二章第二节 Vibsanin B的分子探针的合成及作用机制研究
Vibsanin B是从荚醚属植物早禾树中分离得到的一个大环二萜类化合物。利用转基因斑马鱼炎症模型,从众多天然产物中筛选到Vibsanin B,发现该化合物具有良好的抗炎活性。为深入探讨其抗炎作用机制和作用靶点,作者合成了Vibsanin B的荧光探针和生物素探针。利用荧光探针发现该化合物在细胞质中发挥作用;利用生物素标记物,结合Pull-down实验及质谱结果表明,HSP90-beta可能是Vibsanin B的直接靶点。
第三章 Serratamine A和B的合成探索
Serratamine A和B是从蛇足石杉中分离得到的两个具有新颖6/12环系的石松类生物碱,活性筛选发现,Serratamine A具有良好的抗HIV活性。为深入探讨Serratamine A和B的构效关系,作者开展了其全合成探索工作。
从简单原料乙酰乙酸叔丁酯和巴豆醛出发,首先通过脯氨酸衍生物催化的不对称Michael-aldol串联反应得到手性环己烯酮,然后再通过Robinson环化得到关键中间体P5,目前此部分工作正在稳步推进之中。
第四章综述
第四章综述了药物研究中药物靶点的发现与确证的方法,其中主要介绍了芯片技术、生物信息学技术、反义核酸技术、化学基因组学技术、化学蛋白组学技术以及标记技术在药物靶点发现和确证中的应用及相关实例。