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镓（Ⅲ）是继铂（Ⅱ）之后的第二类应用于肿瘤化疗的金属元素,具有广谱的抗肿瘤活性,尤其对乳腺癌、淋巴癌、骨肉癌、非小细胞肺癌有较好的疗效。然而镓（Ⅲ）容易水解生成氢氧化镓,产生低溶解性聚合物,导致人体对镓（Ⅲ）的吸收非常差。采用有机配体配位,不仅能防止其羟基化,还可以增加镓（Ⅲ）的亲脂性、提高镓（Ⅲ）的生物利用率,增强其抗肿瘤增殖活性。因此,本文研究了α-N-杂环螯合镓（Ⅲ）配合物的设计、合成及其抗肿瘤机制。首先,本文合成了以2-吡啶甲醛缩氨基硫脲合为配体（L1和L2）的镓（Ⅲ）配合物（C1-C4）,并采用x-ray单晶衍射法鉴定C1和C3是金属/配体比为1:2的配合物,C2和C4是1:1金属/配体比为1:1的配合物。这些镓（Ⅲ）配合物具有显著的抗肿瘤增殖活性,并通过研究结构活性关系阐明了形成镓（Ⅲ）配合物能显著提高配体的生物活性。C3和C4不仅能显著抑制细胞周期,而且具有促进细胞凋亡的能力。此外,金属/配体比例为1:1的镓（Ⅲ）配合物（C4）抗增殖活性明显高于1:2配合物（C3）的。C4相对于L2还能显著增加caspase-3和caspase-9的活化。为了研究镓（Ⅲ）配合物抑制细胞周期的机制,本文合成了五种缩氨基硫脲配体（L3-L7）及其对应的镓（Ⅲ）配合物（C5-C9）,并用x-ray单晶衍射对其进行表征,它们均为单配体的配合物。这些镓（Ⅲ）配合物对癌细胞的抗增殖活性的检测结果表明,C5-C9的抗肿瘤活性比其对应的配体高出3-10倍。更重要的是,镓（Ⅲ）配合物对人胎肺成纤维细胞（MRC-5）的毒性较低,因此对肿瘤细胞具有较高的治疗指标。紫外-可见光谱研究结果表明,C8与Topo-I-DNA的结合常数明显高于L6,并能抑制Topo-I活性。此外,C8和L6延长了NCI-H460细胞周期G1期,这可能取决于这些配合物影响了细胞周期相关蛋白表达的能力。为了研究镓（Ⅲ）配合物促进细胞凋亡的机制,本文合成了5种氨基硫脲配体（L8-L12）对应的镓（Ⅲ）配合物（C10-C14）。并对C13进行了x-ray单晶衍射表征,该配合物为配体/金属比为1:1的镓（Ⅲ）配合物。镓（Ⅲ）配合物比相应的配体具有更显著的抗肿瘤增殖活性。镓（Ⅲ）配合物的抗癌机制研究结果表明,C13是影响线粒体凋亡通路的典型药物。C13抑制细胞周期的能力不随浓度的增加而增强,而促进细胞凋亡的能力与浓度有关。为了研究镓（Ⅲ）配合物对细胞内ROS水平的影响,本文合成了3种缩氨基硫脲配体（L3-L15）及其对应的双配体的镓（Ⅲ）配合物（C15-C17）,并研究了它们的抗肿瘤机制。通过x-ray单晶衍射鉴定了C15-C17的结构。细胞毒性结果表明,L3-L15和C15-C17具有较高的抗肿瘤活性和较低的细胞毒性。生物活性最好的配合物是C17,其抗肿瘤活性优于相关配体和抗癌剂3-AP。抗肿瘤机制结果表明,这些镓（Ⅲ）配合物不仅参与细胞内铁离子的传递,还诱导细胞内Ca2+释放,导致细胞内ROS的水平升高。其机制还包括线粒体膜电位降低,释放Cyt C,然后激活caspase家族蛋白,促进细胞凋亡。铜是大多数需氧生物的必需元素,用作结构和催化辅助因子,因此它参与许多生物途径,以及在癌症和其他疾病的治疗中发挥着巨大作用。铜（Ⅱ）配合物能有效地催化过氧化氢产生活性氧（ROS）,这是其具有显著抗肿瘤活性的主要原因。本文合成了三种哌啶基氨基硫脲配体（L16-L18）及其对应的铜（Ⅱ）配合物（C18-C20）,并用x-ray单晶衍射检测了它们的结构。这些铜（Ⅱ）配合物在纳摩尔每升的浓度下具有显著的促细胞凋亡的活性。这些铜（Ⅱ）配合物的抗肿瘤活性比对应的配体提高了40多倍。C18-C20与DNA具有中等结合亲和力,并通过原位插层的模式与DNA相互作用。凝胶电泳结果表明,C18-C20催化过氧化氢产生的ROS会降解DNA。细胞凋亡机制研究结果表明,过量ROS引起线粒体膜电位降低,促进线粒体凋亡因子的释放。