氮氧自由基系列化合物的设计、合成及其抗缺氧活性研究

Acute mountain sickness severely restrict the social, economic and military development of the plateau region. One of the most effective measures to prevent and treat acute altitude sickness is taking anti-hypoxia drugs. Existed anti-hypoxia drugs have lots of disadventanges, such as slow action, high side-effect and so on. Therefore, it is necessary to develop new anti-hypoxia drugs. Previous research indicated that exposure to high altitude could enhanced generation free radicals, such as reactive oxygen and nitrogen species, which will induced oxidative damage to lipids, proteins, and DNA. The free radical scavengers can reduce oxidative damage of organism. Nitronyl nitroxide, which have lots of bioactivities, is a novel free radical scavenger. Our previous research firstly found that the nitronyl nitroxide had good anti-hypocia activity. On the basis of our previous rasearch about nitronyl nitroxide and the technical platform of the key laboratory of the prevention and cure for the plateau environment damage, we will design and synthesis of 60 nitronyl nitroxides and elucidate the action mechanism and the ralationship between their anti-hypoxia activity and chemical structure in this study. Those works will provide a basis lay for nitronyl nitroxide to be anti-hypoxia drugs and novel ideas and approaches for developing new anti-hypoxia drugs. Our research achievement can be used not only in the high altitude military medical but also in the treatment of hypoxic diseases, tourism and other fields. This study has important value in military and civilian fields.

急性高原反应是严重制约高原地方经济、社会和军事发展的瓶颈。抗缺氧药物是防治急性高原反应最有效的手段之一。现存的抗缺氧药物存在起效慢、副作用大、疗效不明确等不足，因此，迫在需要研发新型抗缺氧药物。研究表明：高原缺氧会造成体内的自由基堆积从而造成对机体的损伤，而自由基清除剂能够减少这种损伤。氮氧自由基是近年来发现的一种新型自由基清除剂，文献报道具有多种生物活性。课题组在前期的研究中首次发现，其具有较好的抗缺氧活性。本课题基于前期在氮氧自由基方面的研究基础，以中国人民解放军高原环境损伤防治重点实验室为依托，拟设计、合成60个氮氧自由基，研究其抗缺氧活性，总结其构效关系，阐明其作用机制，为进一步将其开发成为抗高原缺氧损伤防护剂奠定理论基础，同时也为研发新型抗高原缺氧药物提供新的思路和途径。该项研究成果既能在高原军事医学领域发挥作用，也可用于缺氧性疾病的治疗、旅游等领域，具有重要的军用和民用价值。

我国是世界上高原面积最多的国家之一,随着“西部大开发”和“一带一路”国家战略的稳步推进，急性高原病的发病率也与日俱增，逐渐成为制约高原地区经济、社会和军事发展的瓶颈，迫切需要研发高效安全的急性高原病防治药物。低压低氧条件导致机体内氧化还原状态失衡，内源性的抗氧化体系无法清除机体产生的ROS,蓄积的ROS通过攻击细胞内DNA、蛋白质、核酸等生物大分子，对组织器官造成损伤。研究表明：适当补充自由基清除剂，例如维生素E、植物多酚等能够缓解低压低氧诱导的氧化应激。. 氮氧自由基是一种高效、低毒的自由基清除剂，具有多种生物活性。本项目创新地设计、合成了两类氮氧自由基分子，并对其抗缺氧活性进行研究。具体完成内容：1、设计、合成19个2-取代氮氧自由基分子，结构经质谱、元素分析、红外光谱、电子顺磁共振谱和X-单晶衍射（得到3个单晶）分析确认。通过活性筛选得到一个抗缺氧活性优异的分子结构。药效学结果表明：氮氧自由基能够降低低压低氧条件下小鼠脑组织中的H2O2、NO、MDA和LD含量，维持LDH、SOD、CAT、GSH-Px和ATP酶的活性，对低压低氧小鼠脑组织具有明显的保护作用，其机制为通过清除体内过多的自由基，抑制脂质过氧化，维持机体抗氧化酶系及ATP酶活性，保持机体能量代谢稳定，降低缺氧相关蛋白（HIF-1α和VEGF）和促凋亡相关蛋白（Caspase-3和Bax）的表达和提高抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，减少细胞凋亡。2、设计、合成了4个氮氧自由基与氨基酸偶联物，并进行了结构鉴定和抗缺氧活性研究。3、设计合成了30个其它新型氮氧自由基分子。此外，本项目还进行了其它抗缺氧药物研究，包括主要包括：1、从西北特色植物中筛选得到大苞雪莲具有优异的抗缺氧活性，并确定其有效单体成分为苏芥荠黄酮；2、设计了一条适合工业化生产苏芥荠黄酮的合成路线；3、设计合成了一系列具有抗缺氧活性的黄酮化合物。. 突出的研究成果为：1、首次证明了氮氧自由基具有优异的抗缺氧活性，并阐明其作用机制，为抗高原缺氧新药的研究奠定一定的理论基础,2、经筛选发现了一个高效、低毒、高选择性的抗缺氧先导化合物结构，3、获得了一些抗缺氧活性优异的植物提取物和单体化合物，4、发表了论文31篇，其中SCI论文6篇，培养博士后1名，研究生3名，申请专利12项，其中授权1项，获甘肃省科技进步一等奖1项。