四环二萜类活性天然产物化合物库的构建、生物学评价及作用机制研究

Enmein-type and spirolactone-type tetracyclic diterpenoids showed potent biological activity but it was difficult to isolate and purify from natural plants. In our previous studies, we have obtained enmein-type and spirolactone-type diterpenoid scaffolds from commercially available natural product oridonin via simple chemical reactions. On the basis of these work, this project will focus on the systematic structure modifications of oridonin, spirolactone-type and enmein-type diterpenoids. A large variety of derivatives, including NO-releasing derivatives and hybrids of 7 diterpenoid building blocks are designed and going to be synthesized to form a library of bioactive natural diterpenoids. Then antitumoral, antibacterial and antituberculous activities will be comprehensively evaluated to give structure-activity relationships (SAR). At the same time, through the design and synthesis of fluorescent molecular probe of oridonin, sub-cellular localization will be revealed which is helpful to identify mechanisms of action; The influence of cell apoptosis and the pathways of cell cycle by representative compounds will be detected at molecule, cell and tissue levels; NO release quantities of NO-donor derivatives in normal cells and tumor cells will be tested, then the correlations between NO release and antitumor activity will be analyzed. Further studies of mechanisms will also be carried out. The successful implementation of this project will enlarge the research scope and improve drug-like properties so as to increase the application prospect of bioactive tetracyclic diterpenoids .

本项目前期研究以结构相关、来源丰富的四环二萜类天然产物冬凌草甲素为原料，通过简便的化学方法，合成获得了天然植物中含量低、分离难度大、生物活性较强的螺内酯型和延命草素型四环二萜类化合物母核，在此基础上，本课题拟对冬凌草甲素及螺内酯型和延命草素型四环二萜类化合物进行系统的结构修饰研究，以7种母核为骨架，设计合成大量类似物、药物拼合杂合体及NO供体型衍生物，构建四环二萜类活性天然产物化合物库，开展抗肿瘤、抗菌、抗结核杆菌等全面的生物活性评价，分析获得构效关系。同时通过设计合成冬凌草甲素荧光分子探针，进行亚细胞定位探索研究其作用机制；从分子、细胞、组织水平检测代表化合物对细胞凋亡及细胞周期信号通路的影响；测定正常细胞和肿瘤细胞中NO供体型衍生物其NO释放量，分析NO释放与抗肿瘤活性的关联性，进一步探明作用机理。本项目的成功实施将拓展四环二萜类化合物成药性的研究领域，从而促进活性天然产物的应用前景

冬凌草甲素是从冬凌草中提取分离的一种贝壳杉烯二萜类天然有机化合物，目前可以从原料市场以较低价格购买得到，具有明显的抗菌消炎和抗肿瘤活性，但其水溶性较差，限制了其在临床的应用。. 本课题以活性天然分子冬凌草甲素作为研究对象：（1）首先以结构相关、来源丰富的四环二萜类活性天然产物冬凌草甲素为原料，通过简便的化学方法，合成获得了天然植物中含量低、分离难度大、生物活性较强的螺内酯型和延命草素型四环二萜类化合物的母核。（2）在此基础上，选择7种天然产物母核为骨架，对冬凌草甲素及螺内酯型和延命草素型四环二萜类化合物进行了系统的结构修饰研究，设计合成了大量天然产物类似物、药物拼合杂合体以及一氧化氮（NO）供体型冬凌草甲素衍生物，初步构建了四环二萜类活性天然产物化合物库。（3）对所获得的新化合物开展了全面的抗肿瘤、抗菌、抗结核杆菌等生物活性评价，获得了较为完整的构效关系。（4）测定了正常细胞和肿瘤细胞中NO供体型衍生物其NO的释放水平，研究了NO释放与抗肿瘤活性的关联性及其作用机理。 （5）进一步设计合成了冬凌草甲素荧光探针分子，进行了亚细胞定位及其作用机制探索研究，从分子、细胞、组织水平研究了代表化合物对细胞凋亡及细胞周期信号通路的影响。. 通过这些研究，获得了抗肿瘤活性更好、选择作用强、毒副作用小的冬凌草甲素新型衍生物，为进一步获得可供深入研究的新药候选化合物提供了物质基础。本项目的研究成果不仅拓展了四环二萜类化合物成药性的研究领域，而且揭示了活性天然产物在创新药物研究领域的应用前景。. 研究成果：①发表了与本项目研究相关的SCI 论文15 篇，其中IF > 5 的有2 篇；IF > 3 的有6 篇；②申请了7项发明专利，授权了4项；③培养了4 名博士生和4名硕士生。④获得了数个抗肿瘤活性确切、靶向作用强、毒副作用低、可供临床前深入研究的候选化合物。