一叶萩型生物碱二聚体的仿生合成及其抗肿瘤作用研究

With excellent druggability, alkaloids were considered to be important sources of new drugs. Securinega-type alkaloids showed a wide range of biological activities with a fine developing prospect. They exhibited some unexpected characteristic reactions and biological properties due to their unique structural features. It was found that some securinega-type alkaloids could easily lead to the formation of dimers, trimers as well as tetramers, and displayed the biosynthetic pathways in distinict chemical reactions. Furthermore, it was demonstrated that securinega-type alkaloids exhibited potent cytotoxity against certain cancer cells, and the antitumor activity of dimers was prior to that of monomers. In order to solve these scientific puzzles, this project will launch the following issues: biomimetic synthesis of natural dimeric securinega-type alkaloids as well as their derivatives, and inhibition studies of human topoisomerases to evaluate their antitumor activity. The structure-activity relationship of dimers will be studied to identify their pharmacophore for antitumor, and to find leading compound of anticancer drug.In addition, we will further investigate the interaction between the topoisomerases and supercoiled DNA（pBR322）with dimeric securinega-type alkaloids to explore their action mechanism of antitumor. The results of this study will provide a scientific basis for research of novel anticancer agents.

生物碱化合物成药性好，是新药发现的重要源泉。一叶萩型生物碱具有广泛的生物活性，具有研究开发前景。由于其结构的特异性，该类化合物展现出一些特殊的化学反应性质和生物活性规律。我们前期的研究发现，一些天然一叶萩型生物碱易于形成二聚体、三聚体甚至四聚体，推测其生物合成途径符合一些特定化学反应规律；研究还发现一叶萩型生物碱具有良好的抗肿瘤活性，且表现为二聚体的抗肿瘤活性强于单体化合物。为揭示这些科学问题，本项目拟开展如下研究工作：模拟生物途径合成出天然一叶萩型生物碱二聚体及其衍生物；以DNA拓扑异构酶为靶标研究该类化合物的抗肿瘤作用活性；研究二聚体及其衍生物的抗肿瘤作用构效关系，发现新型抗肿瘤先导化合物；通过研究其与人类拓扑异构酶以及超螺旋DNA（pBR322）的反应，探讨二聚体生物碱的抗肿瘤作用机制。为新型抗肿瘤药物的研究提供科学依据。

我们前期的研究发现，一些天然一叶萩型生物碱易于形成二聚体、三聚体甚至四聚体，推测其生物合成途径符合一些特定化学反应规律；研究还发现一叶萩型生物碱具有良好的抗肿瘤活性，且表现为二聚体的抗肿瘤活性强于单体化合物。为揭示这些科学问题，本课题开展了以下研究工作：.天然一叶萩型生物碱二聚体及其衍生物的合成：.以光化学反应证实和合成出了含环丁烷结构的一叶萩碱、降一叶萩碱等二聚体化合物，研究证实一叶萩碱由于其中N-原子可以与环内双键发生跨环共轭作用而在化学性质上表现比降一叶萩碱更稳定；.以Baylis-Hillman反应证实了降一叶萩碱更容易发生二聚、三聚、乃至多聚反应，一叶萩碱在较剧烈的条件下也可发生Baylis-Hillman反应形成二聚体；.以脂肪胺与一叶萩碱发生迈克尔加成反应，然后其加胺衍生物以不同的碳链以酰胺键链接形成二聚体化合物，研究其对神经胶质瘤的影响，发现了几个具有良好促神经分化的化合物；结果发现明显地二聚体化合物较一叶萩碱单体化合物活性优越。.以DNA拓扑异构酶为靶标研究该类化合物的抗肿瘤作用活性；.以DNA拓扑异构酶I为靶标，首先设计合成出了含有β′-羟基-α,β-不饱和酮结构的一叶萩碱衍生物。化合物均有不同程度的Topo I抑制活性，且较一叶萩碱单体本身活性高。发现4个活性较好的一叶萩型抗肿瘤活性化合物，并且发现其可以抑制Topo I和DNA的结合。与喜树碱相比，因其不会导致断裂DNA的生产和蓄积，对DNA损伤较小。进一步考察了链连二聚体对DNA拓扑异构酶的影响，发现1个活性较好的苯二甲酰胺相连的一叶萩碱二倍体，发现其可以发挥抑制Topo I和DNA的结合与稳定Topo I-DNA共价复合物的双重作用。.为探讨一叶萩碱对抗肿瘤活性及DNA拓扑异构酶影响的构效关系，我们对一叶萩碱进行结构简化分析，设计和合成了两个系列的具有α,β-不饱和内酯片段4-(4-氨苄基)-2-(5H)呋喃酮化合物。Topo I抑制活性表明，α,β-不饱和内酯环为活性必须，具有环外双键的抑制活性均高于不含有环外双键的系列化合物。.总之，我们系统探讨了一叶萩碱及其二聚体基于DNA拓扑异构酶抗肿瘤作用，初步分析出了一叶萩碱二聚体较其单体分子抗肿瘤活性更好的原因，为基于一叶萩碱的新型抗肿瘤药物的研究提供了科学依据。