花椒属苯并菲啶衍生物的合成、抗癌作用机制和构效关系研究

Benzophenanthridine alkaloids are a family of natural N-containing compounds that widely distributed in Rutaceous plants and display obvious antitumor activities against human tumor cell lines, playing an important role in disease control and having attracted much attention in medicinal chemistry over the past several decades. Aiming to develop natural products-based anticancer agents, this proposed research will (a) perform the structural modification and optimization of benzophenanthridine natural products, (b) discover and develop efficient and selective synthetic methods as powerful tools for the preparation of benzophenanthridine derivatives featured by structural diversity and complexity, (c) evaluate the antitumor effect on tumor cell lines MCF-7 and SMMC-7721 in vitro by using microculture tetrazolium assay (MTT) and sulforhodamine B (SRB) proteochromosonic assays, (d) explore the molecular mechanisms of compounds against DNA-topoisomerase complexes or Bcl-XL protein by fluorescent, UV-vis, CD spectroscopic techniques and viscosity measurement, or FP, ITC and 2D-NMR respectively, (e) acquire novel structures, pharmacophore definition, and scaffold hopping through quantitative structure-activity relationship analysis (Hansch-Fujita, CoMFA and molecular docking). Results of this research will help improve the scientific understanding of structure-activity relationships of benzophenanthridines-based anticancer agents, guide future research on the discovery of new antitumor drugs.

苯并菲啶生物碱是芸香科植物次生代谢的一类天然产物，其抗肿瘤生物活性因在人类疾病治疗中发挥着重要作用而备受关注。本项目将围绕高效低毒抗肿瘤药物开发主题，开展苯并菲啶天然产物的结构修饰、改造与优化研究，发现和发展一些高效、简洁和高选择性的合成方法，实现结构多样性苯并菲啶衍生物的化学合成；采用四氮唑盐还原法和磺酰罗丹明B蛋白染色法离体测定化合物对乳腺癌MCF-7、肝癌SMMC-7721细胞生长的抑制活性；利用紫外、荧光、圆二色谱及粘度测试方法研究化合物与DNA-拓扑异构酶复合物之间的相互作用，利用荧光偏振、等温滴定量热和二维核磁共振滴定研究Bcl-XL蛋白靶向的结合模式，阐明药物作用机制；应用Hansch-Fujita、CoMFA分析法和分子对接技术建立定量构效关系，阐明分子结构、空间构型、功能基团与生物活性之间的内在规律，为进一步开发抗肿瘤药物提供理论依据。

苯并菲啶生物碱是芸香科植物次生代谢的一类天然产物，其抗肿瘤生物活性因在人类疾病治疗中发挥着重要作用而备受关注。本项目旨在开展苯并菲啶天然产物的结构修饰、改造与优化研究，发现和发展一些高效、简洁和高选择性的合成方法，实现结构多样性苯并菲啶衍生物的化学合成并研究其抗肿瘤生物活性。在该项目的资助下，（1）实现了钯催化2-芳基苯并咪唑衍生物和1,2-二卤代苯通过C-H键芳基化与N-芳基化串联反应构建苯并咪唑或咪唑稠合菲啶类衍生物的新方法，该合成方法对底物普适性范围较广，对称取代的邻二溴苯和带有中性或供电子或吸电子基团的苯并咪唑或咪唑衍生物均能以中等至良好的收率转化为结构不同的（杂）芳基稠合的苯并菲啶类衍生物。合成得到了结构多样性的类苯并菲啶天然产物50余个;（2）通过用炔基溴化物与磺酰胺发生亲核加成反应，随后通过钯催化的串联Heck/Suzuki交叉偶联反应合成二氢吡咯衍生物，并在获得优化条件的基础上对该方法的普适性做了进一步的研究，合成得到了9个结构全新的化合物; （3）实现了钯催化2-芳基苯并咪唑衍生物和卤代芳烃通过C-H键芳基化与氧化C-N键偶联串联反应构建苯并咪唑或咪唑稠合菲啶类衍生物的新方法，合成得到了结构多样性的类苯并菲啶天然产物30余个；（4）实现了钯催化2-芳基咪唑并吡啶和1,2-二卤代芳烃通过双C-H键芳基化串联反应构建咪唑并吡啶类衍生物的合成新方法，合成得到了结构多样性的产物20余个；（5）在以苯并咪唑为母核构筑的药物分子中, 2位存在酰基取代官能团是其中常见的一种结构类型, 以此结构片段为基础开发出了具有抗肿瘤活性、磷酸二酯酶抑制活性、过氧化物酶体增殖物激活受体α/γ激动活性的诸多先导化合物。详细研究了铜催化2-苄基范围与局限性，为2-芳酰基苯并咪唑物质的获得提供了一条步骤少、成本低、操作简单和产品收率相对较高的绿色合成途径，也为该类化合物在药物化学研究领域的应用奠定了基础；（6）通过钯催化分子间碳-氢芳基化/分子内胺化串联反应方式合成得到了17种结构不同的喹唑啉酮并菲啶类化合物。在合成研究工作的基础上，利用MTT法研究了上述物质对人胃癌细胞SGC 7901、乳腺癌MCF-7、肝癌SMMC-7721细胞生长抑制活性，其中对人胃癌细胞SGC 7901抑制活性最高可达IC50 约 60 nmol/mL左右，为进一步研究其抗癌活性奠定了坚实的基础。