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抗肿瘤氧化阿朴菲类衍生物的设计、合成及活性机制研究 专 业：有机化学 作者：魏涌标 指导老师：黄志纾教授 摘要 生物碱( a l k a l o i d s ) 是一类具有广泛生理活性的物质，是许多药用植物 的有效成分之一。阿朴菲类生物碱是异喹啉类生物碱数目较多的一类， 目前已发现5 0 0 多个。然而，天然存在的阿朴菲类生物碱由于其活性不 够强、作用特异性低、药代动力学性质不理想或毒副作用大等缺点不能 直接药用，需要作进一步的结构改造或修饰。为此，本论文选定氧化阿 朴菲生物碱为母体进行结构修饰，并研究了所得衍生物的相关活性。 本论文的主要工作包括： 1 综述了以嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展。 2 综述了拓扑异构酶i 的生物学结构和生物学功能，总结了作用于 拓扑异构酶i 的小分子配体的结构特征。 3 以d n a 为靶点，设计合成了1 5 个新的氧化阿朴菲生物碱衍生 物2 a h 和3 a g 。应用荧光光谱和紫外光谱法研究了合成的衍生 物与小牛胸腺d n a 的相互作用，实验结果表明合成的衍生物能 有效嵌入d n a ，其相互作用能力表现出单侧链化合物( 3 a 3 9 ) 双侧链化合物( 2 a - 2 h ) 母体化合物( 2 6 ) 的规律。 4 对所合成的衍生物进行了抗肿瘤活性研究。结果表明衍生物均表 m 现出较强的细胞毒性( 肿瘤细胞毒性在1 3 0g m 范围) ，其细胞 毒性与它们嵌入d n a 的能力存在较好的相关性。此外，对化合 物进行了拓扑异构酶i 抑制活性及机制研究，结果发现除母体化 合物2 - 6 有效地抑制拓扑异构酶i 的活性外( 抑制能力比喜树碱 还强3 , - 4 倍) ，其他带侧链的化合物均表现出较差的拓扑异构酶 抑制活性。研究结果表明，氧化阿朴菲类化合物作为d n a 嵌入 剂能够抑制肿瘤细胞增殖，其母核结构是一优良的拓扑异构酶抑 制先导化合物，相关构效关系有待进一步研究。 关键词：氧化阿朴菲衍生物，d n a 嵌入剂，合成，拓扑异构酶i ，抗肿 瘤活性 i v s t u d i e so nd e s i g n ，s y n t h e s i sa n da n t i t u m o ra c t i v i t i e so f o x o a p o r p h i n e d e r i v a t i v e s m a j o r ：o r g a n i cc h e m i s t r y n a m e ：w e iy o n g - b i a o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rh u a n gz h i - s h u a b s t r a c t a l k a l o i d s , 勰s u b s t a n c e sw i t hp h y s i o l o g i c a la c t i v i t y , a r ee f f e c t i v e c o m p o n e n t so fm a n yd r u gp l a n t s a m o n ga l k a l o i d s , t h ea p o r p h i n o i d s c o n s t i t u t eab r o a ds u b g r o u po fb e n z y l i s o q u i n o l i n ec o m p o u n d s ，w i t hm o r e t h a n5 0 0a l k a l o i d si s o l a t e du pt on o w s i n c em a n ya p o r p h i n ea l k a l o i dn a t u r a l p r o d u c t sp o s s e s s e ds t r o n gt o x i c i t yo rl o wp h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e s ，t h e yc o u l d n o tb eu s e dt oc l i n i c d i r e c t l ya n dn e e d e dt ob ef u r t h e rm o d i f i e d o x o a p o r p h i n ea l k a l o i d sa 陀c h o s e na sp a r e n tc o m p o u n d sf o rs t r u c t u r a l m o d i f i c a t i o na n dd e t e r m i n e dt h e i rp h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e s t h em a i nw o r k sa r es h o w na sf o l l o w s ： 1 ar e v i e wo nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fi n t e r c a l a t o r sa s a n t i c a n c e rd r u g s 2 ，ar e v i e wo nt h ec h a r a c t e r i s t i so ft o p i s o m e r a s eia n dt h e d e v e l o p m e n to fd e s i g nf o rs o m ea n t i t u m o rc o m p o u n d st a r g e t i n g t o p i s o m e r a s ei 3 as e r i e so fn o v e lo x o a p o r p h i n ed e r i v a t i v e s2 a ha n d3 a gh a sb e e n d e s i g n e d a n ds y n t h e s i z e d t h ei n t e r a c t i o no f o x o a p o r p h i n e v d e r i v a t i v e sw i t hc a l ft h y m u sd n a ( c td n a ) h a sb e e ns t u d i e db y f l u o r e s c e n c ea n du vs p e c t r a c o p y m o s to ft h e s ec o m p o u n d sc a n i n t e r a c tw i t hd n aa sa ni n t e r c a l a t o r , t h er e l a t i v eb i n d i n ga f f i n i t i e s a si n d i c a t e db yt h eb i n d i n gc o c s t a n t sk iw e r ei nt h eo r d e ro f m o n o s u b s t i t u t e d ( 3 a - 3 9 ) d i s u b s t i t u t e d ( 2 a - 2 h ) 2 - 6 4 t h es y n t h e t i co x o p o r p h i n ed e r i v a t i v e sw e r ei n v e s t i g a t e df o rt h e i r p o t e n tc y t o t o x i c i t yi nv i t r oa g a i n s th u m a nt u m o rc e l ll i n e t h er e s u l t i n d i c a t e dt h a tt h e s ed e r i v a t i v e sw i t hm o r ec y t o t o x c i t y c o m p o u n d s 2 - 6s h o w e dh i g ht o p oi i n h i b i t o r ya c t i v i t yw i t hi c 5 0v a l u e si n t h em i l l i m o l a rr a n g e ，b u to t h e rc o m p o u n d ss h o wl o wa c t i v i t y t h i s s t u d ys u g g e s t e dt h a to x o p o r p h i n ed e r i v a t i v e sm i g h tb ep o t e n t i a l l e a dc o m p o u n d sf o rd e v e l o p m e n to fn e wi n t e r e a l a t o r sa sa n t i c a n c e r d r u g s k e y w o r d s ：o x o a p o r p h i n ed e r i v a t i v e s ，s y n t h e s i s ，d n ab i n d i n g ， t o p o i s o m e r a s ei ，a n t i - t u m o r a c t i v i t i e s v i 附录 缩略语 g a t c c p l r h c 盯 i c 5 0 t o p o t o p o - is u p p r e s s o r t o p o - ip o i s o n t o p 0 i t 0 p 0 i i 英文缩略语表 英文全称 g u a n i n e a d e n i n e t h y m i n e c y t o s i n e c a m p t o t h e c i n h o m o c a m p t o t h e c i n c o n c e n t r a t i o nf o r5 0 i n h i b i t i o n t o p o i s o m e r a s e t o p o i s o m e r a s e t o p o i s o m e r a 鹦 t o p o i s o m e r a s e t o p o i s o m e r a is u p p r e s s o r ip o i s o n i 中文名称 鸟嘌呤， 腺嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶 喜树碱 高喜树碱 半数抑制数 拓扑异构酶 拓扑异构酶i 阻遏剂 拓扑异构酶i 毒剂 拓扑异构酶i 拓扑异构酶i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：魂沸专零 日期：2 d 蟋年d 6 月呔日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和 纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库 进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：魏亍昏诱 导师签名： 日期：2 腻年b 6 月迭日鸯 j 匀一锡 第一章嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展 1 1 引言 d n a 作为遗传信息的携带者是一个主要的药物靶标，作用于d n a 的药物可 以干扰d n a 的翻译和转录。核酸能够与大量的分子发生可逆的相互作用，其中 包括水、金属阳离子及其复合物、有机小分子和蛋白质。分子及离子与双螺旋 d n a 以三种完全不同的方式发生相互作用( 图1 1 ) ：( 1 ) 外部静电作用，这种结 合方式通常是非特异性的；( 2 ) 沟区结合，分为大沟区结合及小沟区结合；( 3 ) 嵌 插结合。 i n 秘田山i d 垤 b i m f i n $ 图1 - 1b - d n a 与小分子的三种基本的非共价结合方式 d n a 链在溶液中不断地伸长或缩短，如同波浪一样处于动态变化中，氢键 则交替地打开和形成，这种现象称为“呼吸”，d n a 的呼吸作用使得碱基暴露， 容易被药物分子进攻，特别是较大的平面性分子可以嵌入到两个相邻的碱基对之 间。一些抗肿瘤药物就是通过这种机制结合于d n a 分子的。 现在能被普遍接受的观点是嵌入剂类抗肿瘤药物的抗肿瘤活性与此类化合 物能稳定d n a 药物拓扑异构酶的三元复合物有密切关。 1 2d n a 嵌入剂作为抗肿瘤药物研究进展 嵌入剂是一类最重要的能与双螺旋d n a 发生可逆相互作用的化合物。现在 他们中的一部分在临床上用于治疗卵巢癌、胸腺癌及急性白血病，一部分处于不 同阶段的临床前开发阶段。 d n a 嵌入剂在结构上有一个共同的特点就是存在一个共平面的芳香性大共 中山大学硕士学位论文抗肿瘤氧化阿朴菲衍生物的设计、合成及活性机制研究 轭环。这个大共轭芳环能插入到d n a 的碱基对之间。生色团周围连接的侧链在 化合物与d n a 相互作用的强度及选择性方面都有很重要的作用。通过不同长度 及刚性的桥将两个生色基连接起来有可能增强其与d n a 的相互作用力，从而提 高抗肿瘤活性。 1 2 1 葸环类抗肿瘤抗生素 许多抗肿瘤药物如：道诺霉素，阿美蒽醌，米托葸醌( m i t o x a n t r o n e ) 及阿霉 素( d o x o r u b i c i n ) ( 图l - 2 ) 中都含有葸醌结构。在临床上主要用于卵巢癌、胸 腺癌及急性白血病。但由于存在骨髓抑制及心脏毒性而限制它们的应用。 葸环类抗肿瘤抗生素产生细胞毒的机理是多种的，主要包括：通过共平面 大芳香共轭环嵌入到b 型d n a 的碱基之间。分子生物学研列l 】表明，该类分子 是一类d n a 嵌入剂，其中9 ，1 0 蒽醌平面与碱基的轴垂直而侧链基团与大沟结合； 在发生插入作用的同时核酸会浓缩：抑制拓扑异构酶的活性从而导致d n a 的断裂；由于其氧化作用的结果而产生能破坏d n a 结构的的自由基。 o h d o x o r u b i c i n ( a d d a m y c j n ) ：x = o c h 3 ；y = o h d a u n o m y c i n ( d a u n o r r b i c i n ) ：x = o c h 3 ；y = h h n v 八o h xo h n n o h h 图1 2 米托葸醌及阿霉素的结构 m i t o x a n t r o n e ：x = 0 h a m e t a n t r o n e ：x = h 米托葸醌是在染料的筛选中发现的d n a 嵌入型拓扑异构酶抑制剂。它通过 嵌入作用与d n a 可逆结合，其三环发色团可能垂直插入碱基对而侧链位于d n a 沟内。分子图形学显示，米托葸醌较好的嵌入位点是5 - ( a t ) 或5 。( a t ) c a 。 米托蒽醌有较高的细胞毒性，可以成较稳定的米托蒽醌- d n a 拓扑异构酶三元复 合物，它作用在细胞周期g 2 期。 米托葸醌是治疗急性粒细胞白血病的首选药。与阿糖胞苷联合用药，治疗急 性或慢性粒细胞白血病；和激素合用，治疗激素依赖性前列腺癌，也用于乳腺癌。 2 第一章嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展 h n v 八o h o n h 、n o h 3 h 2 c h 2 n h c h 2 c h 2 0 h o hon h r l o s o x a n t r o n ex = h 。 r = ( c h 2 ) 2 n h ( c h 2 ) 2 0 h p i r o x a n t r o n ex = o h r = ( c h 2 ) 3 n h 2 h o o n h ( c h 2 ) 2 n ( c 2 h 5 ) 2 c 1 3 1 1 ，r 1 n n 善搿 i i i b 彳、，影 o n h r 2 7 - a z a ：a = n ：b = c = d = c h 8 - a z a ：b = n ：a = c = d = c h 9 - a z a ：c = n ：a = b = d = c h 1 0 乜a ：d = n ：a = b = c = c h r 1 ，r 2 = a l k y l ( c h 2 ) n n h ( c h 2 ) n o h ， ( c h 2 ) n n ( c h 3 ) n o h 图1 3 五元杂环类米托葸醌的结构 为寻找到一些相关的具有高治疗指数及低毒副作用的药物，特别是心脏毒低 的新药，进十几年以来合成大量的葸环类抗肿瘤抗生素的衍生物。其中很大一部 分的精力都用在对米托葸醌的结构修饰上，其中研究方向之一在米托蒽醌的三环 基础上再构建新的五元杂环( 图1 3 ) ，制备葸并吡唑类衍生物如化合物。 这类衍生物对鼠肝脏粒细胞体系的氧耗低于阿霉素，也以嵌入方式与d n a 紧密结合，其中洛索蒽醌( l o s o x a n t r o n e ) 属于经典的拓扑异构酶抑制剂，现在 正处于i i i 期临床研究阶段。而吡咯蒽醌( p i r o x a n t r o n e ) 在i 期临床中出现副反 应，i i 期临床研究仍在进行中。 咪唑并吖啶酮的构效关系研究发现c 1 3 1 1 是有潜力的d n a 嵌入型抗肿瘤药 物，能够抑制拓扑异构酶i i ，对实体瘤有广谱抗肿瘤活性【2 1 。 研究方向之二就是以米托葸醌为先导化合物，在其三环发色团内或侧链做修 饰( 图1 - 4 ) ，如氮杂米托葸醌( 2 a z a - d e r i v a t i v e ，b b r 2 7 7 8 ) 较米托蒽醌治疗指数 高而毒性低。化合物b b r 2 7 7 8 现在正处于二期临床研究阶段。 3 中山大学硕士学位论文抗肿瘤氧化阿朴椎衍生物的设计、合成及活性机制研究 r 2 n n ( h 2 c ) o c h n n h c o ( c h 2 ) n n r 2 o r = a l k y l h y d r o x y a l m n = 1 - 3 r = h 。o h h t 巾 o n h - g l y - t r p x b b r2 7 7 8 c h 2 ) 2 n h 2 c h 2 ) 2 n h 2 o c h 3 r 1 叫眨a ：a = n ：b = c = d = e = f = c h 2 - a z a ：b = n ：a = c = d = e = f = c h r = c o o e t ，c o c h 2 , c h 3 1 2 - d i a z a ：a = b = n ：c = d = e = f = c h x = o c h a h h ， 。 1 3 一d i a z a ：a = c = n ：b = d = e = f = c h 1 4 - d i a z a ：a = d = n ：b = c = e = f = c h 2 3 - d i a z a ：e = f = n ：a = b = c = d = c h r = h y d r o x y a l k y i a m i n o a l k y i b e n z y l 图1 - 4 米托葸醌结构修饰衍生物结构 近年来，研究人员合成了大量的氨烷基化的9 ，1 0 葸醌的衍生物同时测了他 们的d n a 结合能力、抗肿瘤活性【3 ，4 1 。曾经合成了侧链连接有氨基酸【5 域胍型6 】 的衍生物。相类似，其它的氮杂蒽二酮或二氮杂葸二酮系列也曾合成出来过【7 ，引， 但活性均不是很好。 1 2 2 吖啶及其类似物 在一系列的9 苯胺吖啶类衍生物中，安吖啶( a m s a c r i n e ) 是通过嵌入d n a 碱基对的方式而抑制拓扑异构酶的活性，从产生抗肿瘤作用。安吖啶也是此系列 化合物中第一个具有临床疗效的拓扑异构酶抑制剂，临床上主要用于急性粒细胞 白血病的治疗，与依托泊苷联合用药对复发的儿童急性粒细胞白血病的有效治疗 率为3 4 【9 】。安吖啶的类似物a s u l a r c r i n e 的作用机制与安吖啶类似，通过拓扑异 构酶i i 的抑制而使d n a 解钭嘲，在肺癌和乳腺癌的i i 期临床实验中，a s u l a r c h n e 4 咖 第一章嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展 的副作用有所减轻。 r 1r 2 n h s 0 2 c h 3 i ，n r2n h 2 ( 9 - a m i n od a c a ) r 1 = h ：r 2 = h ( a m s a c r i n e ) r2h ( d a c a ) r i = c h 3 ；r 2 = c o n h c h 3 ( a s u i a c r i n e ) 图1 - 5 安吖啶及类似物a s u l a r c r i n e 结构 吖啶- 4 酰胺类似物d a c a ( 图1 5 ) 具有嵌入剂的结构特征，通过嵌入方式 与d n a 结合，并在两种拓扑异构酶存在下诱导d n a 分裂，均不受由p 糖蛋白 介导的多药耐药性或由低拓扑异构酶i i 活性导致的非典型多药耐药的影响。 d a c a 对多药耐药肿瘤细胞和l e w i s 肺癌细胞有显著抑制活性。 h 3 c o n j i 2 3 2 ) 2 n h ( c h 2 ) 2 0 h 4 o h n - r r 1 i r 2 = h - p r o p y i d a n o p r o p y d r 1 ir 2 2 鼍蕊潞删n ( c h 3 ) 2 r - 觚c o c h - c h 3 k 图1 - 6 部分芳香环并吖啶化合物的结构 近年科研人员合成了大量的由吖啶与其他一些芳香或杂环芳香稠合而成的 多芳环的单嵌入剂。希望通过增加的芳香环能提高其与d n a 的的结合能力及改 善他们的物理化学方面的特性。体外测试表明，其中化合物l 及2 ( 图1 6 ) 显 示抗白血病活性 1 1 】，但他们的d n a 结合特征、结合常数及作用基理还没有报道。 中山大学硕士学位论文抗肿瘤氧化阿朴菲衍生物的设计、合成及活性机制研究 从海洋类生物海鞘中分离得到的一系列的吡啶并吖啶能嵌入到d n a 中同时 抑制拓扑异构酶i i 活性【1 2 】。在这个基础上，发展了一些新的多环的吖啶衍生物如 化合物3 t 1 3 1 和化合物4 【1 4 1 5 】( 图1 - 6 ) 。采用物理化学方面的技术测定了这些化合 物的中性形式及离子形式与d n a 的作用方式，结果表明其作用方式是经典的嵌 入作用【1 4 ，1 5 1 。最近报道了几条其它的合成这类化合物的方法【1 6 1 。 图1 7 双吖啶的结构 实验数据显示，细胞毒性和d n a 结合强度之间存在一定关系。理论上，若 一个分子具有双嵌入d n a 基团，则能显著增强与d n a 的结合力。故曾发展了 一系列具有双嵌入作用的新化合物，即将两个具有嵌入功能的分子之间以适当的 “臂 连接构成双嵌入的二聚体，如双吖啶( 图1 7 ) 有严重的中枢神经系统毒 性，而双萘酰亚胺类似物d m p 8 4 0 ( 图1 1 0 ) 对多种移植于裸鼠的人类肿瘤有 治愈作用1 7 1 。 1 2 3 萘二甲酰亚氨及其类似物 b r a f l a 等人【1 8 1 9 1 于1 9 世纪8 0 年代合成的萘二甲酰亚氨类化合物具有对 h e l a 及k b 细胞系的细胞毒活性( 图1 8 ) 。之后接着合成大量的具有不同侧 链和环状取代的类似物 2 0 1 。构效关系研究表明，侧链末端的碱性基团对于细胞毒 活性是必需的。当侧链上的氮原子与母环相隔两个次甲基而且是n ，n 二甲基取 代时，对细胞生长的抑制活性最强。相对于4 位及6 位而言，在5 位取代会产生 更高的生物活性。 科研人员在临床上对化合物m i t o n a f i d c 2 1 ，矧和a m o n a f i d e t 2 3 2 4 】进行了详细的 研究，发现这两个化合物均可通过嵌入方式与双螺旋d n a 发生相互作用【2 5 1 。它 们的嵌入作用方式得到了n m r 的证实【2 6 1 。 6 第一章嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展 磁慨一磁n 吼盗 、 r = c h 3 ，c h 2 c h 3 ，( c h 2 ) 4 。( c h 2 ) s m i t o n a f i d e n s c3 0 0 2 8 8 图1 - 8m i t o n a f i d e 、a m o n a f i d e 及部分化合物的结构 a m o n a f l d e n s d3 0 8 8 4 7 m i t o n a f i d e 和a m o n a f i d e 都能够导致由拓扑异构酶i i 诱导的p b r 3 2 2d n a 的 断裂2 7 1 。但同系列的没有碱性侧链的化合物不能产生这种活性。一种解释是侧链 与酶的活性中心发生相互作用。 r 2 r ，r 。 2 a ：r i = h ，r 2 = h r 3 = n ( c h 3 ) 2 2 b ：r i = h ，r 2 = h r 3 = n ( c 2 h 5 ) 2 2 c ：r i = h r 2 = h r 3 = n ( c h 2 ) 4 2 d ：r i = h r 2 = h r 3 = n ( c h 2 ) 5 2 e ：r i = h r 2 = h ，r 3 = c h 2 n ( c h 2 c h 2 0 h ) 2 2 f ：r i = c h 3 r 2 = h ，r 3 = n ( c h 3 ) 2 2 g ：r i = h r 2 = c h 3 r 3 = n ( c h 3 ) 2 h 3 c n , c h 3 叮n r x 旬a y 3 a ：x = y = n 0 2 3 b ：x = y = n h 2 图1 - 9 萘二甲酰亚氨部分衍生物的结构 作为进一步深入工作，合成了一系列的带有不同种类侧链的5 - 氨基一8 一硝基 萘二甲酰亚氨类化合物【2 8 1 ( 图1 9 ) 。在对c x 1 及l x 1 细胞系的体外活性测试 表明，该系列的化合物比单取代的m i t o n a f i d e 和a m o n a f i d e 的细胞毒性要强。 1 9 9 2 年默克的科研人员合成和测试了双萘二甲酰亚氨的类似物( 图1 1 0 ) 的抗肿瘤活性。与上叙的化合物紧密相关的非对称双插入剌2 9 】，其环上有1 、8 或5 、6 取代基。体外测试表明此类化合物的细胞毒性不如不对称的取代化合物。 7 中山大学硕士学位论文抗肿瘤氧化阿朴菲衍生物的设计、合成及活性机制研究 爵z 耀 e l i n a f l d e ( l u - 7 9 5 5 3 ) 醛z 静爵z 静 昏二援 x h ，n d m p - 8 4 0 图1 1 0 部分双萘二甲酰亚氨类化合物的结构 默克制药公司的科研人员合成另外一个系列的双萘二甲酰亚氨化合物，体外 及体内活性都与上面提到的双萘二甲酰亚氨相似【3 0 】，这其中包括药物d m p 8 4 0 。 d m p 8 4 0 是一个二硝基取代的双萘二甲酰亚氨类化合物 3 1 1 ，其抗肿瘤谱与 l u 7 9 5 5 3 相似。它的d n a 结合常数很高，体外测试表明对很多种肿瘤细胞都有 较高的活性，特别是它在临床前研究显示对肿瘤模型有很好的活性。n i t i s s 3 2 1 等 人对其产生细胞毒性的机理进行了研究，研究结果显示就象其它许多拓扑异构酶 i i 毒剂一样，d m p 8 4 0 由于能稳定d n a 与拓扑异构酶的复合物而产生细胞毒 性。由a z o n a f i d e 比a m o n a f i d e 具有更强的活性产生了发展双萘二甲酰亚氨类化合 物的另外一条思路。1 9 9 7 年研究人员合成出了一系列的用葸替代萘环的双葸二 甲酰亚氨类化合物【3 3 1 。对细胞系h t - 2 9 的细胞的毒性，大部分化合物的细胞毒 的i c 5 0 大约1 0 n m 。 8 n 0 2 第一章嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展 1 2 4 吡啶并咔唑类 e l l i p t i c i n e 及9 - m e t h o x y e l l i p t i c i n e ( 图1 1 1 ) 是从o c h r o s i ae l l i p t i c a 的叶中 分离出来的两个天然的生物碱。具有广谱的抗白血病的作用( 3 4 蚓。大量的构效关 系研究表明：5 位的甲基及杂环上的n 原子是保持生物活性所必需的，因为咔唑 上的n 原子被o 或s 原子取代都将导致活性完全丧失。为了研究吡啶环的n 原 子的位置对生物活性的影响，合成了一系列化合物( 图1 1 1 ) ，但所有改造的化 合物的活性都不如e l l i p t i c i n e 强。 分子生物学实验表明e l l i p t i e i n e 容易嵌入到相邻的腺嘌呤之间【3 7 1 ，通过抑制 r e l l i p t i n i u m ：r = h 9 一m e t h o x y e l l i p t i c i n e ：r = o c h 3 x = n ：y = c n ；z = w = c x = c h ；y = n ：z = w = c x = y = c h ；z = n ：w = c x = y = c h ；z = n ：w = n h a c c h a 图i - i ie l l i p t i c i n e 及其部分衍生物结构 拓扑异构酶i i 而产生细胞毒。通过对一些e l l i p t i c i n e 类似与d n a 作用方式研究 发现它们的作用方式与e l l i p t i e i n e 相刨3 3 ，3 9 1 。 r 1r 3 5 r 1r 3 6 r 1r 3 7 ：nl1 8 ：n = 2 r 12r 32a l k y l r 2 = n h ( c h 2 ) n n ( c h 3 ) 2 r 1r 3 9 图1 - 1 2e l l i p t i c i n e 的部分衍生物结构 与e i l i p t i c i n e 相关的抗肿瘤化合物是去掉一个芳香环形成的咔啉类化合物m 】 ( 图1 1 2 ) 。具有较强抗肿瘤活性的化合物5 在8 位上有一个羟基，其相当于 9 - m e t h o x y e l l i p t i c i n e 的9 位甲氧基对生物活性的影响。其它化合物6 ，7 ，8 ，9 中通过在咔啉环上偶连上苯环、二氢呋喃、吡喃和呋喃而形成的化合物，但它们 的活性都没有明显的提高【4 1 1 。 9 中山大学硕士学位论文抗肿瘤氧化阿朴菲衍生物的设计、合成及活性机制研究 r 2 c h a c 0 0 ，c h a e m p t i n i u ma 嘲i e r 12r 2 f f i r 3 2r 4 ：a i k y l n i i n x 图l 1 3e i l i p t i c i n e 的阳离子衍生物结构 通常情况下如果将中性的母环生色基团转化为它的阳离子衍生物可以提高 其对d n a 的亲和力，从而增加细胞毒性。基于这样的考虑，合成一系列p 咔 啉及卜咔啉衍生物( 图l - 1 3 ) 。通过甲基化制成了9 - m c t h o x y e l l i p t i c i n e 的季铵盐。 用紫外滴定，解旋实验证明这些化合物与d n a 的作用方式。 1 3 小结 以上我们总结了一些通过嵌入方式而产生抗肿瘤作用的药物。该类药物在结 构上有一些共同的特点如共平面的不饱和的共轭生色团及连接在生色团上的碱 性侧链等。虽然曾经作过许多关于这类抗肿瘤药物的抗癌机理研究，但还有许多 问题有待进一步的解决。如化学结构相类似的嵌入剂却具有不同的抗肿瘤活性 性。同时嵌入作用强弱与对拓扑异构酶的抑制作用强弱之间的关系还不是很清 楚。还有此类药物产生抗肿瘤活性的因素很复杂除了药物对d n a 的嵌入作用 和对拓扑异构酶的抑制作用外，还涉及到药物对d n a 转录、修复及复制的干扰。 这些因素的影响还有待进一步研究解决。 参考文献： 1 f o x , k r ；w a r i n g , m j ；b r o w n ，j 凡；n e i d l e , s ，d n as e q u e n c ep r e f e r e n c e sf o rt h e a n t i c a n c e rd r u gm i t o x a n t h r o n ea n dr e l a t e da n t h r a q u i n o n e sr e v e a l e db yd n a s ei f o o t p r i n t i n g f e b sl e t t , 1 9 8 6 ，2 0 2 ( 2 ) ：2 8 9 - 2 9 4 2 c h o l o d y , w m ；m a r t e l l i ，s ；p a r a d z i e j - l u k o w i c z , j ；k o n o p a , j 5 - ( a m i n o a l k y l ) a m i n o i m - i d a z o 4 ，5 ，i - d e a c d d i n - 6 - o n e sa san o v e lc l a s so fa n t i n e o p l a s t i ca g e n t s s y n t h e s i sa n db i o l o g i c a l 1 0 第一章嵌入剂作为抗肿瘤药物的研究进展 a c t i v i t y j m e dc h e m ，1 9 9 0 ，3 3 ( 1 ) ：4 9 - 5 2 3 p a l u m b o ，m ：a n t o n e l l o ，c ；v i a n o ，i ：s a n t i a n o ，m ；g i a , o ；g a s t a l d i ，s ，e ta 1 ，n e w a n t h r a c e n e d i o n ed e r i v a t i v e s ：i n t e r a c t i o nw i t hd n aa n db i o l o g i c a le f f e c t s c h e m - b i o li n t e r a c t ， 1 9 8 3 ，4 4 ( 3 ) ：2 0 7 2 1 8 4 p a l u m b o 。m ；m a g n o ，s m ，i n t e r a c t i o no fd e o x y r i b o n u c l e i ca c i dw i t ha n t h r a c e n e d i o n e d e r i v a t i v e s i n tj b i 0 1 m a c r o m 0 1 。1 9 8 3 ，5 ( 5 ) ：3 0 1 3 0 7 5 f a r q u h a r , d ；c h e r i f , a ；b a k i n a , e ；n e l s o n , j a ，i n t e n s e l yp o t e n td o x o r u b i c i na n a l o g u e s ： s t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p j m e dc h e m ，1 9 9 8 。4 1 ( 6 ) ：9 6 5 - 9 7 2 6 r o u t i e r , s ；b e m i e r , j - l ；c a t t e a u ，j - p ；r i o u ，j - f ；b a i l l y , c ，s y n t h e s i s ，d n ab i n d i n g ， t o p o i s o m e r a s ehi n h i b i t i o na n dc y t o t o x i c i t yo f t w og u a n i d i n e - c o n t a i n i n ga n t h r a c e n e - 9 ，1 0 - d i o n e s a n t i - c a n c e rd r u gd e s i g n 。1 9 9 8 ，1 3 ( 5 ) ：4 0 7 - 4 1 5 7 g a n d o l f i , c a ；b e g g i o l i n , g ；m e n t a , e ；p a l u m b o ，m ；s i s s i ，c ；s p i n e l l i ，s ，e ta 1 ， c h r o m o p h o r e - m o d i f i e da n t i m m o ra n t h r a c e n e d i o n e s ：s y n t h e s i s ，d n ab i n d i n g ，a n dc y t o t o x i c a c t i v i t yo fi ，4 - b i s ( a m i n o a l k y i ) a m i n o b e n z o 嘲p h t h a l a z i n e - 5 ，1 0 - d i o n e s j m e dc h e m ，1 9 9 5 ，3 8 ( 3 ) ：5 2 6 - 5 3 6 8 d ei s a b e l l a , e ；p a l u m b o ，m ；s i s s i ，c ；c a p r a n i c o ，g ；c a r e n i n i ，n ；m e n t ae ，e ta 1 ， t o p o i s o m e r a s e i id n ac l e a v a g es t i m u l a t i o n , d n ab i n d i n ga c t i v i t y , c y t o t o x i c i t y , a n d p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s o f2 - a z a a n d2 - a z a - o x i d e - a n t h r a c e n e d i o n ed e r i v a t i v e s m o l p h a r m a c o l ，1 9 9 5 ，4 8 ( 1 ) ：3 0 3 8 9 c o v e y , j m ；k o h n , i cw ；k e r r i g a n ，d ；t i l c h e n ，e j ；p o m m i e r , y ，t o p o i s o m e r a s e i i m e d i a t e dd n ad a m a g ep r o d u c e d b y4 - ( 9 - a c r i d i n y l a m i n o ) m e t h a n e s u l f o n m - a n i s i d i d e a n d r e l a t e da c r i d i n e si nl i210c e l l sa n di s o l a t e dn u c l e i ：r e l a t i o nt oc y t o t o x i c i t y c a n c e rr e s ，19 8 8 ，4 8 ( 4 ) ：8 6 0 - 8 6 5 1 0 s k l a d a n o w s k i ，a ；p l i s o v , s y ；k n o p a , j ；l a r s e n ，a i l ，i n h i b i t i o no f d n at o p o i s o m e r a s ei i b yi m i d a z o a c r i d i n o n e s ，n e wa n t i n e o p l a s t i ca g e n t sw i t hs 仃o n ga c t i v i t ya g a i n s ts o l i dm i n o r s m o i p h a r m a c o l 。1 9 9 6 ，4 9 ( 5 ) ：7 7 2 - 7 8 0 11 d e n n y , w ：a 。r o l eo fi n t e r c a l a t i o na n dd n ab i n d i n gi nt h ea c t i v i t yo fa c r i d i n e sa n dr e l a t e d t r i c y c l i cd n a - i n t e r c a l a t i n ga g e n t s c a n c e rc h e m o t hp h a r m 。1 9 9 5 ：218 - 2