目前恶性肿瘤是威胁人类生命的主要重大疾病之一,攻克恶性肿瘤已经为全世界医药卫生工作者急需解决的一大问题。从活性天然产物中寻找抗肿瘤药物和先导化合物是目前国际上发现新型的抗肿瘤药物的主要途径之一。植物、动物、海洋生物和微生物中的活性天然成分有的具有一定抗肿瘤作用,而且许多已经应用于临床。由于生长环境的特殊,微生物、海洋生物产生的次级代谢产物的结构也很特殊,这些化合物具有结构复杂性和活性多样性的特点。本课题组从植物内生菌、海洋生物共附生菌获得了结构丰富、类型多样的天然产物,其中部分化合物的活性测试结果表现出较强的抗肿瘤活性,包括安莎霉素、16元大环内酯和联三苯类化合物。研究内容一：本课题组从海洋真菌AF119的菌株中分离得到了对多种肿瘤细胞的增殖均有较强的抑制作用的8个联苯类化合物。为了寻找结构更简单、抗肿瘤活性更强的化合物,本研究从它们的结构出发采用有机合成的方法合成了一系列新的对联三苯衍生物H1-H8并研究了它们的抗肿瘤活性。抗肿瘤活性结果表明：细胞毒活性最强的是化合物H2,其对MDA-MB-435肿瘤细胞的IC5o为0.39μmol/L,其作用与抑制DNA拓扑异构酶(TOP)活性有关。通过观察H2淀粉混悬液对S180肉瘤实体小鼠的抑瘤作用实验表明该化合物与阴性对照组没有区别,不表现抗肿瘤活性。可能原因为：一、化合物H2水溶性差,生物利用度低,没有被吸收利用；二、化合物H2有一定的毒性,给药剂量大的给药组小鼠死亡率高。所以化合物结构需要进一步优化。研究内容二：TOP在细胞生命周期中起着重要的作用,参与了DNA复制、转录、重组和修复等不同生理过程,其主要功能是调节、催化DNA的断裂和重连接。通过抑制DNA拓扑异构酶的作用活性可以降低肿瘤细胞的过快增殖,从而在不同程度上杀死肿瘤细胞。化合物H2和H6对TOP具有较强的抑制作用,但化合物H6活性较H2低,而就结构而言两者区别仅仅是中间B环上酚羟基的取代不同。为了找寻活性更强的TOP抑制剂,我们以化合物H2的结构为模板进行优化得到不同的衍生物Y1-Y16、Q1-Q21、S1-S10、T1-T7和W1-W5。抗肿瘤活性结果表明化合物T2、T4、T5和W2的活性较高,另外化合物T1、T7也表现较好的活性。从这些化合物的结构不难看出联三苯中A环的邻二酚羟基是化合物活性强弱的关键因素；羧基使化合物的活性降低；硝基的取代对化合物活性的影响并不大；氨基取代产生了不同的活性影响,取代在C环上对化合物的活性影响不大,而取代在A环上则对活性产生较大影响：化合物Y1和Y2的氨基取代在C4位表现较好活性,而化合物W3和W4的氨基取代在C3位则活性较低。研究内容三：TOP Ⅱ的结构为同源二聚体,有α和β两种亚型。TOP Ⅱα在快速增殖的细胞中增加的倍数比在静止的细胞中高很多,而TOP Ⅱβ在正常的细胞周期中的浓度保持基本恒定,没有明显的细胞周期特异性,这正是TOP Ⅱα抑制剂对肿瘤有特殊疗效的细胞生物学基础。TOP Ⅱα的抑制剂可分为TOP Ⅱα催化抑制剂和TOP Ⅱα毒剂两种。TOP Ⅱα毒剂的作用是通过捕获TOP Ⅱα中介的DNA断裂复合物,使DNA双链断裂产生大量的累积,抑制DNA的再连接进而引发细胞死亡。TOP Ⅱα催化抑制剂作用的机制不是通过稳定TOP Ⅱ α-DNA复合物来完成的,所以此过程一般不产生DNA的损伤,不至于产生继发性的肿瘤。目前临床上使用的TOP Ⅱα靶向药物很多属于TOP Ⅱα毒剂,有一定的副作用。因此,寻找高效和低毒的TOP Ⅱα催化抑制剂是现在抗肿瘤药物研究的热点之一。在化合物H1-H8中,H8B环上取代的是邻二酚羟基,H4B环上取代只有一个酚羟基,化合物H2中间B环上没有酚羟基取代。就其细胞毒活性来说,H2虽然作用最强,但它对TOP Ⅱα没有选择性而H4和H8选择性抑制TOP Ⅱα活性。这些说明选择性抑制TOP Ⅱα的活性可能来源于中间B环上的酚羟基。H8对MDA-MB-435细胞的IC50为4.1μmol/L,其活性强于化合物H4。所以本研究以化合物H8为母核,用不同的取代基取代,设计并合成了17个衍生物D1-D17,同时得到5个副产物D18-D22。抗肿瘤活性结果表明衍生物中化合物D17活性最高,其结构也最接近化合物H8,活性也相当。这与化合物H2衍生物的活性结果相似,这些同样说明A环的邻二酚羟基是活性关键基团。酚羟基被保护后化合物的活性明显降低,但化合物D12和D15的结构与活性的差异使得取代位置与活性的关系有待进一步确认。含羧基的化合物D3、D4、D5、D6和D8的活性都很低,与H2含羧基衍生物的结果相似,且与羧基的取代位置关系不大。当羧基被甲酯化后,化合物D1和D2却表现出一定的活性且与酯化羧基的取代位置有关,取代在A环3位活性明显低于4位。另外在副产物中二联苯化合物D20表现出一定的抗肿瘤活性,而其他化合物的活性很低,其结构与活性的关系有待进一步研究。研究内容四：含杂原子或杂环的的药物临床应用的非常多,代表性药物有安定(Diazepam)、苯巴比妥(Phenobarbital)、氯丙嗪(Chlorpromazine)、、吗啡(Morphine)、阿托品(Atropine)、利血平(Reserpine)、吲哚美辛(Indomethacin)、马来酸氯苯那敏(Chlorpheniramine Maleate)、奥美拉唑(Omeprazole)、氟尿嘧啶(Fluorouracil)、诺氟沙星(Norfloxacin)、青霉素(Benzylpenicillin)、维生素B6(Vitamin B6)等等。这些代表性的药物为本章衍生物的合成提供参考,本研究尝试引入杂环作为苯环的电子等排体来替代。依据化合物H2和H8衍生物活性和取代基的关系同时借鉴本课题组其他实验中以杂环替代苯环会提高化合物的细胞毒活性的结果,本研究内容合成主要考虑以含N、O、S的杂环替代化合物H8中的A环或C环,全新合成含杂环或杂原子的联三苯类似物,总共得到16个化合物Z1-Z16。不过,化合物Z8-Z15本身活性虽然不高,但是还是有希望在脱甲基后表现出较好活性。以化合物H2为代表的联三苯类化合物是新型的TOP抑制剂,经过结构改造得到的衍生物部分表现较强的活性。不过,这类化合物水溶性差,口服生物利用度低,所以今后还需在这些方面进行改进。以化合物H8为代表的联三苯是新型的TOP Ⅱα的选择性抑制剂。不过目前合成的衍生物的活性还没有得到较大的提高,今后有待进一步结构优化。