嘌呤是一类重要的细胞成分,参与生物体内的新陈代谢过程、生命过程中的能量转移、核酸合成以及多种生化反应,具有广泛的生物活性,作为生化工具、诊断治疗试剂被广泛应用,使得人们对于多功能嘌呤衍生物的生物活性产生浓厚兴趣。而嘌呤为骨架的衍生物也广泛应用于药物化学中,对其进行结构改造发现嘌呤衍生物对多个肿瘤相关靶点有抑制作用,具有显著的抗肿瘤活性。本文分别针对CDK和HDAC两个靶点,对嘌呤类衍生物进行结构改造和筛选,以发现有潜在活性的靶向抗肿瘤药物。本论文第一部分的研究以周期蛋白依赖性激酶(CDK)为靶点。该酶与周期蛋白结合,调节细胞周期的不同时期,其过量表达或活性失常导致的细胞周期调节失控,是许多肿瘤发生的主要原因,是治疗癌症的一个热门靶点。嘌呤骨架在CDK抑制剂研究中占有举足轻重的地位,其中Roscovitine已经进入了II期临床研究,体内外实验中均表现出明显的抗肿瘤活性。实验室前期工作中,对Roscovitine进行结构改造和活性初筛,发现化合物c3a在10μM时对CDK1的抑制活性明显优于Roscovitine。本文以c3a为先导,采用合理药物设计的方法,以嘌呤为骨架,通过改变嘌呤2,6,9位不同取代,设计并合成了一系列的嘌呤衍生物,并采用MTT的方法和Kinase-Glo激酶发光检测方法分别对化合物的抗肿瘤细胞增殖活性和酶抑制活性进行初筛,将明显抑制肿瘤细胞增殖和CDK的化合物进一步测定对于酶和肿瘤细胞作用的ICso值。结果表明,嘌呤环C2位直接与芳胺相连,则化合物表现出显著的活性,甚至优于阳性对照；但是将c3a中的磺胺基团倒置作为连接基团设计的系列化合物,活性虽然也表现出一定的构效关系,如嘌呤6-环己基甲基胺取代、2-磺胺哌嗪取代、9-异丙基取代会提高化合物抗肿瘤细胞增殖的活性,但是与c3a相比活性明显降低,同时这几个系列的化合物对CDK没有显著的抑制作用,表明2-苯胺对于该系列化合物的活性是必不可少。而化合物c3a经CDK1/cyclin B, CDK2/cyclin A体外酶抑制实验,以及对肿瘤细胞HCT116、PC3和MDA-MB231的抗增殖实验均表现出显著的抑制作用,对CDK1和CDK2的抑制作用与Roscovitine相比分别提高了7倍和4倍。本论文共计合成50个嘌呤衍生物用于CDK抑制活性的研究,其中化合物c3a能显著抑制CDK1/2的活性,对测试的肿瘤细胞也有很好的抑制作用,酶活性与细胞活性与阳性对照相比都有了很大的提高。在本论文第二部分研究中,我们以组蛋白去乙酰化酶(HDACs)为研究靶点。该酶在变异细胞中活性失调,使得原有的基因表达平衡状态被打破,导致一些影响细胞增殖和调控细胞周期的分子表达失衡,进而导致细胞恶变。而HDACs抑制剂可以逆转这一过程,有效抑制肿瘤细胞的生长,诱导末端分化或癌细胞的凋亡,成为抗肿瘤药物研究的热点。通过文献调研发现嘌呤类衍生物及其生物电子等排体有显著的HDAC抑制活性,本文根据经典的药效团模型,以不同取代嘌呤作为酶表面识别区域,以异羟肟酸为锌离子螯合基团,并以不同链长的脂肪氨基酸作为连接链,设计并合成了一系列的嘌呤衍生物,对嘌呤2,6不同取代和9位链长进行了研究,采用Color de LysTM实验方法和MTT法分别对化合物的HDAC抑制活性和抗肿瘤细胞的增殖活性进行评价,最终对有显著酶活性的化合物进行分子对接,分析化合物与酶的结合模式,为化合物的进一步改造提供依据。经酶活性的初筛,确定连接链长为5个亚甲基时,化合物的酶活性最强,对其继续进行改造,发现在嘌呤2位引入芳胺取代之后,化合物的活性能提高1个数量级。其中化合物H5r、H5w和H5x不仅对HDAC有显著抑制活性,ICso值分别为0.075μM、0.30μM、0.51μM,对于测试的八株肿瘤细胞MDA-MB231、 KG1、MCF7、PC3、A549、U937、HeLa、ES-2均表现出显著的抑制活性,其中H5w、H5x的抗增殖活性稍强,ICso值在1.55-18.0μM之间,平均值分别为7.72μM和6.18μM,而酶活性最好的H5r则稍差,平均值为16.36μM。化合物H5r与HDAC2分子对接结果显示,H5r不仅能螯合锌离子,吗啉环上的氧原子以及嘌呤9位乙酰基氧原子还可以分别与Arg275和Phe210形成氢键,使得H5r的结合能力比SAHA更强。本文共合成24个9-取代嘌呤异羟肟酸衍生物用于HDAC抑制活性的研究,结果表明嘌呤衍生物可用于HDAC抑制剂的研究,并对肿瘤细胞有明显的抗增殖活性,其中H5r可以作为一个先导物,开发嘌呤类HDAC抑制剂,进行抗肿瘤活性研究。综上所述,嘌呤衍生物由于结构可变性大、适于改造、水溶性好,且具有多种生物活性等特点,已被广泛用于抗肿瘤活性的研究中。本论文分别针对CDK和HDAC两个靶点,对嘌呤类抗肿瘤药物进行系统深入的研究,设计合成了结构全新的化合物共130个,分别通过核磁、质谱进行了结构确证,并对74个目标终产物进行酶活性、抗肿瘤增殖活性的研究,对嘌呤类抗肿瘤药物的深入研究打下基础。