吴茱萸喹诺酮生物碱及衍生物抗肿瘤作用机制与构效关系的研究

Evodiae fructus as a traditional Chinese herb has attracted much attention in medicinal chemistry over the past decades, which displays broad-spectrum antitumor activities and no toxic effects against normal cells. At present, the anticancer activities of indole-based alkaloids isolated from the fruits of evodiae fructus have been well studied. However, antitumor activities and molecular mechanisms of quinolone alkaloids, another major bioactive constituent, have been scarecely investigated. This proposed research will (a) perform isolation, purification and identification of quinolone natural products from evodia rutaecarpa, (b) discover and develop efficient and selective synthetic methods for the preparation of quinolone-based natural products and derivatives, (c) evaluate the antitumor effect on tumor cell lines HL-60 and A-549 in vitro by using microculture tetrazolium assay (MTT) and sulforhodamine B (SRB) proteochromosonic assays, (d) explore the molecular mechanisms of compounds against DNA-topoisomerase I、II or protein kinase C (PKC) by fluorescent, UV-vis, CD spectroscopic techniques and viscosity measurement, or FP and ITC respectively, (e) acquire quantitative structure-activity relationship analysis by Hansch-Fujita, CoMFA and molecular docking technology. Results of this research will help understand SAR and molecular mechanism of quinolone alkaloids from evodia rutaecarpa as anticancer agents, guide future research on the discovery of new drugs.

传统中药吴茱萸因其抗瘤谱广、毒副性低在近年来备受关注，有望从中开发出新一代植物源抗癌药物。目前，国内外对其抗肿瘤活性物质的研究主要集中在吲哚类生物碱上，吴茱萸喹诺酮生物碱抗癌活性、作用机制及其构效关系的研究报道甚少。基于此，本项目将开展吴茱萸属植物喹诺酮生物碱的深度分离、纯化和结构鉴定，并发展一些高效、简洁和高选择性的合成方法，实现此类天然产物及衍生物的化学合成；采用MTT和SRB法离体测定化合物对白血病HL-60细胞、肺癌A-549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I、II之间的相互作用，利用荧光偏振和等温滴定量热技术研究先导化合物与蛋白激酶C的结合模式，阐明抗癌作用机制；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、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。

吴茱萸喹诺酮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。本项目旨在开展喹诺-4-酮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，实现结构多样性喹诺酮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) 以(Z)-β-氯代烯基酮和胺为原料，通过分子间Michael加成/分子内脱氯化氢串联反应过程得到(Z)-烯胺中间体，最后通过钯催化N-芳基化反应以“一瓶”方式高产率构建了4-喹诺酮骨架结构。(2) 胺或硫氢化钠对(Z)-β-氯代烯基酮进行亲核加成/分子内消除分别生成(Z)-烯胺或烯基硫醇中间体，在碱促进下通过分子内芳基亲核取代反应高效合成得到了4-喹诺酮及硫代衍生化合物。(3) 在Pd(PPh3)4/Xphos催化体系下，以碳酸钾为碱及1,4-二氧六环为溶剂，实现了邻羟基苯甲醛类底物和烯基溴代烃之间的分子间亲核加成/分子内酰基化串联反应过程，高产率制备得到了具有黄酮结构特征的化合物。(4) 以2-芳基咪唑并吡啶化合物为原料，通过与邻二卤代芳烃发生钯催化双碳-氢芳基化串联反应过程，高区域选择性合成得到了结构新颖的苯并咪唑稠合吲哚啉系列衍生化合物。(5) 以2-苯基-4（3H）-喹唑啉酮和邻二溴苯为底物，通过“一锅法”实现了在同一反应中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了喹唑啉酮并菲啶衍生物。(6) 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，合成得到了结构多样性的类苯并菲啶天然产物50余个。在合成研究工作的基础上，利用MTT法研究了上述物质对人肺癌细胞A-549和白血病HL-60细胞生长抑制活性，其中对人肺癌细胞A-549抑制活性最高可达IC50 约 20 nmol/mL左右，为进一步研究其抗癌活性奠定了坚实的基础。