基于骆驼蓬生物碱为模板的β-咔啉类的二聚化合成、抗癌活性及其机理研究

Therioma is a serious threat to human life and health. One of the main routes is still looking for anti-tumor template compounds from plants. During the former research 14 β-carboline alkaloids were isolated from Peganum L. by our group, and 7 of them were found to inhibit the growth of human lung cancer cell A549. On this basis, the present project intends to select these 7 aromatic-type β-carboline alkaloids as lead template, such as norharmalan, harmane and harmine, with in vitro good cell toxic activity separated from Peganum Harmala. Through chemical synthesis, more than 80 β-carboline dimmers(twin drug) derivatives will be synthesized with the modification in the appropriate location and links; With the multi-controls of the positive, negative and monomeric samples, these β-carboline dimeric alkaloids will be investigated with in vitro cytotoxic activity and in vivo anti-tumor activity,screening out at least 3 to 4 β-carboline dimeric alkaloids with highly antitumor activity and low cell toxicity, in order to reveal the structure-activity relationship of these compounds; and the antitumor mechanism of beta-carboline compounds will also be investigated, with the analysis of the possible functional targets. The results from these studies will provide an important theoretical basis and matter support for the next step screening new anticancer drugs with potential clinical application of high efficiency and low toxicity of β-carboline dimer.

恶性肿瘤严重威胁人类生命和健康，从植物中寻找抗肿瘤模板化合物仍是主要途径之一。前期本课题组从骆驼蓬中分离得到14个生物碱，其中7个β-咔啉类生物碱对人肺腺癌细胞A549生长具有明显的抑制作用。在此基础上，本项目拟选取从骆驼蓬中分离出的体外活性较好的基于芳香型咔啉类生物碱为先导模板的降哈尔满、哈尔满和去氢骆驼蓬碱等7个β-咔啉生物碱，通过化学合成的方法，在合适位置修饰和链接合成80多个二聚体孪药衍生物；在设置阳性、阴性对照以及单体对照多重实验控制的基础上，进行β-咔啉类二聚体体外细胞毒活性、活体抗肿瘤活性双重测试，筛选并确认出至少3-4种高抗肿瘤活性、低毒性β-咔啉类二聚体生物碱,并揭示该类化合物的抗肿瘤活性／毒性的构效关系；探讨β-咔啉类化合物的抗肿瘤作用机制，分析可能的作用靶点。上述结果将为筛选具有潜在临床应用前景的高效低毒β-咔啉类二聚体的新型抗肿瘤药物提供重要理论依据和物质支撑。

天然β-咔啉类具明显抗肿瘤活性，且一些二聚体体外表现出明显优于单体。本项目在β-咔啉骨架2位、3位、7位和9位进行二聚化合成103个二聚体；部分化合物经过中科院上海药物所初筛有较高活性。课题组利用MTT法研究了他们对人乳腺癌细胞系（MCF-7）、人胃腺癌细胞系（SGC-7901）、人肝癌细胞系（SMMC-7721）、宫颈癌细胞系（Hela）、人早幼粒白血病细胞（HL-60）和人肺癌细胞系（A-549）等6种细胞系的抗肿瘤活性和构效关系。结果表明，其中46个的IC50值小于10 μM，10个的体外肿瘤活性优于阳性对照紫杉醇；β-咔啉骨架4个修饰位点对抗肿瘤活性的影响顺序为，2位>9位>3位>7位；利用筛选出的4个高活性二聚体对人胃癌细胞(SGC-7901)系进行细胞周期和凋亡研究表明，他们可以阻滞细胞于S期；β-咔啉-3-羧酸二聚体诱导线粒体膜电位降低，且第4系列化合物诱导作用更强，推测可能通过线粒体通路发生凋亡。计算机模拟研究表明DNA插入作用可能是二聚体抗肿瘤机理之一。利用DNA的片段化分析确证，二聚体在分子水平上能插入DNA，诱导细胞中DNA断裂碎片化，影响其复制并最终导致细胞凋亡。最新拓展研究表明，β-咔啉类3位酯化的4个单体和28个二聚体中，4个二聚体对猪蓝耳病病毒（HP-PRRSV/SD16/DsRed）的抗病毒活性最强，引入红色荧光蛋白标签确认抗病毒效果，通过western blot分析表明，二聚体是通过抑制病毒结构蛋白的表达来抑制病毒繁殖，该结果为猪蓝耳病病毒（HP-PRRSV/SD16/DsRed）的防治开拓了一个新途径。另外，基于β-咔啉的荧光特性，合成了一个二硫缩醛-β-咔啉的水溶性汞离子荧光探针及β-咔啉的“OFF-ON型”谷胱甘肽荧光探针，后者可用于植物活体组织巯基氨基酸成像检测。并合成铁屎米-6-酮3-N位季铵盐22个，探明其重要位点的抑菌构效关系。上述研究结果揭示了β-咔啉二聚体的抗肿瘤和抗病毒的主要作用机制，并成功地开拓了该类化合物双功能（抗肿瘤和胞内自成像）应用研究新领域。