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姜黄素类多药耐药逆转剂的设计、合成及活性研究

高磊  
【摘要】:肿瘤作为威胁人类健康的最重要的疾病之一,每年的发病率呈上涨趋势。全世界越来越多的研究者投身于肿瘤治疗的研究当中。化学疗法在肿瘤的治疗发挥着重要的作用,然而由于肿瘤细胞多药耐药(multidrug-resistance MDR)的出现,使得化疗药物的疗效大大降低。研究表明,90%的肿瘤患者化疗失败是由于肿瘤细胞的多药耐药导致的。因此,肿瘤多药耐药逆转剂的研究和开发已成为抗肿瘤研究中的首要任务。 姜黄素作为传统中药姜黄中的抗肿瘤活性成分之一,具有广谱抗癌的功效。已有研究表明,姜黄素对肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌、白血病、黑色素瘤、前列腺癌等均有效。由于姜黄素在治疗肿瘤方面具有毒性低、疗效确切、多靶点作用的特点,近年来倍受药物化学和药理学研究的关注。此外,国内外很多学者还报道了姜黄素对耐药肿瘤细胞具有提高药物敏感度的功能,证实了姜黄素具有一定的多药耐药逆转能力,为姜黄素类化合物在抗肿瘤中的使用提供了新的思路。 肿瘤多药耐药产生的机制很多,然而最为人们所熟知的是肿瘤细胞表面过表达的药物外排泵将化疗药物排出细胞外,从而降低了药物在细胞内的累积。P糖蛋白(P-gp)、多药耐药相关蛋白(MRP1)和乳腺癌耐药蛋白(BCRP)是三种具有外排化疗药物功能的膜蛋白,都属于ABC转运蛋白家族成员。其中以P-gp介导的MDR研究的最为深入。针对P-gp为靶点的多药耐药逆转剂的发展经历了三代:第一代逆转剂由于具有较大的毒副作用因而被淘汰;第二代逆转剂毒副作用有所降低,但大都会影响药物代谢;第三代逆转剂通过计算机辅助药物设计为手段开发的具有高效低毒、高亲和力、无明显药代动力学改变等特点,目前仍在研发当中。因此,探索研究新的高效低毒的P-gp抑制剂成为研究热点。 本文以传统中药姜黄中的有效成分姜黄素作为先导化合物,以P-gp为作用靶点,结合已有的构效关系理论,通过对其进行结构修饰以期得到更加高效低毒的MDR逆转剂。 本文设计合成了三类姜黄素类似物,均以嘧啶环取代姜黄素原有的β-二酮,并在姜黄素的芳环上进行了不同的取代基修饰。共合成目标化合物63个,其中新化合物58个,所有新化合物均经核磁共振(1H NMR,13C NMR)高分辨质谱验证。实验结果表明所设计的姜黄素类化合物合成方法简单、产率较高,其中A类化合物通过4步反应以15%左右的收率制得;B类化合物通过3步反应以25%左右的收率制得;C类化合物通过3步反应以40%的收率制得。 选择了36个合成的化合物针对三个靶点进行了肿瘤细胞MDR逆转实验,和细胞毒性实验。在对P-gp介导的MDR逆转实验中,有15个化合物对P-gp的调节活性强于维拉帕米(逆转倍数RF=5.4),其中HA-5对耐药细胞株的逆转倍数达到了86.0表现出了极强的P-gp调节活性,另外化合物HA-3,AJ-3也表现出了非常强的调节活性,他们对LCC6MDR的逆转倍数也分别达到了40.2和52.1。此外,化合物还对BCRP介导的MDR表现出了很强的逆转活性。实验结果表明几乎所有化合物对BCRP的调节能力均强于模板化合物姜黄素,化合物HA-2~HA-6,HA-10, HA-11的逆转倍数介于10-17之间,其中化合物HA-3,HA-5和HA-6的逆转倍数分别为16.4,16.2和15.7表现出了很强的BCRP调节活性。但是遗憾的是,在36个参与测试的化合物中,没有化合物表现出对MRP1的调节活性。这可能是由于MRP1的作用底物与P-gp和BCRP有着明显的不同所导致的。 在对化合物的细胞毒性测试中,选择了5种不同的细胞株,实验结果发现除了curcumin V, curcumin VI, HA-0, AJ-0, HE-0, LE-0这几个化合物对多种细胞株均表现出了较强的细胞毒活性外,其余的化合物均未表现出很强的细胞毒性。这说明我们设计的逆转剂具有高效低毒的特点。 本论文通过深入研究MDR的产生机制及MDR逆转剂的结构特点,首次将姜黄素嘧啶类衍生物用于逆转肿瘤细胞MDR的实验当中,通过结构修饰得到了一系列具有极强P-gp调节活性的化合物,同时此类化合物还具有很强的BCRP调节功能。通过对化合物结构与活性结果的分析,进一步阐明了化合物与P-gp调节活性之间的构效关系,并初步分析得到了化合物与BCRP抑制活性之间的构效关系。这对下一步研究开发出新型的高效低毒的MDR逆转剂具有非常重要的意义。


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