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天然产物启发的功能型大环和氮杂稠环合成研究

陈露  
【摘要】:第一部分天然产物启发的大环合成方法学与生物活性研究大环分子是一类由12个及以上的原子所构建而成的环状化合物。该类分子结构广泛存在于天然产物中且长期以来被用于疾病临床研究。研究表明,链状分子成环后,分子内键旋转受到限制,导致大环的可变构象减少,从而提高其靶点亲和能力与选择性,此外,其独特的三维构象对增强代谢稳定性、改善相对生物利用度及细胞膜渗透性等起着重要作用。因此,基于天然产物大环的独特骨架,设计与合成类天然大环化合物引起了人们的广泛关注。尽管已报道的合成策略与方法在一定程度上促进了大环的合成发展,但是结构新颖且功能多样的大环化学空间仍然匮乏,难以满足人们对多功能靶点的活性筛选要求。因此,发展新的方法与策略高效快速地合成结构新颖且具有多功能活性的大环化合物是当前亟待解决的问题。在本文第二章,我们以苯甲酸、乙烯基环碳酸酯以及天然氨基酸作为重要合成砌块通过仿生模块化策略设计合成了一系列具有强效逆转P-gp介导的MDR活性的大环内酯类化合物。为了高效快速地构建结构新颖的大环分子,我们以广泛存在的羧基作为导向基团,在无溶剂条件下,实现了Rh(III)催化高化学、高立体选择性C(sp~2)-H烯丙基化反应,合成了多样性官能团取代的烯丙基醇类化合物。这一反应条件温和,底物适用范围广,放大至50倍不影响产物的收率与立体选择性。紧接着我们将多取代烯丙基醇作为关键的连接子,与二肽及三肽通过缩合、水解与大环内酯化实现了14元与17元新型(Z)-烯丙基骨架大环内酯类化合物的构建。此外,利用这一策略,糖尿病治疗药物瑞格列奈作为模块分子可与二肽成功组装为大环内酯化合物4g。通过活性筛选,我们发现这一类结构新颖的大环内酯类化合物能有效抑制P-gp转运体功能、逆转P-gp介导的多药耐药并显著增强肿瘤细胞对细胞毒药物的敏感性。其中4g的活性(逆转倍数高达176倍)远强于第一代P-gp抑制剂维拉帕米。在这一部分工作中,我们发展了碳氢键活化烯丙基化的新方法并利用仿生模块化的新策略高效快速地构建了结构新颖的功能型大环内酯类化合物,为克服耐药肿瘤提供了新的分子骨架,为多样性大环的合成提供了新思路。在本文第三章,我们发展了光诱导远程C(sp~3)-H键酰基化反应。首先,我们以简单的醛作为酰基自由基来源,通过光氧化还原体系在蓝光照射下实现了分子间的酰基化反应。这一反应条件温和,底物官能团兼容性良好,反应直接放大至80倍仍能以较好的收率得到酰基化产物。通过机理验证实验,我们发现底物可经N自由基介导的1,5-氢迁移以及苄位的单电子氧化两条路径生成苄基自由基。紧接着我们将这一反应应用于后阶段大环的合成中实现了大环拟肽的构建。我们以包含脯氨酸的肽链前体作为模板底物进行条件优化,同时计划合成包含多样性氨基酸的大环拟肽化合物并进行生物活性筛选,这部分工作仍在进行中。第二部分天然产物启发的氮杂稠环合成与抗结核研究结核病是一类由结核分枝杆菌引起的严重威胁人类健康及生命的呼吸道传染病。随着耐药性的出现,当前用于治疗药物敏感性结核病的治疗方案对于耐药性结核病不再有效,导致耐药性结核病需要更长的治疗时间以及更加复杂的治疗方案,并带来了严重的毒副作用,影响了患者的依从性。最终,结核病的治愈情况进一步恶化。现有的结核病治疗药物均是靶向结核分枝杆菌自身,但随着人们对于宿主导向治疗的不断深入了解,越来越多人关注用于结核病治疗的宿主导向治疗策略。研究表明,感染结核分枝杆菌的巨噬细胞中PPM1A的上调会激活PPM1A-JNK信号通路,最终,抑制巨噬细胞凋亡实现免疫逃逸。因此,PPM1A可能是缩短治疗时间并且消除结核分枝杆菌持久性感染的强有力的药物靶标。然而,当前尚未发现安全有效的PPM1A抑制剂。文献调研表明,氮杂稠环类天然产物血根碱对PPM1A具有较好的体外抑制活性,然而,这一天然产物表现出很强的细胞毒性以及低靶点特异性,导致其不适用于进一步体内药效以及机制研究。在本文第四章,我们在天然产物血根碱的基础上,通过生物电子等排、优势片段整合、骨架跃迁等策略,设计合成了一类具有PPM1A抑制活性的菲啶盐类小分子。通过体外蛋白水平PPM1A抑制活性研究,我们发现化合物17-5与18-4的IC_(50)分别为1μM与2.5μM,且对PPM1B的选择性分别为15倍与40倍,两者均具有良好的靶点特异性。与此同时,毒性试验表明,这些菲啶盐化合物不存在细胞毒性。此外,18-4在不直接杀伤Mtb的情况下,可通过宿主导向策略,显著增强巨噬细胞对Mtb的清除能力,而17-5无明显效果。进一步,我们研究了化合物18-4的体内活性。结果显示,单独使用这一化合物对肺部结核分枝杆菌无明显影响,但是与低剂量利福平联用时可使肺部结核分枝杆菌负载量降低10倍。此外,这一治疗方案不会导致小鼠体内出现高炎症反应,这表明小鼠对于化合物18-4耐受性良好,并且这一化合物有可能预防与慢性TB感染相关的过度炎症引起的组织损伤。综上所述,我们通过对血根碱优化得到的化合物18-4不仅可作为一个安全有效的探针分子进行相关药理机制研究,并且是当前第一个体内安全有效且高靶点特异性的PPM1A抑制剂。


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