近年来,心脑血管疾病作为一种严重威胁人类健康的常发病,具有“发病率高、致残率高、死亡率高、复发率高、并发症多”等特点,越来越引起人们的重视。全世界每年死于心脑血管疾病的人数高达1500万人,居各种死因首位。因此,寻找高效、无毒或低毒的心脑血管药物成为新药研究的一项重要课题。Xyloketals类化合物是2001年林永成研究小组从南海海洋真菌Xylaria sp. (#2508)分离出来的一系列结构珍奇的缩酮类化合物,分子内含有珍奇的苯并吡喃并呋喃结构片段,发表在J. Org. Chem.上。初期活性研究表明,Xyloketals系列化合物显示较强的L-钙离子通道抑制活性(0.2μg/ml,抑制率60%),并有一定的构效关系。而且还表现出了良好的乙酰胆碱酯酶抑制活性。鉴于独特的结构及良好的生物活性,Xyloketals类化合物引起了国内外的广泛关注,被列入Nat. Prod. Res. 2001年出版热点(Hot off the press)。为了进一步研发选择性更好,毒性更低,水溶性好,具有广谱性及耐药性的Xyloketals类化合物,本课题以活性突出的Xyloketal B为先导化合物,一方面对Xyloketal B 12位酚羟基进行改造,重点阐明酚羟基在分子结构中与生物活性之间的关系,将其变成不同长度链饱和脂肪醚或不饱和醚,以考察不同取代基空间体积大小、电性、疏水性和亲水性等性质对活性的影响,从而阐明其构效关系;另一方面通过改变Xyloketal B 13位的取代基,以考察13位上不同取代基空间体积大小、电性、疏水性和亲水性等性质对活性的影响。此外,还考察了不同的苯并吡喃并呋喃片段对活性的影响。基于上述思路,共合成了21个化合物。大鼠离体主动脉血管环舒张活性显示,所合成的化合物都表现出不同程度的舒张血管活性,并显示出很好的浓度依赖性。其舒张血管的活性表现为内皮依赖性和非内皮依赖性。所合成的化合物中4,9,12,13,14,15,19的活性明显优于先导化合物。构效关系分析表明,苯并吡喃并呋喃是其重要片段,随着苯并吡喃并呋喃片段的增加活性增强,但空间位阻太大不利于活性增强;12位酚羟基不是必要的官能团,12位饱和醚链的增长不利于活性的增加。为了进一步阐明Xyloketals活性机理,本研究还在人脐静脉内皮细胞(HUVECs)上,评价了化合物保护氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的细胞损伤及促进一氧化氮(NO)生成活性。结果表明,Xyloketals类化合物对ox-LDL诱导的HUVECs损伤具有突出的保护作用;同时在促NO生成实验中,化合物2,4,8,12,22能有效促进内皮细胞NO释放;预孵NO合成酶抑制剂L-NAME能明显抑制xyloketals促内皮细胞NO释放的作用,表明Xyloketals促NO生成可能是通过一氧化氮合酶(eNOS)机制。另外,本研究以斑马鱼胚胎血管增生为模型,对Xyloketals类化合物促血管增生活性进行了研究。先导化合物(±)-Xyloketal B (3)可以明显地浓度依赖性地促进斑马鱼血管增生,在0.1μM就表现出很好的作用;所选的12个衍生物都具有促斑马鱼血管增生活性,其中化合物9,12,14,16,20,21表现出比3更强的活性。这些结果显示出该类化合物能促进血管增生,是一类潜在的心脑血管药物。基于Xyloketals类化合物奇特的结构及良好的活性,开发高效简洁的合成方法具有非常重要的现实意义。研究发现酚类化合物在对甲苯磺酸介导下,以甲醇为溶剂,可与α,β-不饱和酮、醇发生反应生成苯并吡喃环,其机理被确定为先迈克尔加成后经缩酮环化两步形成,过程中甲醇参与反应是形成产物的关键。研究探索了最佳反应条件,并将反应拓展到其他一系列苯并吡喃类化合物的制备。并以此为基础,通过原位脱甲醇,碘缩酮化,原位自由基环化等步骤,分别以四步28.72%的总产率合成了(±)-Xyloketal A,六步以38.68 %的总产率合成了(±)-xyloketal B,为其他苯并吡喃并呋喃化合物的合成提供一更好的工艺。更为重要的是,(±)-的一个中间体碘缩酮可以通过机械拆分的方法顺利地得到光学活性物质,其绝对构型通过X-ray确定为8 R, 9 R, 15 S, 16 S, 22 R, 23 R及8 S, 9 S, 15 R, 16 R, 22 S, 23 S。这为Xyloketals类化合物的全合成打下良好的基础。体外清除自由基活性实验研究表明,Xyloketals类化合物及其合成中间体苯并吡喃类化合物具有良好的清除DPPH及ABTS自由基活性,并显示出较好的浓度依赖性。综上所述,本研究的第一个重要意义为揭示了Xyloketals类化合物具有显著的血管舒张活性,保护氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的细胞损伤、促进一氧化氮(NO)生成活性、直接清除自由基活性、促斑马鱼血管生成活性,提示该类化合物是一类潜在的具备多种药理作用机制的心脑血管药物;另一个重要意义为实现了这类化合物简易的化学合成。合成了一系列的苯并吡喃环,并阐明反应机理。这对从海洋微生物中需找新型的预防心脑血管疾病化合物,苯并吡喃类化合物的合成,等后续研究具有重要的指导意义和现实意义。部分成果发表在Journal of Medicinal Chemistry,并被BioCentury Publications转发。