研究背景白桦脂酸(Betulinic acid,BA)系五环三萜类化合物,多分布于桦木属植物及其他多种植物中。其中,在白桦树的树皮中含量最高。经国内外多年研究,发现白桦脂酸具有多种生物活性,如抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎等,特别是其显著的抗肿瘤和诱导肿瘤细胞凋亡的活性,在相关研究领域引起了广泛的关注。课题组前期合成的化合物TBA(白桦脂酸-川芎嗪衍生物)表现出了较好的抗肿瘤活性,此外,有大量文献表明,白桦脂酸的结构修饰和改造对抗肿瘤药物的研究有十分重要的意义。课题组前期以拼合原理为指导,在多种五环三萜化合物中引入活性分子川芎嗪,其衍生物的抗肿瘤活性有明显的改善。然而,吡嗪环的结构较为复杂,故从哌嗪环入手,探讨含氮杂环的引入对五环三萜抗肿瘤活性的构效关系显得尤为重要。且有很多研究表明,含氮杂环的引入对五环三萜抗肿瘤活性有明显提升,因此,在五环三萜中引入含氮杂环有望发现新的活性较好的先导化合物。本课题从构效关系分析角度出发,引入环戊烷、环己烷、哌啶、吡咯以及哌嗪这五种较为简单的含氮杂环,以期筛选出新的更具潜力的先导化合物,为类似五环三萜-含氮杂环的设计与合成奠定一定基础,缩小发现先导化合物周期。研究内容借鉴药物化学结构改造的化学手段,合成白桦脂酸-含氮杂环以酰胺键连接的衍生物以及白桦脂酸-含氮杂环以碳氮键连接的衍生物,结合1H-NMR、13C-NMR、HR-MS分别确证其化学结构;抗肿瘤活性评价方面,选取HepG2(人肝癌细胞),BGC-823(人胃癌细胞),HeLa(人宫颈癌细胞),SH-SY5Y(神经母瘤细胞)4种肿瘤细胞模型和L02(人肝星状细胞)以及H9C2(大鼠心肌细胞)2种正常细胞模型,采用MTT法评价白桦脂酸-含氮杂环衍生物对肿瘤细胞的体外抑制增殖活性及对正常细胞的细胞的毒性,通过初步的药效学分析探讨其构效关系;并进一步结合显微观测、DAPI染色法观察白桦脂酸-含氮杂环衍生物7e对Hela细胞形态学变化。采用流式细胞术初步考察优势化合物7e抑制Hela细胞增殖的作用机制。研究结果先后合成白桦脂酸-含氮杂环以酰胺键连接的衍生物以及白桦脂酸-含氮杂环以碳氮键连接的衍生物共26个,其中23个为未经报导的新化合物,且均通过1H-NMR、13C-NMR以及HR-MS对化合物的结构进行了确认,并完成相关理化参数的测定;抗肿瘤活性方面,MTT法评价了衍生物的体外抗肿瘤活性,实验结果表明,大多数白桦脂酸-含氮杂环衍生物对所选取的4种肿瘤细胞模型表现出较好的抑制活性,抑制作用优于其母核白桦脂酸,其中以碳氮键引入哌嗪结构的化合物7e对肿瘤细胞的抑制活性最好,对Hela细胞的IC50值为2.05μM,同时对正常细胞L02以及H9C2的细胞毒性弱于阳性药阿霉素;结合细胞染色法,发现7e能够阻断Hela细胞间联系,导致细胞损伤及细胞核裂解,且能诱导其出现早期凋亡。研究结论本实验设计合成并分离得到了 26个白桦脂酸-含氮杂环衍生物,其中23个全为新的化合物实体,并对该系列衍生物进行了结构确认。白桦脂酸-含氮杂环衍生物均表现出了优于母核白桦脂酸的抗肿瘤活性,其活性虽不及所选阳性药阿霉素,但显示出了低于阿霉素的细胞毒性,其中化合物7e抗肿瘤活性最好。无论是以酰胺键形式还是以碳氮键的形式引入含氮杂环,都增强了衍生物对肿瘤细胞的体外抑制作用,但以饱和键的形式引入含氮杂环,衍生物抗肿瘤活性增强的效果更为明显。综上所述,本课题采用化学合成的方法,以白桦脂酸为母核,引入五种结构简单的含氮杂环并对其进行了初步的抗肿瘤活性构效关系分析,不同含氮杂环在不同的引入形式下,衍生物抗肿瘤活性相差较大,进一步表明完善而系统的五环三萜-含氮杂环衍生物抗肿瘤活性的构效关系分析将为类似五环三萜-含氮杂环抗肿瘤化合物的合成奠定了一定基础,为发现更有潜力的先导化合物缩短研究周期,对新的抗肿瘤药物的开发具有现实意义。