酶是一切与生命有关的化学反应的催化剂,它在新陈代谢、信号转导和调控等方面起着关键性作用。离开了酶是就等于离开了生命的有机体。在肿瘤微环境下,某些酶的活性相对比正常的细胞更为发达和兴旺。则治疗肿瘤时候,药物若能有效抑制与肿瘤生长与增殖相关酶的的活性,则肿瘤的生长也会被抑制。I型DNA拓扑异构酶、二氢叶酸还原酶和硫氧还蛋白还原酶是在肿瘤微环境下高表达的三种酶,对肿瘤的生长起着关键作用。本文分别合成了这三种酶抑制剂,并探讨了它们的抗肿瘤应用。(一)喜树碱(CPT)是临床上用于治疗消化道肿瘤(如胃癌和肠癌)的最有效药物之一。它能有效地抑制I型DNA拓扑异构酶(TOPO I)的活性使肿瘤细胞无法正常复制DNA,最终杀死肿瘤细胞。但由于其毒副作用大,临床上的应用也被限制。据此,我们合成了基于二硫键的肿瘤靶向性的喜树碱前药Biotin-ss-CPT。通过对不同肿瘤细胞和对应正常细胞抗增殖效果发现,它能选择性地进入肿瘤细胞(MGC 803胃癌细胞),然后通过生物响应被还原为CPT,抑制TOPO I活性,最终使肿瘤细胞死亡。体内抗肿瘤结果表明:Biotin-ss-CPT的抗肿瘤效果接近于单独CPT,有效使肿瘤区域细胞坏死,并且没有CPT的肝肾毒性,也没有明显的体重下降等副作用。解决了CPT选择性差,毒副作用大的关键问题。(二)宫颈癌是目前最常见的妇科恶性肿瘤之一,X-射线放疗常用于宫颈癌的治疗,但是很多时候单独的放疗效果不明显,主要原因之一是会引起二氢叶酸还原酶(DHFR)的基因扩增,使DHFR活性大大增加。DHFR是合成DNA前体物胸苷重要的酶,DHFR活性增加会促使肿瘤细胞DNA的复制。使放疗效果减弱。为了提高放疗效果,我们合成了一系列甲氨蝶呤(MTX)类似物作为DHFR抑制剂。通过活性筛选发现化合物2a能有效抑制二氢叶酸还原酶(DHFR)的活性.通过2a联合X-射线放疗(4 Gy)能起到很好的效协同作用杀死宫颈癌细胞。并且比MTX具有更好的选择性和放疗增敏性。细胞实验表明2a+4 Gy能明显地诱导细胞进入Sub-G1期,使线粒体膜电位明显去极化,产生大量ROS,有效激活Caspase-3、-8和-9。体内抗肿瘤效果表明2a联合放疗的没有MTX那样的肝肾毒性、没有引起明显体重下降。但其抗肿瘤效明显比单独的2a或放疗效果好。证明我们设计合成的二氢叶酸还原酶抑制剂联合放疗能有效逆转放疗引起的耐射线问题,能有效杀死肿瘤细胞,是一种很好的尝试,值得进一步开发和研究。(三)恶性黑色素瘤对X-射线放疗不敏感主要原因之一是因其氧化还原系统比较发达,对于放疗所产生的活性氧容易被其硫氧还蛋白还原酶(TrxR)所清除,使其较耐射线而导致放疗效果不明显。顺铂类似物除了以核酸靶点之外,最近研究发现TrxR也是个重要的靶点。因此我们合成了两个顺铂类似物作为TrxR抑制剂,通过在配体上引入不同取代基,对比抑制Trx R活性。同时联合X-射线(2 Gy)放疗作用于黑色素瘤A375细胞。实验表明,化合物3b比3a更明显地抑制Trx R活性。TrxR的活性被抑制失去清除ROS的能力,放疗所产生的ROS大量堆积。不可逆的损伤肿瘤细胞结构,使放疗效果大大提高。抑制剂3b+2 Gy抗肿瘤效果约是单独3b的5倍,并且能有效诱导细胞周期进入Sub-G1期,使线粒体膜严重去极化,激活Caspase-3,-8和-9,最终使细胞死亡。本论文分别有针对的合成了Ⅰ型DNA拓扑异构酶、二氢叶酸还原酶和硫氧还蛋白还原酶抑制剂,并探讨研究了它们抗肿瘤应用。首先为这三种酶抑制剂的设计合成提供了参考和思路。也为靶向性抗肿瘤前药的合成提供了参考。亦为逆转X-射线放疗引起的耐射线问题提供具有参考价值的解决办法。在化学合成,生物或临床应用方面具有很大的意义。