癌症是当今世界上威胁人类生命健康和生活质量的主要病症之一。从天然资源库和产物库中寻找具有抗肿瘤活性的化合物,进行筛选,并针对模板骨架进行结构优化和功效团修饰改造,是研发高效安全抗肿瘤药物的一个重要途径。本论文主要进行了两个方面的工作：一是利用本课题组在前期研究大花金挖耳化学成分时分得的依瓦菊林等倍半萜内酯类成分,通过形态学观察其对L1210等细胞生长的影响乃至肿瘤细胞的凋亡作用,再测定其IC5。等相关参数,从而评价其抗肿瘤细胞的能力。二是在了解去氢骆驼蓬碱等质谱裂解规律、探讨类似物荧光应用特性基础上建立以去氢骆驼蓬碱为前体模板化合物,对其N2位和N9位进行系列修饰,并测试其体外抗肿瘤活性,分析构效关系,为这类化合物的开发和深度利用提供支持。分述如下一、依瓦菊林等倍半萜内酯对PC3等肿瘤细胞凋亡作用研究倍半萜内酯是一大类结构多样的天然化合物,生物活性主要表现在抗肿瘤,抗溃疡,抗炎,抗真菌,细胞毒性和神经毒性等方面。依瓦菊林(Ivalin),特勒内酯(Telekin)和天名精内酯酮(Carabrone)3种倍半萜烯内酯是本课题组在研究大花金挖耳化学成分时分得的典型倍半萜内酯类成分。天明精内酯酮(carabrone)在菊科大花金挖耳中含量丰富,在花蕾中含量可达0.340%。依瓦菊林最初是1965年从盖氏菊属植物Geigeria asper中发现并鉴定出其结构,最初活生物毒性为能使几内亚猪(guinea-pigs)中毒。特勒内酯(Telekin)与Ivalin具有相似活性。本文通过形态观察法和细胞计数法等比较和评价了Ivalin等3种倍半萜烯内酯对细胞L1210, LNCaP和PC-3的细胞凋亡能力。研究结果表明：3种倍半萜内酯化合物引起细胞L1210凋亡的最低有效浓度,ivalin, telekin, carabrone分别为2×10-6mol/L, 1×10-5mol/L, 1×10-5mol/L。原位标记技术和流式细胞仪分析表明,3个倍半萜内酯中ivalin诱导人前列腺癌细胞PC-3及LNCaP凋亡的能力最强,同时,LNCaP细胞比PC-3细胞对3个倍半萜内酯更敏感。依瓦菊林(Ivalin),特勒内酯(Telekin)和天名精内酯酮(Carabrone)3种诱导人前列腺癌细胞PC-3及LNCaP和小鼠淋巴细胞白血病细胞L1210凋亡的能力为：Ivalin对细胞的凋亡抑制作用最明显,telekin次之, carabrone最弱。这些化合物对L1210和MCF-7、PC-3和LNCaP 4种细胞系的IC50测定结果表明,Ivalin和Telekin活性有明显分异；对L1210和MCF-7细胞系来说,Telekin活性最强,半数致死浓度分别达25μmmol.L-1和14.0μmol. L-1。而对PC-3和LNCaP细胞系来说,Ivalin活性最强,半数致死浓度分别达到30.4μmol. L-1和33.5μmol.L-1。这些可能与其结构密切相关。二、去氢骆驼蓬碱单体衍生物的合成及细胞毒性研究β-咔啉类广泛分布于自然界,是一类由吲哚环和吡啶环组成的生物碱,这类化合物具有广谱而显著的生物活性,如抗肿瘤、抗焦虑、抗抑郁、镇静、抗寄生虫等,一些还作为公认的神经毒素参与神经退行性疾病的发展,因此,去氢骆驼蓬碱及其类似物一直受到人们的重视。课题组一直对骆驼蓬属(Peganum L.)植物中生物碱的提取分离、化学成分、结构改造和功能进行研究,其活性成分以β-咔啉类生物碱为主,具有广泛的药理作用,其中抗肿瘤活性最为显著。在我国,该属3种植物是沿用已久的民族药。用骆驼蓬种子治疗胃癌已经有近30多年历史。但其具有较大毒性,因此在很大程度上限制了其大范围应用。因此,本文前期研究基础上,首先以骆驼蓬碱、去氢骆驼蓬碱和鸭嘴花酮碱3种生物碱的多级质谱裂解规律进行研究,建立快速结构的鉴定方法；在此基础上以去氢骆驼莲碱作为母核进行N2位和N9位系列修饰衍生,并对去氢骆驼蓬碱及其衍生物的抗肿瘤活性和抗肿瘤机理探讨。主要获得以下结果：1、采用电喷雾多级质谱技术研究了骆驼蓬中3个主要生物碱,骆驼蓬碱、去氢骆驼蓬碱和鸭嘴花酮碱的质谱裂解行为。ESI质谱检测显示,在一级质谱图中,3个生物碱类化合物都出现很强的[M+H]+准分子离子峰,在35%能量的轰击下所产生的多级谱图产生的碎片离子比较丰富,在多级串联质谱中表现出一些类似的碎裂规律,主要表现为一些特征的中性碎片的丢失。在骆驼蓬碱和去氢骆驼蓬碱的二级质谱图中,脱去甲基自由基是一特征脱除,在其三级质谱图中,脱除一氧化碳又是它们的另一特征。可见,在一级质谱中可见很强的加氢准分子离子峰,在多级质谱实验中,该类生物碱化合物容易丢失15 u的中性碎片(甲基自由基)和28 u的中性碎片(一氧化碳)等。以此为基础,为后续衍生物结构的鉴定建立了质谱快速鉴定方法和技术对研究骆驼蓬及相关植物中生物碱的分布及咔啉类似物的结构具有重要参考价值。2、p-咔啉类化合物不仅具有较强的抗肿瘤活性,其结构本身也具有荧光特性,具备可视化应用分析特征。因此,以β-咔啉为母核,设计合成出一种用于检测水中Hg2+的新型荧光探针,并进行验证试验。结果显示,新型荧光探针与等物质的量的其他各种金属离子作用后,荧光强度无明显变化,而Hg2+却可使新型荧光探针的荧光淬灭率达到80%左右。这种简易探针能够在一个广泛的pH范围内,快速高效并选择性地识别Hg2+。并且肉眼能够直接观察到明显的荧光颜色变化(从蓝色到无色)。此外,荧光强度和汞离子浓度(1.0×10-6 M～7.0×10-6M)之间存在显著负相关关系。后续研究对于开发新型荧光探针应用于环境或生物(胞内定位)分析具有重要意义。3、 在前期基础上,继续以去氢骆驼蓬碱为前体化合物,对其N2位和N9位分别进行烷基链和苄基链修饰,并测试其体外抗肿瘤活性,分析构效关系。合计合成了去氢骆驼蓬碱类衍生物44个,通过质谱、核磁共振及X射线衍生等方法对所有化合物进行了结构确证,其中未见文献报道的化合物有32个。所得化合物的质谱均出现了[M+H]+峰。利用单晶X衍射技术确证了化合物2的空间结构。体外抗肿瘤活性测试表明,所得衍生物抗肿瘤活性均强于前体去氢骆驼蓬碱。其中对人胃腺癌细胞系(SGC-7901)的IC50值小于10 μM的化合物有30个；对SGC-7901的IC50值与阳性对照紫杉醇相当的化合物有3个；对SGC-7901细胞抑制活性强于阳性对照紫杉醇(IC50=3.341 μM)的化合物有7个(15、23、27、28、38、41、42)。所得44个衍生物对5株细胞系中的A549和HL-60抑制率最高。构效关系分析表明,氢骆驼蓬碱的N2位和N9位修饰均增强了其抗肿瘤活性。随着去氢骆驼蓬碱9位修饰链接的碳原子数目的增加,其抗肿瘤活性呈增强趋势； 9位N原子衍生化时,4.取代苄基衍生物的活性最强；当9位连接基团相同,2位N原子苄基衍生化时,无取代的苄基的活性最强；这些表明,去氢骆驼蓬碱的2位和9位是其重要的活性衍生位点。这可能与其水溶性增强有关。综上所述,本论文的研究通过形态观察法和细胞计数法等比较和评价了Ivalin等3种倍半萜烯内酯对细胞L1210, LNCaP和PC-3的细胞凋亡能力,明确了依瓦菊和特勒内酯对4种细胞系细胞毒性的分异规律,对于后续依瓦菊和特勒内酯衍生物或类似物进行细胞毒性的筛测或作用机制研究具有重要意义。通过对去氢骆驼蓬碱等3个生物碱的电喷雾多级质谱裂解机制和特征碎片的研究,总结了鉴别该类化合物的电喷雾多级质谱方法,对研究骆驼蓬中生物碱的分布及咔啉类似物的结构鉴定具有重要参考价值。以β-咔啉母核为荧光团,设计合成的用于检测水中Hg2+的新型荧光探针,以及对于后续研究开发新型荧光探针应用于环境、生物分析具有潜在的应用价值。去氢骆驼蓬碱的N2位和N9位是其重要的活性修饰位点,适当修饰可在很大程度上增强衍生物或类似物的抗肿瘤活性。结合其类似物的荧光应用分析特性,后续有必要对其作用机制进行探讨。这些研究对开发新型荧光探针和寻找高效和安全的抗癌抗肿瘤先导化合物具有重要参考意义。