恶性肿瘤严重威胁人类健康,其发病率在致死疾病中排名第二,是导致人类死亡的主要原因之一。同时,伴随着近些年来环境污染的加剧及生活压力的加大,使得恶性肿瘤患者呈现年轻化的趋势,因此,针对肿瘤的研究工作显得更加紧迫。癌细胞有丝分裂频繁且不受控制,这是其能实现快速增殖的主要原因,而有丝分裂中期,染色体向两极迁移极其依赖于微管蛋白／微管之间聚合与解聚的平衡。微管,作为细胞骨架的重要组成部分,其存在于在所有的真核细胞中,参与组装多种细胞结构,如中心粒、神经管等。在维持细胞形态、细胞侵袭和转移、细胞生长和发育、胞内物质的输送及信号传导过程中发挥着重要的调节作用。微管在肿瘤细胞增殖中的重要性,使其成为热门的抗肿瘤药物研究的靶点之一,一些靶向微管蛋白的抑制剂也已成为临床上证实有效的抗肿瘤药物。现有研究表明,微管蛋白中存在四个主要的药物结合位点：laulimalide结合位点、紫杉醇结合位点、长春碱结合位点以及秋水仙碱结合位点,laulimalide同紫杉醇类似,都能促进微管聚合,但是他们作用位点不同。在这四个位点中,秋水仙碱位点自身结合腔的体积较小,便于研究；同时,鉴于紫杉醇、长春新碱在临床上的成功,越来越多有关微管蛋白-秋水仙碱位点抑制剂的研究被报道。本研究以吲哚环为基本骨架,基于已有的文献报道的活性结构,加之计算机辅助药物设计手段,设计出了三类生物活性小分子。引入哌嗪环、CA-4骨架,设计并合成了五个系列吲哚类新型衍生物,其中新化合物109个,同时利用元素分析、1H NMR、MS等手段进行了结构表征。并且进行了系统的活性筛选和构效关系研究,其中有些化合物具有强效的抑制微管蛋白聚合和体内外抗肿瘤增殖能力,简述如下：(1)设计并合成了一系列共计20个吲哚-哌嗪类微管蛋白抑制剂,并研究了它们体外抗肿瘤细胞增殖、抑制微管蛋白聚合及诱导细胞凋亡的能力。其中,化合物A27表现出高效的抑制肿瘤细胞增殖能力(抑制A549细胞增殖的ICso=0.24±0.08μM,CA-4抑制A549细胞增殖的IC50=0.13±0.02μM)和抑制微管蛋白聚合能力(IC50=10.2±■0.98μM)。A27诱导细胞凋亡实验表明其能够抑制细胞内微管蛋白活性从而诱发细胞凋亡。前期的计算机分子模拟计算结果表明,化合物A27同微管蛋白-秋水仙碱位点紧密结合,这也为微管蛋白抑制剂的研究提供了新的思路。(2)CA-4作为一种强效的秋水仙碱类微管蛋白抑制剂,其基本结构相对简单,为一个双键桥连接着两个芳香环。基于CA-4的生物活性和结构特点,我们共计设计合成了三个系列83个全新的CA-4类衍生物,并且测试了它们对A549、MCF-7、Hela抗增殖活性作用,及部分化合物针对HepG2、HT-29、SSC-4的抗增殖活性能力。其中化合物D33,具有最强的抑制肿瘤细胞增殖活性(抑制A549细胞增殖的IC50=0.08+0.01gM),作为对比,阳性对照CA-4的IC50为0.13+0.02gM。化合物D33能够通过诱导活性氧(ROS)产生、线粒体膜电位的改变进而诱导A549细胞发生凋亡,伴随着相关凋亡蛋白表达量的变化。计算机分子模拟对接、生物学竞争性结合实验均证明化合物D33能特异地结合在微管蛋白的秋水仙碱位点。体外微管动力学实验表明化合物D33与秋水仙碱位点结合的结果是抑制微管蛋白组装,免疫荧光染色表明化合物D33抑制细胞内微管蛋白的装配,破坏细胞内细胞骨架网络。流式细胞检测结果表明,在细胞微管装配受到抑制后化合物D33可以选择性阻断肿瘤细胞于有丝分裂期(G2/M期)。化合物D33作用于A549后,可以持续下调Cyclin B1、Cdc2、p21水平,在生化水平证实了化合物D33对细胞周期的阻断作用。在动物治疗实验中,化合物D33能显著抑制人肺癌植瘤在裸鼠体内生长,并且不会引起裸鼠体重明显的下降。(3)在CA-4和化合物B9-D33结构基础之上,我们对连接桥进一步进行修饰,设计合成了共计6种吲哚咪唑类衍生物。其中,同阳性对照秋水仙碱相比(IC50=37～275nM),化合物E4展现出了强效的抑制肿瘤细胞增殖的能力(IC50=15～2200nM),并且表现出了对293T,Macrophage,L02三种正常细胞低毒的特性。周期抑制实验表明,化合物E4能显著阻滞Hela细胞于G2/M期。进一步的细胞实验表明,化合物E4能通过线粒体膜电位改变及活性氧的增加途径来诱导Hela细胞凋亡,该过程中伴随着Cyclin B1、Cdc25c、Cdc2、P21、Bax、PARP、 Bcl-2、 Caspase3表达量的变化。计算机分子模拟分析、竞争结合实验、体外动力学实验、细胞质内微管蛋白测定实验、免疫荧光实验表明化合物E4同秋水仙碱在微管蛋白作用位点相同。在动物治疗实验中,裸鼠隔天腹腔注射15mg/kg化合物E4经两周治疗,宫颈癌植瘤在其体内生长抑制率达到61.9%,显示出良好的体内抑制肿瘤生长的能力,具有较好的临床应用前景。