癌症是威胁人类健康的主要疾病之一,紫杉醇和多烯紫杉醇是目前临床一线治疗多种癌症的首选药物。尽管如此,在临床应用中紫杉醇和多烯紫杉醇仍存在诸多问题,如代谢不稳定性、多药耐药性、生物利用度低、水溶性差,以及由这些因素所引起的毒性作用与过敏反应等缺点。本课题组在前期研究中,将氟原子分别或同时引入在多烯紫杉醇结构中易被代谢氧化的结构位点上,得到9个氟取代多烯紫杉醇化合物。药理研究发现,所有的氟取代多烯紫杉醇化合物代谢稳定性都有不同程度的提高,尤其是四氟代多烯紫杉醇4FDT表现了较好的药理活性、代谢稳定性和安全性。因此,本论文在此基础上将对4FDT进行更深入的研究。首先,在实验室克级合成了目标化合物4FDT,并进一步扩大了其抗肿瘤范围的筛选,发现它有较好的体外、体内抗肝癌活性,安全性和水溶性,表明化合物4FDT具有较好的成药性。因此,确定选择它作为新型紫杉醇类抗肝癌药物的候选药物,进行合成和纯化工艺的优化,大量制备以后续进行制剂和临床前药理研究。其次,在课题组已有的克级合成4FDT工艺的基础上,结合实验室现有条件,优化实验器材,简化实验操作,改良实验反应后处理及纯化操作,探索4FDT的放大量合成和分离纯化工艺,初步开发出适合工业化、经济适用的制备工艺,完成实验室放大量百克级4FDT的制备：以2000g10DAB为原料经九步反应合成了152.4g4FDT化合物,总产率4.7%。此外,对目标化合物4FDT的质量标准进行了研究,探索有机溶剂残留处理方法,提高了终产物的纯度,降低了终产物中有机溶剂的残留量,确定了4FDT的纯化处理工艺和有机溶剂残留处理的方法。协助建立了4FDT原料药质量标准草案,为4FDT的质量控制提供了规范和依据。该部分工作获得国家科技部创新药物平台候选药物资助一项。鉴于研究中发现4FDT化合物对肿瘤靶向性差导致其对正常组织的毒副作用较大的缺点。本论文创新性结合荧光影像前药策略,在4FDT的C-2’位OH上通过β-丙氨酸引入了具有线粒体靶向能力的荧光基团罗丹明B,形成了线粒体靶向的荧光影像前药4FDT-β-Ala-RhB.药理研究发现：因为前药分子中4FDT的C-2’位OH被罗丹明B占据,其体外抗人肝癌HepG2细胞毒活性较母药4FDT有所降低,有利于降低药物的系统毒性；在载体基团罗丹明B荧光特性的辅助下,我们可以方便、无损、实时地追踪前药在细胞内的分布和转化,结果发现在人肝癌HepG2细胞中,前药被靶向运输并富集到细胞的线粒体中,有利于降低药物的系统毒性；而β-丙氨酸与4FDT的C-2’位OH形成的酯键在细胞内被水解酶水解,起到调控母药释放的“开关”的作用,它在72h内持续、稳定地释放母药4FDT,有利于提高药物的生物利用度。该研究结果为下一步研究开发在肿瘤区域特异性释放母药、具有更好治疗效果和更低系统毒性的紫杉醇类药物奠定了基础。目前该部分工作已经投稿European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics杂志,正在审稿中。最后,从大量制备4FDT过程中得到的4FDT的晶体结构出发,结合已有的对紫杉醇活性构象的研究,针对其靶点蛋白一一β微管蛋白的空间结构,利用计算机辅助药物设计对化合物的空间结构进行调整优化,目的是在不影响化合物各个活性基团与微管蛋白氨基酸残基相互作用的基础上,设计固定C-13边链空间位置的一系列大环4FDT化合物,通过对它们活性的比较,得到4FDT与p微管蛋白结合时的活性构象,为简化紫杉醇的结构,合成成本低廉、结构简单、活性良好的紫杉醇类似物奠定基础,并从根本上解决已上市紫杉醇类药物对多药耐药细胞活性差的缺点。本论文的研究工作以新发现的氟代多烯紫杉醇4FDT的抗肝癌活性为出发点,涵盖大量制备、纯化工艺的研究和对其前药设计、活性构象的基础研究。该项研究内容在本人博士期间已获得国家科技部创新药物平台侯选药物基金,国家自然科学基金资助,对成功开发我国具有自主知识产权的新型抗肿瘤药物有非常积极的意义。