鬼臼毒素是从小檗科植物中分离得到一种天然木脂素类化合物,它具有抗肿瘤、抗病毒、抗真菌和抗虫等多种生物学特点。近年来在鬼臼毒素结构基础上衍生而成的化合物如依托泊苷(VP-16),替尼泊苷(VM-26)具有明显的抗肿瘤活性,且在临床上广泛应用于睾丸癌,乳腺癌,小细胞肺癌等肿瘤的治疗。然而这些药物自身存在生物利用度差,毒副作用大以及易产生耐药性等缺点,因此,对于鬼臼毒素类化合物进行结构修饰,合成并筛选出抗肿瘤活性更强,副作用更低的新型鬼臼毒素类衍生物是目前国内外研究的热点之一。为了寻找更加高效低毒以及更好水溶性的鬼臼毒素类衍生物,本论文利用生物电子等排原理、药物拼合原理和局部修饰理论,分别以鬼臼毒素(podophyllotoxin, PTOX)和4’-去甲基表鬼臼毒素(4’-demethylepipodophyllotoxin, DMEP)的C环4位作为修饰位点,通过氮连接的方式设计并合成了一系列的化合物,而且对他们的抗肿瘤机制进行了深入的探讨,其主要内容如下：在第一部分研究中,在保留PTOX和DMEP固有的抗肿瘤活性的骨架基础上,考虑到2-氨基嘧啶和2-氨基吡啶常作为医药中间体来进行各种药物的合成,通过C-N连接的方式,合成了4个含氮杂环的鬼臼毒素类衍生物,其结构均经过1H-NMR,13C-NMR, ESI-MS以及元素分析等进行了鉴定和确认。进一步采用MTT法分别对宫颈癌细胞(HeLa)、人胃癌细胞(BGC-823)、人肺癌细胞(A549)、人肝癌细胞(Huh7)和人乳腺癌细胞(MCF-7)进行体外抑制肿瘤细胞增殖活性评价,从而探究其构效关系。从结果可以发现,相比较各自母体化合物,这些衍生物没有表现出更好的抗肿瘤活性。然而,在C环4位通过C-N连接2-氨基吡啶所形成化合物(2g和2h)比连接2-氨基嘧啶所形成化合物(1g和1h)具有较好的抗肿瘤细胞增殖活性,而且对于任一种肿瘤细胞都表现出了类似的规律。这说明在PTOX和DMEP结构C环4位进行C-N连接,相比较2-氨基嘧啶,2-氨基吡啶是一个较为理想的取代基团,该基团的存在对于抗肿瘤活性具有更积极的意义。由第一部分可知,以2-氨基吡啶连接所形成的2个鬼臼毒素类衍生物对于HeLa、 BGC-823、 MCF-7、 A549以及Huh7肿瘤细胞具有相对较好的抗肿瘤活性。在第二部分研究中,利用局部修饰理论,以氯原子作为卤素代表,在2-氨基吡啶含氮杂环上不同位置进行氯原子取代,获得4种吡啶类功能模块：2-氨基-3-氯吡啶、2-氨基-4-氯吡啶、2-氨基-5氯吡啶、2-氨基-6-氯吡啶。以PTOX和DMEP所具有的抗肿瘤活性的结构为基础,在其C环4位通过C-N连接的方式将上述4种毗啶类含氯功能模块进行连接,最终设计并合成8个C环4位C-N连接的鬼臼毒素类衍生物,并通过1H-NMR,13C-NMR, ESI-MS以及元素分析对其进行了结构鉴定和确认。通过抗肿瘤活性研究发现,所合成的8个化合物(3g-6g、3h-6h)均表现出更好的抗肿瘤细胞增殖活性。从构效关系方面,可以得到以下几点结论：(1)在2-氨基吡啶含氮杂环上不同位置引入氯原子均可以增强其抗肿瘤活性；(2)在2-氨基毗啶含氮杂环上不同位置进行氯原子的取代表现出大小不同的抗肿瘤活性,其活性大小排列顺序依次为：3位取代>4位取代>5位取代>6位取代；(3)4’-OH(以DMEP为母核结构)对鬼臼毒素类衍生物的抗肿瘤活性具有更重要的作用；(4)不管是以PTOX为母核结构进行衍生还是以DMEP为母核结构进行衍生,上述抗肿瘤活性在5种抗肿瘤细胞中均呈现一致的规律,说明所合成8个含氯鬼臼毒素类衍生物发挥抗肿瘤活性作用没有细胞选择性。由此可以初步得出鬼臼毒素类衍生物发挥抗肿瘤活性的结构特征是：4’-位去甲基、吡啶环上3位进行氯取代。前期活性筛选实验结果表明,在所筛选的五株肿瘤细胞中,鬼臼毒素类衍生物3g和3h对HeLa细胞具有更强的细胞增殖抑制活性,表现出更好的抗肿瘤作用。在第三部分研究中,利用流式细胞术以及Western blot等技术和方法来进一步探索衍生物3g和3h的抗肿瘤活性。初步得出鬼臼毒素类衍生物3g和3h对HeLa细胞增殖抑制的作用机制：二者均可以引起HeLa细胞周期阻滞在G2/M期,并诱导细胞发生凋亡,这可能与P53蛋白的表达水平上调,从而激活Bcl-2介导的线粒体凋亡通路有关。且其效应具有良好的剂量依赖关系。在第四部分研究中,利用免疫荧光以及kDNA去连环实验来深入评价两种衍生物(3g和3h)对各自相关靶蛋白(微管蛋白和TOPO Ⅱ)的抑制作用。结果表明,鬼臼毒素类衍生物3g具有比秋水仙碱更强的抑制微管蛋白聚合的能力,而鬼臼毒素类衍生物3h具有比VP-16更强的抑制DNA-TOPO Ⅱ催化活性的能力。二者对各自靶蛋白的抑制作用均呈现一定的剂量依赖性,即随着给药浓度的逐渐增加,则抑制能力越来越强。本研究合成了12个含氮杂环鬼臼毒素类衍生物,同时考察了其抗肿瘤特性,并对其构效关系进行了探讨,最后对两种衍生物(3g和3h)的抗肿瘤机制进行了深一步的研究。为将来鬼臼毒素类衍生物有效的结构修饰以及抗肿瘤机制提供了详实的实验依据,同时为临床上高效低毒,且具有较好靶向作用的鬼臼毒素类药物的研究提供了科学的理论基础。