癌症一直都是医学领域棘手的问题。尽管科学家们在生物学和医学方面已经取得了巨大的进步,癌症的发病率仍然在逐年增加,开发新型高效的抗癌药物是亟待解决的课题。生物的遗传物质储存在脱氧核糖核酸的核苷酸序列当中,许多抗肿瘤药物都是以生物体内的DNA作为靶标分子,通过破坏癌细胞结构,影响基因调控和表达,表现出抗癌活性,因而对DNA具有强亲和力的分子也可以成为优异的化学治疗剂。探究化合物与DNA之间的相互作用有助于理解遗传相关疾病、抗肿瘤和抗病毒药物的作用机制,有助于新型高效DNA靶向药物的设计。卟啉类化合物作为光动力抗肿瘤药物是生物无机化学较为活跃的领域之一,与卟啉大环共轭结构相似的咔咯化合物在这些领域的研究是当今卟啉化学的热门课题。本论文设计合成meso位上含有两个乙羟基和一个苯羟基的咔咯化合物,并制备了其镓和锰金属配合物,研究了它们与DNA的相互作用及抗肿瘤活性。主要研究内容如下:(1)合成了三个新咔咯化合物,10-(4-羟基苯基)-5,15-二(4-(2-羟乙基)氨基-2,3,5,6-四氟苯基)咔咯1及其镓(Ⅲ)配合物1-Ga和锰(Ⅲ)配合物1-Mn。用紫外-可见吸收光谱、高分辨质谱、元素分析、核磁共振波谱对化合物进行了表征。(2)采用光谱学方法(紫外-可见光谱滴定、荧光竞争实验、圆二色光谱滴定)、流体力学方法(粘度测定)、分子对接技术研究咔咯1和1-Ga与DNA间的相互作用。结果表明,1-Ga和1均以外部结合模式与DNA相互作用,与自由咔咯1相比,咔咯镓配合物表现出更高的DNA结合亲和力。分子对接进一步表明咔咯化合物在DNA的大沟区域存在范德华力及氢键。(3)采用电泳法研究了1和1-Ga的光核酸酶活性,发现它们均能在光照后有效地断裂切割DNA,初步判断1在光照条件下断裂DNA的主要活性氧物种(ROS)是单线态氧,1-Ga光断裂DNA可能涉及单线态氧和羟基自由基。(4)采用3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)法探究了1和1-Ga对乳腺癌、肝癌和肺癌三种肿瘤细胞的体外细胞毒性,发现它们均具有强的细胞光毒性。咔咯化合物主要通过ROS介导的线粒体途径诱导HepG2细胞凋亡,1和1-Ga分别可以诱导S期和G2/M期细胞周期阻滞。(5)采用光谱学方法和流体力学方法研究咔咯1-Mn与DNA的结合模式,结果表明1-Mn与DNA通过外部结合模式相互作用。琼脂糖凝胶电泳实验表明1-Mn能在抗坏血酸的存在下有效地断裂DNA,其断裂机理可能涉及羟基自由基。