丹参素与半胱氨酸结合体以及膦酸酯类似物的设计、合成及生物活性研究

论文摘要

丹参素（Danshensu,化学名：（R）-（+）-3-（3,4-二羟基苯基）-2-羟基丙酸,1）,是中药丹参中的主要水溶性有效成份,已初步应用于临床治疗冠心病。已有大量药理研究[5]表明,丹参素能缩小心肌梗死范围并减轻病程,而且能够保护心肌缺血缺氧再灌注损伤,扩张心脑血管,清除氧自由基,抑制内源性胆固醇的合成,还具有抗脂蛋白氧化的作用、从而防止氧化蛋白对细胞的损伤,可增加心血管系统的冠脉流量,降低心肌兴奋性和传导性,同时还有改善微循环,加速血液流速,抵抗血小板凝聚和血栓形成、提高机体抗凝和纤溶活性的作用,可使收缩的冠状动脉扩张、用于拮抗吗啡镇痛时冠脉的收缩等多种心血管保护药理活性。目前丹参素的来源主要是从中药丹参中提取,但丹参资源有限,中药提取工艺复杂,且丹参素儿茶酚结构极不稳定,易被氧化,提取效率低,这些都极大地限制了丹参素的应用。因此,对丹参素开展进一步的化学修饰和结构改造研究,在提高其稳定性的同时,增强其药理活性,进而揭示其结构与活性之间的关系,对寻求活性更好的化合物以及研究这类化合物的分子药理作用机制具有重要的学术意义。Danshensu（1）本课题组前期工作[27]通过不对称催化方法合成了一系列右旋丹参素衍生物（32）及其相应外消旋产物（33）,初步药理活性研究表明这些丹参素衍生物能够阻断氧化应激和细胞凋亡通路、具有显著的心血管保护活性；化合物34的体内活性表明,它可以明显减小心肌梗死面积、促进心功能恢复、具有显著的心血管保护活性。这些酯键或醚键保护的丹参素衍生物不易氧化,脂溶性高,毒性小（国家新药安评中心研究表明该化合物的半数致死量小于5g/kg）,并且均易水解释放出有效成分丹参素。上述结果促使我们进一步开展对丹参素的化学修饰和结构-活性研究工作。近年来已证实H2S具有多种重要的生理功能,在调节血管舒张功能及血管重建中均居于重要地位[28],被认为是继NO和CO之后发现的又一种新型神经调节因子和信号传递因子。它在心血管方面的作用主要包括：可以使血管平滑肌舒张和抑制血管平滑肌细胞增殖、预防暂时性高血压的产生；内源性H2S还具有通过增加抗氧化酶系统的活性和直接去除部分自由基来改善缺血再灌注损伤的作用[28]。L-半胱氨酸为人体内源性的氨基酸,无毒、稳定并可通过体内Υ-胱硫醚分解酶和β-胱硫醚合成酶代谢释放H2S,可使HMG-CoA还原酶失活而产生抑制胆固醇合成的活性[34]。根据互联体前药原理,本论文设计合成了丹参素类化合物与L-半胱氨酸衍生物的结合体,期望既将不稳定的结构因素保护起来、提高脂溶性,又能分别释放药物活性成分、通过协同作用增强活性。此外,α-取代膦酸酯类化合物具有酶抑制作用、抗菌活性和抗HIV等广泛的生物活性[40]。根据生物电子等排原理,本论文还设计并合成了用膦酸酯基替换丹参素结构中的羧基,通过不对称催化反应获得丹参素膦酸酯类似物,并进行了抗心肌缺血活性研究,以进一步考察丹参素结构中的药效团。本论文分别由3,4-二羟基苯甲醛和胡椒醛出发,经过多步反应成功获得了丹参素类衍生物与L-半胱氨酸的酰胺化、硫酯化以及酯化结合体；出3,4-二羟基苯乙酸出发,获得了手性丹参素膦酸酯类似物；共27个目标化合物（如下所示）,可供生物活性测试。全文共合成化合物66个,其中43个是未见文献报道的新化合物,均经波谱测定确证结构。初步药理活性结果显示,多个化合物均能显著提高人脐静脉内皮细胞（HUVEC）缺氧损伤后的存活率,对缺氧损伤细胞具有较好的保护作用。通过比较,可以初步总结以下构效关系：（1）酰胺目标化合物62、107、117均能减轻细胞氧化应激损伤,具有明显的细胞保护活性,且62和117呈现明显的剂量依赖性。同组实验中,（R,R）-立体异构体62的活性明显优于非对映异构体混合物107,说明手性碳构型对活性具有显著的影响,并且与天然丹参素和半胱氨酸构型一致的（R,R）-构型对活性有利。（2）硫酯目标化合物127、128和132均具有减轻细胞氧化应激损伤的作用,具有明显的细胞保护活性。而硫酯类似物130不显示细胞保护活性,说明α-位乙酰氧基对活性至关重要。（3）噻唑啉类化合物129和131显示能减轻细胞氧化应激损伤,具有明显的细胞保护作用,且化合物129对细胞保护呈现明显的剂量依赖性。（4）瞵酸酯类目标化合物无活性,说明丹参素中羧基是活性必需基团。部分化合物采用荧光素染料Hoechst染色法及Annexin-V与PI双染法抗细胞凋亡实验表明,化合物73、106、107和108均具有明显的抗细胞凋亡活性。目前进一步的活性测定、包括与天然丹参素进行比较的活性测定正在进行中,以全面探索药物构效关系,研究药物作用机制,对该类化合物的进一步设计和结构改造起到指导意义。在S-[2-（叔丁氧羰基氨基）-3-甲氧羰乙基]-3-取代苯基丙酸硫酯类化合物（118-121）脱Boc保护基的反应中,通过对三氟乙酸用量、反应温度以及反应时间等条件的优化,能够以较高收率分别得到脱保护基产物和2-取代噻唑啉类化合物（收率85%-91%和86%-89%）。对该反应条件的优化研究,操作实行“一锅法”,为2-取代噻哗啉类化合物的合成提供了一种简便有效的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 课题背景和课题设计
• 第一节 课题背景
• 第二节 课题设计
• 第三节 目标化合物的合成分析
• 第二章 丹参素与半胱氨酸结合体以及膦酸酯类似物的合成研究
• 第一节 L-半胱氨酸的保护
• 第二节 月参素与半胱氨酸结合体的合成研究
• 第三节 丹参素膦酸酯类似物的合成研究
• 第四节 本章小结
• 第三章 实验部分
• 第一节 实验通则
• 第二节 L-半胱氨酸衍生物的合成
• 第三节 丹参素类衍生物的合成
• 第四节 丹参素与半胱氨酸结合体的合成
• 第五节 丹参素膦酸酯类似物的合成
• 第四章 生物活性研究
• 第一节 抗细胞缺血活性筛选初步结果
• 第二节 构效关系讨论
• 第五章 全文总结和新化合物一览表
• 第一节 全文总结
• 第二节 新化合物结构及数据一览表
• 参考文献
• 致谢
• 附录 图谱