结构稳定的单羰基姜黄素类似物的设计、合成、药理筛选和药理机制研究

论文摘要

姜黄素是传统中药姜黄中的主要活性化合物,具有抗肿瘤、抗炎和心血管保护等多种药理作用。但是,目前临床前和临床研究发现姜黄素在体外不稳定,在体内的代谢速度极快、吸收少、生物利用度很低,其主要原因是由于姜黄素结构中β-二酮基团在体外和体内很容易被催化分解。据此,我们设计了一类去除掉不稳定β-二酮基团的单羰基姜黄素类似物,通过体外降解度实验和大鼠体内药代动力学实验证实了该类化合物拥有较好稳定性和体内药代学指标,说明该类化合物可以较好地提升姜黄素的药代学性能。在确定了稳定的单羰基类似物结构骨架的基础上,本文通过改变芳香环取代基、中间连接链类型和非苯芳香环取代等方法,设计和合成了87种姜黄素单羰基结构类似物,其中新化合物43种,通过1HNMR和ESI-MS表征确定了它们的结构,并培养出部分新化合物的晶体以研究结构的变化与生物活性差异之间的关系。因为先导物姜黄素具有多方面的药理活性,本文对所合成的化合物展开了抗菌（对7种细菌）、抗肿瘤（抑制7种人肿瘤细胞株）和抗炎（抑制LPS诱导的巨噬细胞中的TNF-α和IL-6释放）的药理活性筛选;根据筛选结果,本文对单羰基姜黄素类似物在这三种药理活性上的构效关系分别进行了分析和讨论,也为部分化合物的药理研究奠定了基础。在抗炎药理研究中,本文继续研究了姜黄素、A12、B54和A14等多种化合物抑制LPS诱导的TNF-α和IL-6释放的量效关系,并通过Western Blot和PR-PCR等方法研究了它们对多种炎症因子和炎性酶mRNA转录的抑制。另外,它们对COX-2蛋白和转录因子NF-kB mRNA的抑制也初步揭示了其抗炎分子机制及其在抗炎方面的药物开发前景。在体外抗肿瘤筛选中,本文观察到单羰基类似物可能存在与姜黄素不同的抗肿瘤分子机制。随后,本文发现化合物B19具有独特的通过内质网应激（ER stress）诱导人非小细胞肺癌H460细胞凋亡的作用机制,为发现避免耐药性的抗肿瘤候选药物提供了新的方向。因此,本文继续开展了B19诱导肿瘤细胞ER stress而引起细胞凋亡的分子机制,通过分子生物学方法对ER stress相关的CHOP、XBP-1、ATF-4等蛋白及其mRNA进行了检测,初步揭示了B19诱导细胞凋亡的新的分子机制。本文对单羰基姜黄素类似物进行了从药物设计和药代动力学优化验证,到药理筛选和构效关系分析再到药理学分子机制的系列研究,为该类化合物的药学发展奠定了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 姜黄素植物化学、药物化学与药理学研究进展
• 1.1 姜黄属植物的植物化学研究进展
• 1.1.1 提取与分离
• 1.1.2 植物化学成分
• 1.1.3 合成及结构改造
• 1.2 姜黄素类衍生物的合成、结构修饰和构效关系研究进展
• 1.2.1 姜黄素及其合成
• 1.2.2 在抗肿瘤作用中的结构改造和构效关系
• 1.2.3 在抗炎和抗氧化活性中的SAR研究
• 1.3 姜黄素植物化学与药物化学小结
• 1.4 姜黄素的临床实验和药理分子机制研究概况
• 1.4.1 姜黄素临床研究与实验
• 1.4.2 姜黄素药理作用的细胞和分子机制
• 1.5 本章小结
• 1.6 参考文献
• 第二章 单羰基姜黄素类似物的设计和合成研究
• 2.1 研究背景、依据和思路
• 2.1.1 姜黄素在体外和溶液中的不稳定性
• 2.1.2 姜黄素在体内的代谢缺陷
• 2.1.3 新的姜黄素体内降解机制
• 2.2 姜黄素单羰基结构类似物的设计
• 2.3 单羰基姜黄素类似物的合成
• 2.4 合成实验与波谱解析
• 2.4.1 仪器与试剂原料
• 2.4.2 合成实验
• 2.4.3 化合物结构与理化波谱数据
• 2.4.4 部分化合物的晶体结构解析
• 2.5 稳定性与药代动力学验证
• 2.5.1 体外化学稳定性
• 2.5.2 体内药代学性能
• 2.6 本章小结
• 2.7 参考文献
• 第三章 抗肿瘤活性和构效关系分析
• 3.1 研究背景和依据
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 中间连接链对活性的影响
• 3.3.2 抗肿瘤活性化合物结构分析
• 3.3.3 广谱抗肿瘤化合物与敏感细胞株
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 类似物B19的抗肿瘤分子机制研究
• 4.1 研究背景与依据
• 4.1.1 内质网应激（Endoplasmic Reticulum Stress）
• 4.1.2 ER stress与细胞死亡
• 4.1.3 活性化合物的选择
• 4.2 材料与实验方法
• 4.2.1 细胞培养
• 4.2.2 化合物处理与样品收集
• 4.2.3 总蛋白质收集与浓度检测
• 4.2.4 RNA收集和浓度检测
• 4.2.5 凝胶电泳（Western blot）
• 4.2.6 逆转录.定量PCR（RT-QPCR）
• 4.2.7 电镜
• 4.2.8 细胞计数（Viability）
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 B19和姜黄素诱导H460细胞死亡
• 4.3.2 B19对CHOP的影响
• 4.3.3 B19对ATF-4和XBP.1的影响
• 4.3.4 B19对c-Jun磷酸化的影响
• 4.3.5 B19对p53的影响
• 4.3.6 B19对GRP78的影响
• 4.3.8 B19对ERAD下游的caspase通道的影响
• 4.4 讨论
• 4.4.1 内质网应激前期信号的激活
• 4.4.2 内质网应激调亡信号的激活
• 4.5 本章小结
• 4.6 参考文献
• 第五章 单羰基姜黄素类似物抑制炎症因子释放的研究
• 5.1 研究背景和依据
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 细胞培养
• 5.2.2 化合物处理与样品收集
• 5.2.3 蛋白质收集与浓度检测
• 5.2.4 RNA收集和浓度检测
• 5.2.4 酶联免疫测定法（ELISA）
• 5.2.5 逆转录.定量PCR（RT-QPCR）
• 5.2.6 Western Blot
• 5.3 筛选结果与分析
• 5.3.1 LPS诱导时间的确定
• 5.3.2 单糖基姜黄素类似物的抗炎筛选与构效关系分析
• 5.4 活性化合物抗炎作用的量效关系
• 5.5 活性化合物对炎症相关mRNA合成的抑制和抗炎机制初步探讨
• 5.6 本章小结
• 5.7 参考文献
• 第六章 抗菌活性和结果分析
• 6.1 研究背景和依据
• 6.2 菌种和抗菌实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 6.5 参考文献
• 全文总结
• 附录一 部分化合物谱图及单晶结构衍射数据
• 附录二 药代动力学与体外稳定性实验HPLC谱图
• 附录三 Western Blot图汇总
• 博士期间发表的论文与专利、获得的项目和奖励
• 感言与致谢