- 课题背景
在人体和细胞中，活性氧(reactive oxygen species, ROS)是氧化呼吸的天然副产品，在先天免疫反应中起信号转导和清除病原体的作用。据报道，与非癌细胞相比，癌细胞的ROS水平升高。ROS通常在各种癌细胞中保持一个高但适当的水平，这主要是由于它们对致癌信号的活跃代谢。事实上，癌细胞利用这种适当水平的氧化应激进行一些重要的生物活动，如增殖、血管生成和转移。然而,持续高水平的ROS会不可逆地损害DNA和脂质，并最终导致癌细胞凋亡。氧化还原环境的改变已被认为是癌细胞的“阿喀琉斯之踵”，可用做癌症的治疗。因此，人们对调节细胞氧化还原信号作为多种癌症治疗的潜在策略越来越感兴趣。[1]
天然产物及其衍生物是治疗药物的宝贵来源，并在过去的一个世纪中推动了药物的发现。天然产物的多样性继续为药物开发提供生物活性先导化合物的独特来源。吩嗪吩嗪类化合物是由许多革兰氏阳性菌(如链霉菌)和革兰氏阴性菌(如假单胞菌)，或古细菌甲烷菌产生的一类具有氧化还原活性的次级代谢产物。它们在19世纪中期被发现，因为吩嗪是一种带有明显颜色的化合物。近来一些吩嗪天然产物被发现具有良好的抗肿瘤活性。[2]N-(2-羟基苯)吩嗪-2-胺（NHP），一个最近从北极放线菌中被分离得到的吩嗪天然产物，对肿瘤细胞HepG2和A549表现出中等细胞毒活性。
- 要解决的问题
- 验证合成目标吩嗪衍生物合成路线的可行性
- 探寻合成过程中最合适的反应条件，提高产品纯化的效率（包括产品与副产物难以分离，产率难以达到预期目标等问题）
- 构建多样化、结构新颖的吩嗪类类天然化合物库(探究各种具有,-不饱和羰基的吩嗪类化合物的活性及靶向性）
- 筛选具有显著抗肿瘤活性的吩嗪类类天然化合物
- 可行性分析
前期研究中设计了一系列新型吡喃[3,2-alpha;]吩嗪杂化分子，并进行了生物学评价。两步合成35种化合物，总收率为77-93%。其中多种化合物对HepG2癌细胞具有较好的抗增殖活性。更重要的是，化合物1i在体内和体外均表现出比阳性对照药物更强的效力。进一步体外对HepG2细胞的机制研究表明，化合物1i上调p53和p21的表达，抑制了cyclin B和CDK1的表达，并将HepG2细胞阻滞在G2/M期。与此同时，化合物1i处理后，Bax/Bcl-2比值显著升高，细胞色素C从线粒体释放到细胞质中，caspase-3和caspase-9表达水平均升高。综上所述，化合物1i可作为HepG2细胞的拓扑异构酶I和IIalpha;双重抑制剂、细胞周期阻滞剂和凋亡诱导剂。由于Topo I和II alpha;都是癌症化疗的重要靶点，我们的发现可能为设计和开发新的抗肿瘤药物提供合理和多样的选择。[3]
研究发现：（1）吩嗪片段作为天然产物骨架显著增强分子活性。 （2）迈克尔受体片段（Michael receptor, 紫色部分）靶向TrxR1的硒半胱氨酸(Sec)残基，导致细胞内活性氧(ROS)累积，破坏氧化还原平衡。
因此，把天然产物吩嗪活性片段和迈克尔受体片段通过不同的linker连接，优化分子结构，对增强分子与靶蛋白的结合力，提高分子抗肿瘤活性具有良好的前景。
- 研究方法和内容
基于苗头化合物1i，先采用(Boc)2O试剂对其中一个氨基进行保护（反应时通过控制滴加速度使得只有有一个氨基被保护）。
然后与2,4-二硝基苯磺酰氯反应使其与另一个氨基上的氢取代使吩嗪结构上加上一个荧光探针。（该探针可以选择性地响应Sec和其他硒醇，在中性水溶液(pH 7.4)中排放增加100倍以上，而生物硫醇、胺或醇几乎没有干扰。因此探针能够测定硒蛋白TrxR中的硒醇含量，而探针对突变酶U498C TrxR几乎没有反应，说明探针对Sec具有特异性识别能力。故将该探针加在吩嗪结构上可用于HepG2细胞的内源性Sec成像，揭示硒醇类化合物对细胞毒性的作用。此外，破译硒醇选择性识别的SAR值为进一步开发新型荧光探针以了解Sec和硒蛋白在体内的关键作用铺平了道路）。[4]
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