基本信息
- 项目名称：
- 甘草次酸、齐墩果酸及其衍生物的抗肿瘤活性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 通过化学合成的方法，设计合成了一系列甘草次酸衍生物和齐墩果酸衍生物，其中13种化合物为首次合成。抗肿瘤活性筛选试验采用MTT法。采用Hochest33258染色，AO/EB 双染色，DNA ladder试验检测，观察到化合物AEGA作用K562细胞后呈现明显的凋亡特征，Caspase-3酶活力明显增强，提示caspase信号通路参与了AEGA诱导K562细胞凋亡的发生。
- 详细介绍：
- 以活性天然产物为先导化合物，对其结构修饰改造以获得高效、低毒的药物，是当前新药开发的重要途径之一。甘草次酸、齐墩果酸是两种具有抗肿瘤活性的天然五环三萜类化合物，是具有较好开发前景的抗肿瘤先导化合物。我们通过化学合成的方法，在保留原有结构中主要官能团和部分环不变的情况下，分别对A环进行结构改造修饰，设计合成了一系列立体专一的手性结构的甘草次酸衍生物和齐墩果酸衍生物，其中化合物5、化合物7、化合物8、化合物9、化合物16、化合物17、化合物19、化合物22、化合物26、化合物35、化合物36、化合物37、化合物38为首次合成。化合物17的合成反应只需2步，经过1次层析纯化，即得目的产物, 产率68%，经HPLC法测定纯度达90%以上。 抗肿瘤活性筛选试验采用MTT法，选取人白血病细胞K562和HL60、肝癌细胞BEL-7404、乳腺癌细胞MDA-MB-231四种肿瘤细胞系。测试结果发现，化合物17、化合物25、化合物34、化合物38、化合物39的抗肿瘤活性显著高于母核化合物。化合物17 （3-acetyl-2-ene-glycyrrhetinic acid，AEGA）对K562、HL60、BEL-7404和MDA-MB-231的生长抑制作用的IC50分别为47.39μM、42.02μM、53.43μM、57.54μM。 采用Hochest33258染色，AO/EB 双染色，DNA ladder试验检测，观察到化合物AEGA作用K562细胞后呈现明显的凋亡特征。比色法测定Caspase-3酶活力，化合物AEGA作用K562细胞后，Caspase-3酶活力明显增强，呈现剂量依赖性。Caspase-3是caspase cascade下游最重要的凋亡执行蛋白酶，Caspase-3的活化提示caspase信号通路参与了AEGA诱导K562细胞凋亡的发生。 项目研究成果为新型抗肿瘤药物的开发提供了物质基础，为甘草次酸与齐墩果酸的进一步结构改造提供实验依据。抗肿瘤药物的研究与开发是制药企业关注与重点投资的领域之一。我们已经对化合物AEGA的化学合成方法和抗肿瘤活性申请国家专利，由于AEGA的合成方法简单，反应得率高，易于工业化生产，可以通过与企业合作进一步开发研制新型的治疗白血病药物。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的和基本思路： 研发高效抗肿瘤药物、攻克癌症难关是当前生物医学界面临的一项严峻课题。18β-甘草次酸、齐墩果酸是具有抗肿瘤活性的天然五环三萜类化合物。我们通过化学合成的方法，设计合成一系列甘草次酸衍生物和齐墩果酸衍生物，采用MTT法对其体外抗肿瘤活性进行测定，期望发现抗肿瘤活性较强的先导化合物，并利用细胞生物学技术方法初步阐明其抗肿瘤作用的分子机制。 创新点： （1）合成了一系列立体专一的手性结构的甘草次酸衍生物和齐墩果酸衍生物，其中13种化合物为首次合成。 （2）发现化合物17（AEGA）、化合物38的抗肿瘤活性显著高于母核化合物。 （3）初步阐明了化合物AEGA抑制人白血病细胞K562增殖的作用机制。 技术关键和主要技术指标： 化合物AEGA的合成方法：甘草次酸溶于四氢呋喃，冰浴上滴加琼斯试剂。溶液搅拌后加入水。过滤烘干后得3-氧-甘草次酸。将3-氧-甘草次酸和对甲苯磺酸溶于异丙烯基乙酯中，回流5h. 反应液用二氯甲烷溶解，有机相分别用水，饱和食盐水洗涤，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩. 粗品进行柱层析分离 (石油醚: 乙酸乙酯= 2:1)，即得化合物AEGA，产率68%. 采用Hochest33258染色，AO/EB 双染色，DNA ladder试验检测，观察到化合物AEGA作用K562细胞后呈现明显的凋亡特征，而且Caspase-3酶活力明显增强，呈现剂量依赖性。
科学性、先进性
- 化合物AEGA和APOA的化学修饰方法简便，原料易得，成本低廉，合成步骤简单易行，便于工业化生产。化学反应只需2步，经过1次层析纯化，即可获得目的产物340mg, 产率68%，纯度达90%以上（HPLC法测定）。 化合物AEGA和APOA的抗肿瘤活性显著高于母核化合物，化合物AEGA对人白血病细胞K562和HL60、肝癌细胞BEL-7404、乳腺癌细胞MDA-MB-231的半数抑制浓度IC50分别为47.39μM、42.02μM、53.43μM、57.54μM，化合物APOA对K562、HL60、BEL-7404、MDA-MB-231的半数抑制浓度IC50分别为42.56μM、39.3μM、35.0μM、44.82μM。DNA ladder试验证实化合物AEGA通过诱导凋亡的途径抑制人白血病细胞K562增殖。
获奖情况及鉴定结果
- 在 “挑战杯”大学生课外学术作品竞赛校决赛中获二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 化合物AEGA的母核化合物来源于天然产物，具有多种生物活性且低毒性，原料易得，化学修饰方法简便，合成产物纯度高，反应条件温和，便于工业化生产。通过本课题的研究，发现化合物AEGA和化合物APOA的抗肿瘤活性显著高于母核化合物。课题研究证实化合物AEGA通过诱导凋亡作用抑制人白血病细胞K562的增殖。课题研究成果为新型抗肿瘤药物的开发提供物质基础，为甘草次酸与齐墩果酸的进一步结构改造提供实验依据。抗肿瘤药物的研究与开发是制药企业关注与重点投资的领域之一，蕴藏着广阔的市场开发潜力。
同类课题研究水平概述
- 对天然产物中的活性成分进行结构修饰改造，是新药研发的重要途径之一。甘草次酸与齐墩果酸是天然齐墩果烷型五环三萜类化合物的代表，对肝癌、肺癌、胃癌、结肠癌、宫颈癌及白血病等具有广泛的抑制作用，是抗肿瘤药物研发的天然先导化合物。近年来，国内外通过化学修饰，合成了一系列结构新颖、活性显著的甘草次酸衍生物和齐墩果酸衍生物。 目前，国内外对18β-甘草次酸的结构改造，修饰位点主要集中在C3羟基、C11羰基和C29羧基等官能团。Liu等研究发现，使用羰基和肟基取代甘草次酸的C3位羟基不能提高抗肿瘤活性，在C3位上连接烷氧亚胺基，能显著提高抗肿瘤活性和诱导肿瘤细胞凋亡能力，在C3位上连接烷氧亚胺基，同时酯化C29位上的羧基获得的衍生物具有最强的抗肿瘤活性，但诱导凋亡能力较弱。Stefan等报道在对18β-甘草次酸的C29羧基酯化的同时在C3羟基连接氨基酸，可以显著提高抗肿瘤活性，并对卵巢癌细胞A2780具有诱导凋亡作用.Csuk等合成了一系列胺烷基甘草次酸衍生物，发现在C3位包含氨己基侧链的甘草次酸衍生物具有较强的抗肿瘤活性。Nishino等报道18β-齐墩果烷-12-烯-3β,23,28-三醇具有比甘草次酸更强的抑制由病毒引起的肿瘤生长的作用。Yan等合成了一系列A环含氮杂环的甘草次酸衍生物可抑制人白血病细胞株HL-60的生长。 Finlay等报道齐墩果酸A环开环后连接羧基或氨基可以显著提高抗前列腺癌NRP-152细胞活性。闫茂才等报道，对齐墩果酸的羧基进行结构改造，合成了28-酰胺、28-糖苷、4-糖苷等齐墩果酸衍生物，它们大多具有不同程度的抗肿瘤作用，28-酰胺类化合物的活性较高。刘明生等合成了一系列的齐墩果酸多元酸单酯钠盐，其水溶性和抗肿瘤活性都有显著提高。Li等报道苯磺酰基取代的呋咱氮氧化物或苯基取代的呋咱氮氧化物通过连接基团与C3位或C28位结合，生成的氧化呋咱齐墩果酸杂合体，可通过释放一氧化氮发挥抗肝癌作用，部分化合物有较强抗肝癌活性。王丹丹等报道，3-氧代齐墩果酸对肺癌LTEP-α-2细胞具有较强抑制作用。 甘草次酸、齐墩果酸及其衍生物抑制肿瘤细胞生长的主要方式是诱导细胞凋亡。Satomi等研究发现，经过甘草次酸处理后，HepG2细胞caspase 8被激活，同时细胞内Bcl-2和bcl-xl的表达下降。
