本文是一篇医药学论文，本论文的主要工作是基于bola型1,2,4-三氮唑核苷类似物的结构特点及潜在的生物活性，并结合氨基酸修饰的诸多优势，如改善化合物理化性质，提高药理活性等，设计并合成了一系列新型的bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物，并通过核磁氢谱、碳谱以及质谱对其进行了结构表征。
1 绪论
1.1 1,2,4-三氮唑核苷类似物的研究进展
1.1.1 核苷及核苷类药物
核苷是由含氮碱基与糖基组成，它是生物体内具有遗传信息的生物分子核苷酸和核酸的基本组成单位[1]。天然核苷可以根据糖基的不同，分为核糖核苷和脱氧核糖核苷；同时根据碱基的不同，分为嘧啶类和嘌呤类核苷，结构如图1.1所示。天然核苷在生物体内进行磷酸化形成核苷酸，并参与多种细胞过程，如核酸（DNA和RNA）的合成、细胞信号传递、酶的调节和代谢等[2]。
核苷类似物是一种模拟天然核苷的合成化合物，因在结构上与天然核苷相似，因此可以通过模拟天然核苷进入体内进而抑制核酸合成和/或干扰涉及核苷或核苷酸的生物过程，从而表现出多种抗代谢活性来发挥药理作用[3]。目前，人们主要通过在核苷的碱基、糖基以及糖苷键上进行修饰得到结构多样的核苷类似物，已有多个核苷类药物被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration, FDA）批准作为临床用药，同时也有数个正在进行临床研究中，特别是在抗肿瘤，抗病毒以及抗菌方面，核苷类药物一直发挥着重要作用[3-5]。因此，以下我们将主要介绍具有抗癌、抗病毒和抗菌活性的核苷药物。
1.2 Bola型两亲性分子
1.2.1 Bola型两亲性分子的概述
两亲性分子（Amphiphiles）是指同时具有亲水和亲脂两种性质的化合物，它的结构中至少含有一个极性亲水头基和非极性疏水部分[76]。当两亲分子结构中有两个极性头基且中间由疏水部分连接[77]，这种类型的分子被称为bola型两亲性分子（bolaamphiphiles），如图1.23所示。最著名的bola型两亲性分子是从自然界古细菌膜提取得到的四醚脂质类化合物（图1.24）[78]。研究发现正是这样独特的膜结构可以使古细菌存活在极端的环境中（如高盐、高温或缺氧），表现出强大的环境耐受性[79]。
因此，针对这种bola型两亲性分子的结构特点和性质，人们发展出了多种bola型两亲性分子，根据其极性头基的形式，可以分为对称型和不对称，当两个极性头基结构一样（X=Y）时为对称型，不一样（X≠Y）时为不对称型。还可以根据极性头基是否带电荷，分为离子型（阴离子和阳离子）和非离子型bola型两亲分子。
Bola型两亲分子具有中间疏水、两端亲水的结构特点，因此在水中可以自组装形成自组装体，常见的有胶束、纳米管、纤维、囊泡和球体等自组装结构[78]。对于形成不同自组装体结构的机制研究，可以通过堆积理论和分子间的相互作用进行解释。例如，bola型两亲性分子形成胶束可以从堆积参数P值和分子间氢键作用和疏水作用这两方面说明。
2 选题思想及意义
2.1 课题研究背景
自第一个人工合成具有抗病毒活性的1,2,4-三氮唑核苷类似物利巴韦林被报道以来，它的广泛药理活性和多种作用机制受到研究人员的广泛关注，从而发展出多个1,2,4-三氮唑核苷类似物，并被普遍应用于开发新的抗病毒、抗癌药物的研究中。Bola型两亲性分子因具有独特的结构性质，目前被广泛应用于传统表面活性剂、生物医药和电子工业等领域。尤其在生物医药领域，bola型两亲性分子结构形式多样且具有稳定性以及可以自组装形成形貌不一样的自组装体，从而在药物自递送和生物材料等方面极具应用潜力。本课题组近年来一直致力于发展结构多样的bola型1,2,4三氮唑核苷类似物，并在探讨其理化性质以及药理活性和作用机制方面奠定了良好的研究基础。
氨基酸是一类结构形式多样的化合物，也是蛋白质的基本结构单元，具有较好的生物相容性和较低的毒性。因此，很多研究人员将多种氨基酸引入到药物分子的结构中，发展出了药物-氨基酸缀合物，并通过研究证实氨基酸不仅可以扩大药物分子结构的多样性，而且药物分子经适当的氨基酸修饰，还能改善药物的理化性质、增强代谢稳定性、提高药理活性以及降低毒副作用等，进而能够发展出更具药用潜力的生物活性分子。
癌症是严重影响全球人类健康的主要疾病之一。据国际癌症研究机构的最新统计表明，全球癌症患者预计将在2040年内新增2840万例，将比2020年增长47%，因此发展有效的抗癌手段对于癌症的防治至关重要[6]。目前化疗是最常见治疗癌症的方法之一。作为开发抗癌药物的重要来源之一，目前已经有数个核苷类药物在临床上被用于治疗癌症，但是随着这些药物的长期使用，同时也出现了毒副作用和耐药性等药物不良反应。因此，寻找新的具有抗癌活性的核苷类似物仍是药物发现领域的研究热点。
2.2 分子设计思想
核苷类似物是一类重要的抗癌药物，目前已有多个核苷类似物已被成功开发并应用于临床上治疗癌症，但这些药物的长期使用也带来不可忽视的药物毒副作用和耐药性等问题。结合以上研究背景，我们基于bola型1,2,4-三氮唑核苷类似物的生物活性和独特的结构性质，同时结合氨基酸在药物分子修饰中的优势，设计了一系列新型bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物，以期得到高效低毒的核苷类似物，为发展新的抗癌药物奠定基础。
基于文献报道和本课题组在发展核苷类似物方面的工作基础[42, 46, 75, 128, 129]，我们选择了两类具有潜在生物活性的bola型1,2,4-三氮唑核苷类似物，它们是以1,2,4-三氮唑开环核苷为极性头基，同时分别通过1,2,3-三氮唑、炔基来连接极性头基与疏水长链的化合物，我们将在这两类bola型核苷类似物的开环糖基上引入氨基酸对其进行结构修饰。此外，我们还在这两类bola型化合物的疏水长链中间引入了响应肿瘤细胞内的还原物质谷胱甘肽(GSH)的二硫键以及响应肿瘤微环境刺激因子活性氧（ROS）的缩硫醛键，目的是能够响应肿瘤微环境定点释放活性分子。
3 Bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物的合成 ........................ 31
3.1 Bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物I的合成 ............................... 31
3.2 Bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物II的合成 ............................. 33
4 Bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物的抗肿瘤活性研究 ................. 75
4.1 抗肿瘤细胞增殖活性研究 .................................... 75
4.2 构效关系分析 .................................... 78
5 总结与展望 .................... 87
5.1 工作总结 .............................. 87
5.2 工作展望 ............................... 87
4 Bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物的抗肿瘤活性研究
4.1 抗肿瘤细胞增殖活性研究
核苷类似物是一类重要的抗癌药物，因此我们对所合成的bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物在不同的人癌细胞系上进行了抗肿瘤细胞增殖活性测试。测试的细胞有肝癌细胞（HepG2），胰腺癌细胞（Panc-1与MiaPaCa-2），宫颈癌细胞（HeLa）和前列腺癌细胞（PC-3）等。我们采用四甲基偶氮唑蓝比色法（MTT）测试了目标化合物I和II以及对照化合物III的半数抑制浓度IC50，以及中间体I-a，II-a，III-1-1和III-2-1的IC50来评价它们的抗肿瘤细胞增殖效果，并将未经修饰氨基酸的母体化合物D-1，D-2以及临床用药利巴韦林、吉西他滨和5-氟尿嘧啶作为对照，其中利巴韦林可以改善预后不良的急性髓系白血病（AML）患者的临床症状。得到以下测试结果（表4.1-4.2）。
5 总结与展望
5.1 工作总结
本论文的主要工作是基于bola型1,2,4-三氮唑核苷类似物的结构特点及潜在的生物活性，并结合氨基酸修饰的诸多优势，如改善化合物理化性质，提高药理活性等，设计并合成了一系列新型的bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物，并通过核磁氢谱、碳谱以及质谱对其进行了结构表征。进一步的研究结果表明这些化合物在多种癌细胞上都显示出良好的抗肿瘤细胞增殖活性，同时作用机制研究证实这类化合物可以通过诱导细胞凋亡产生抗肿瘤效果。因此，bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物有望成为一类极具潜力的抗肿瘤先导化合物。本论文取得的主要成果如下：
①我们通过氨基酸修饰bola型1,2,4-三氮唑核苷类似物合成得到了一系列bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物，并对它们进行了结构表征及水溶性测定，在拓展1,2,4-三氮唑核苷类似物结构多样性的同时，也证实在核苷类似物中进行氨基酸修饰是提高化合物水溶性的有效策略。
②我们测试了所合成的bola型1,2,4-三氮唑核苷-氨基酸缀合物在不同的癌细胞系上的抗肿瘤细胞增殖活性，筛选出多个具有抗肿瘤活性的先导化合物，并通过构效分析表明经中性脂肪族氨基酸（丙氨酸、缬氨酸和甘氨酸）和芳香族色氨酸修饰能够显著提高bola型核苷类似物的抗肿瘤细胞增殖活性。
③抗肿瘤作用机制实验表明所筛选出来的先导化合物能够显著增强PARP剪切体的表达以及下调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达来诱导细胞凋亡，并且将细胞周期阻滞在G2/M期，由此说
