嘌呤霉素(Puro)是一种模拟氨酰t RNA功能的蛋白质合成抑制剂,在细胞筛选、新生蛋白质的检测和选择性标记、翻译核糖体的亚细胞定位等方面具有广泛的应用。然而,嘌呤霉素的非选择性细胞毒性限制了其成为治疗试剂的发展。刺激响应性前药可以利用内源性/外源性刺激在肿瘤细胞中选择性地释放出抗肿瘤药物,不获悉更多仅可以显著提高肿瘤治疗效果还能降低药物对正常组织的毒副作用。因此,将嘌呤霉素设计成内源性/外源性刺激激活的前药将会推动嘌呤霉素作为抗癌药物的发展。二硫键和二硒键是内源性或外源性刺激常用的反应位点,其中线性二硫键已被应用到各种硫醇激活的诊疗前药中,而环状二硫键对硫氧还蛋白还原酶(Trx R)具有独特的选择性。此外,二硒键比二硫键具有更高的反应活性,许多刺激响应性药物递送系统都是利用线性二硒键的氧化还原特性设计的。本论文通过二硫/二硒结构单元保护嘌呤霉素的氨基,设计合成了一系列内源性/外源性刺激激活的嘌呤霉素前药,并通过点击反应合成了一系列嘌呤霉素衍生物,随后研究了嘌呤霉素前药和嘌呤霉素衍生物的作用机制和抗肿瘤效果。具体内容如下:第一章:绪论部分。首先,我们概述了嘌呤霉素及其衍生物作为工具分子在化学生物学中的应用。然后,我们对二硫/二硒结构在前药设计和药物递送系统中的应用进行了归纳和总结。最后,我们简要综述了基于肿瘤微环境的内源性刺激激活前药和基于生物正交剪切反应以及光控释放反应的外源性刺激激活前药的研究进展。第二章:Trx R是一种肿瘤细胞中过表达的含硒蛋白,在维持细胞氧化还原平衡中扮演着重要角色,设计TrLiproxstatin-1体内x R特异性激活的前药将会推动以Trx R作为内源性刺激的抗癌前药的发展。我们通过环状二硫结构单元和线性二硫结构单元保护嘌呤霉素的氨基,设计了内源性刺激激活的嘌呤霉素前药S1-Puro和S2-Puro。其中含线性二硫结构的S2-Puro可以被内源性的小分子巯基和蛋白巯基激活,而含环状二硫结构的S1-Puro可以特异性地被内源性的Trx R激活。S1-Puro在Trx R过表达的肿瘤细胞中具有更高的细胞毒性,为嘌呤霉素成为靶向Trx R的抗癌药物提供了新的设计思路。第三章:外源性刺激激活的前药可以实现药物的时空控制释放,降低药物的脱靶现象,提高抗肿瘤效果。我们通过环状二硒结构单元和线性二硒结构单元保护嘌呤霉素的氨基,设计了外源性刺激激活的嘌呤霉素前药Se1-Puro和内源性刺激激活的嘌呤霉素前药Se2-Puro。其中含线性二硒结构的Se2-Puro可以被内源性的小分子巯基和蛋白巯基激活,而含环状二硒结构的Se1-Puro不能被内源性的生物巯基激活却可以被外源性的二硫苏糖醇(DTT)激活。Se1-Puro的这种独特响应机制为五元环状二硒结构作为外源性刺激反应位点提供了新的设计策略。第四章:诊疗前药是一种结合化疗和组织成像的新型前药设计策略,可通过检测报告分子来监测药物的释放和分布,在癌症的精准治疗中有很大的应用潜力。我们通过氨基甲酸酯键将嘌呤霉素和不同发射波长的荧光团共价连Antidiabetic medications接到线性二硫结构单元的两侧,合成了三种谷胱甘肽(GSH)激活的诊疗前药AFC-SS-Puro,ANA-SS-Puro以及ADM-SS-Puro。三种前药都能在细胞中被GSH激活并释放出荧光,可以监测嘌呤霉素的释放和分布。第五章:嘌呤霉素的非选择性细胞毒性是限制其成为治疗药物的关键所在。我们通过点击反应对3′-叠氮-3′-脱氧-N,N-二甲基腺苷(嘌呤霉素叠氮核苷)进行衍生化,合成了一系列含有1,2,3-三氮唑的嘌呤霉素衍生物,并选用四种不同的肿瘤细胞对这些化合物进行了初步的毒活测试。所有的嘌呤霉素衍生物在低浓度(5μM)下几乎没有细胞毒性,说明嘌呤霉素的氨基酸部分是其发挥抑制蛋白质合成功能的关键所在。第六章:对本论文工作进行了总结,并对以嘌呤霉素作为抗肿瘤药物设计内源性/外源性刺激激活的前药进行了展望。