PI3K/Akt/m TOR信号通路是细胞信号传导通路中非常重要的一条通路,它对细胞的很多重要生理功能都有调控作用,比如细胞生长、增殖、分化、迁移、存活、血管生成、葡萄糖代谢以及细胞膜的波动等。PI3K信号的失调或者异常活跃与许多疾病的发生都有密切的关联。随着人们对PI3K结构功能研究的深入,PI3K在众多疾病中的作用也越来越清楚,PI3K已经成为非常有前景的药物靶点,特别是用于癌症的治疗。本论文的研究工作是以PI3K为靶点开发具有抗癌活性的新颖PI3K抑制剂。首先,本文介绍PI3K相关的文献背景;然后,通过总结文献中常见的PI3K抑制剂结构特点及其与PI3K激酶作用方式,分析了其关键的药效团,并以此设计了具有新颖的3-(4-哌啶基)-异噁唑[4,5-d]并嘧啶骨架的PI3K抑制剂。设计并打通了异噁唑并嘧啶骨架的合成路线,然后共合成了79个具有异噁唑并嘧啶骨架的化合物,并对部分化合物在四个细胞系中进行了体外抗癌活性筛选。还对细胞筛选发现的初级先导化合物的PI3Kδ激酶的抑制活性进行了筛选。在第一章中,我们介绍了PI3K相关的生物学背景,概述了PI3K信号通路的组成和信号的传导,重点介绍了PI3K激酶以及与其相关的一些生理活动;还介绍了PI3K抑制剂的研究进展以及PI3K抑制剂类药物的临床实验情况。第二章中详述了新颖的3-(4-哌啶基)-异噁唑[4,5-d]并嘧啶骨架的PI3K抑制剂的设计、合成及抗癌活性研究工作。通过分析文献中已报道的10类典型PI3K抑制剂的结构,提出了具有三取代的异噁唑[4,5-d]嘧啶骨架的药效结构假设。分析已报道的化合物与PI3K络合的晶体结构或者分子对接模型发现,两侧侧链与PI3K存在氢键作用,一侧侧链朝向溶剂区域。中心骨架无分子间作用力,只起到支撑分子的作用,两侧有氢键作用力的侧链是关键的药效团;因此,保留了两侧药效团,设计了新颖的异噁唑并嘧啶中心骨架。新颖的骨架能支撑取代基在适宜的位置并具有优良的药理学性质。通过对异噁唑并嘧啶中心骨架合成方法的检索和分析,设计了异噁唑并嘧啶骨架的合成路线,经过α-硝基酮合成方法、肟的合成条件、嘧啶环关环方法、氯代条件以及Suzuki偶联条件的优化和研究。最后,确定了以N-Boc-4-哌啶甲酸为起始原料,通过一锅法合成α-硝基酮,再由α-硝基酮成肟,肟与草酰氯单乙酯反应关异噁唑环,氨解,脱Boc,上苄基,还原,三光气关嘧啶环从而构建了异噁唑并嘧啶骨架;然后,通过三氯氧磷氯代、上吗啉及Suzuki偶联共10步反应构建了具有异噁唑并嘧啶骨架的关键中间体。进一步的结构修饰合成出了一系列有潜力的PI3K抑制剂。25个5-苯脲相关的衍生物被合成出,并分别在乳腺癌MCF-7细胞系、人脑星形胶质母细胞瘤U87-MG细胞系、前列腺癌PC-3细胞系和人乳腺导管瘤BT-474细胞系中进行了体外抗肿瘤活性进行了筛选,结果显示大部分化合物都表现出了良好的体外抗癌活性,很多化合物的活性都在纳摩尔水平。它们在PC-3细胞系中活性最好,大部分化合物活性都在500 n M以下,部分化合物活性在100~200 n M左右,其中活性最好化合物IC50=79 n M。根据初步构效关系,固定5-苯基甲脲,对骨架3位上的哌啶片段进行了N-烷基化和N-酰基化的衍生化修饰,共合成出了41个衍生物,并且也对它们在以上四个细胞系中的抗癌活性进行了筛选,结果显示哌啶衍生物的活性得到了进一步的提高。在PC-3细胞系中绝大部分化合物的活性在300 n M以下,其中活性在100 n M以下的化合物有四个。除此之外,进行了部分化合物对PI3Kδ激酶抑制活性的筛选,结果显示这些化合物抑制PI3Kδ激酶的活性都在纳摩尔水平;这些数据说明了化合物作用于PI3K激酶,良好的细胞活性极有可能是化合物抑制PI3K信号通路的结果。另外,本论文还合成了7个5-衍生物;优化了异噁唑嘧啶骨架的构建方法并应用新方法合成了3个5-(2-或3-甲脲基)苯衍生物。这部分化合物活性正在筛选中。第三章应用优化的新方法合成了3个3-异噁唑[4,5-d]并嘧啶类衍生物,探索在骨架3位增加疏水性并降低碱性对活性的影响。第四章主要是化合物的具体合成方法以及生物活性测试方法。综上,本论文通过分析文献报道的PI3K抑制剂的结构特点,设计合成了79个以异噁唑[4,5-d]并嘧啶为骨架的新颖PI3K抑制剂。这类新颖的化合物拓展了PI3K抑制剂的结构类型,并且展示了可能适合药物开发的优良药理学性质;通过在四个细胞系上的抗癌活性筛选发现它们大都具有良好的抗癌活性,其中活性低于100 n M的化合物有5个。尽管通过PI3Kδ激酶活性筛选,确定化合物是潜在的PI3Kδ激酶抑制剂,说明其抗癌活性极有可能是来源于PI3K通路的抑制,但是更进一步的生物活性评价和优化工作仍在进行中。阐明新颖的异噁唑[4,5-d]并嘧啶类衍生物作用机制的研究也在进行中。