癌症是严重威胁到人类生命安全的重大疾病之一。细胞毒性药物,特别是许多以DNA为靶标的药物一直以来,被广泛应用于临床治疗,如卡铂（Carboplatin）、阿霉素（Adriamycin,ADR）和安吖啶（Amsacrine）。然而该类药物较低的选择性指数（selectivity index）导致的严重毒副作用,限制了其临床应用。因此,进一步开发高效低毒的化疗药物,仍是药学工作者的重要任务。吖啶和吖啶酮类生物碱具有良好的抗肿瘤活性,是抗肿瘤药物研究的重要对象。本课题组前期设计、合成了多个系列具有抗肿瘤活性的吖啶酮类化合物,并对其进行了初步抗肿瘤活性评价,发现化合物E17可显著抑制Ⅱ型拓扑异构酶的催化活性,且不会下调胞内Ⅱ型拓扑异构酶水平。在构效关系研究中发现,最优化合物E17与与其类似物E24在结构上,仅在吖啶酮骨架1位N-取代侧链上有一个碳原子的差别,但抗增殖活性却存在较大差异,该结果提示1位N-取代侧链的长度很可能对活性有显著影响,是进一步结构优化的重点部位。本学位论文以E17为先导化合物,首先在保留活性必需基团N-甲基哌嗪的前提下,改变其与吖啶酮骨架的linker长度,设计合成了化合物6a-g。抗肿瘤细胞增殖活性实验（CCK8法）结果显示,linker为乙基（n=2）的化合物6b活性最佳,linker为丙基（n=3）的6c次之,随着链长度的增加,活性有轻微下降的趋势,进一步说明了其侧链长度对活性影响显著。随后,又以化合物6b为先导,进行了第二轮结构优化,用简单的烷基取代碱性基团N-甲基哌嗪基,探究6b侧链上三个N原子（Na/Nb/Nc）对活性保留的影响,设计合成了化合物6h-1。出人意料的是,抗肿瘤细胞增殖实验结果显示保留了 Na和Nc的化合物6h、6i和61活性优于6b,其中6h的活性最佳,这表明三个N原子对活性保留的重要程度为:Nc＞Nb＞Na。经过两轮结构优化所获得的化合物6h具有显著的体外抗肿瘤细胞增殖活性和对topo Ⅱ介导的DNA松弛反应的抑制作用,且活性远优于阳性对照依托泊苷（Etoposide,VP16）。因此,选取化合物6h进行了深入的作用机制研究。通过topoⅡ诱导的DNA断裂实验,化合物6h可以与DNA-topo Ⅱ形成断裂复合体（cleavage complex）;DNA嵌入实验和DNA结合实验共同证明6h可与DNA发生强有力的嵌入作用;通过DNA松弛实验定量分析,发现6h对topo Ⅱ的两种亚型topo Ⅱα/β介导的催化反应无显著的选择性,但远远高于对topo Ⅰ催化反应的抑制作用。众所周知,细胞产生的DNA损伤没有被及时修复的结果可能是细胞周期阻滞和诱导性细胞凋亡。因此,对6h诱导的细胞周期和细胞凋亡进行了分析。结果显示,在较低的浓度下,6h导致两种肿瘤细胞产生了明显的周期阻滞,且6h可以诱导人急性髓系白血病KG1细胞产生显著的细胞凋亡。另外,还对6h可能存在的心脏毒性进行了评价,暴露于6h的大鼠心肌H9C2细胞可以在较长时间内保持细胞活力,且其线粒体功能基本不受影响,与蒽环类药物阿霉素相比毒性明显降低。本论文的研究结果进一步丰富了吖啶酮类抗肿瘤活性化合物的构效关系,揭示了该类化合物可能的作用机制。同时,结构逐级优化所得到的化合物6h其显著的抗肿瘤活性和较低的心脏毒性表明它是很有潜力的癌症化疗候选药物,值得进一步开发利用。