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恶性肿瘤是目前严重威胁人类健康和生命的疾病之一,寻找高效低毒的选择性抗癌药物已迫在眉睫。而侵袭与转移是恶性肿瘤最显著的生物特征,是导致癌症患者临床死亡的主要原因。传统的治疗手段如放疗、化疗及外科手术主要针对原发肿瘤,但对转移而形成继发性肿瘤的治疗效果欠佳。因此肿瘤转移仍然是抗肿瘤治疗所面临的严峻挑战。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）是一类活性依赖于锌离子的肽链内切酶,对细胞外基质降解、组织重建以及细胞间多种可溶性因子的调控起重要作用。临床前和临床试验的数据表明,MMPs在恶性肿瘤的发展中起到了重要作用,抑制MMPs的活性能够显著地阻断原发和继发肿瘤的侵袭,起到肿瘤治疗的作用。MMPs的表达和活化是一个多步骤的过程,包括MMP基因的转录、MMP酶原分泌进入细胞外基质、酶原的激活等。阻断其中的任何一个步骤都可能抑制MMP的活性与功能。目前的药物设计主要基于以下几个方面:（1）阻断MMPs基因的转录;（2）阻断MMPs mRNA的翻译;（3）阻断MMPs酶原激活;（4）直接作用于活化后的MMPs,阻断其蛋白水解活性。基质金属蛋白酶抑制剂（MMPIs）能通过抑制活化后的MMPs的蛋白水解活性,保护基底膜及ECM,抑制肿瘤血管生成,减少原发性肿瘤生长,同时降低肿瘤转移的发生率。在MMPs催化活性中心锌离子附近,有两个疏水口袋（S1′口袋和S2′口袋）,S1′口袋深而狭窄,S2′口袋较浅。对已有的MMPIs结构进行分析发现,几乎所有的MMPIs都由三个部分组成:一个是使其适合酶识别位点的化合物骨架,另一个是锌离子螯合基团（ZBG）,还有一个口袋侧链。近年来,我们课题组设计、合成了一些吡咯烷类基质金属蛋白酶抑制剂,并对其进行了活性研究。研究发现,其中一个化合物LY52能显著抑制MMP-2的活性,对MMP-2的IC50=9.0nM。LY52还能抑制人卵巢癌细胞株SKOV3的侵袭。该化合物能显著抑制小鼠Lewis肺癌细胞转移。可见,LY52是通过抑制MMP-2活性,从而抑制癌细胞侵袭和转移的。为了发现更有效的MMP抑制剂,基于我们课题组以前的工作,借鉴现有MMP抑制剂的结构特点,以LY52为先导物,对其进行结构优化,设计、合成了A、B、C三个系列共71个目标化合物,其中A系列化合物29个,B系列化合物18个,C系列化合物24个。在A系列化合物的合成中,以trans-4-羟基-L-脯氨酸（1）为手性模板,中间体（2S,4S）-甲基1-酰基-4-氨基吡咯烷-2-羧酸酯（A6a-c）经过酯化、酰化、磺化、SN2亲核取代和催化氢化制得。在亲核取代一步,（3R,5S）-5-（甲氧羰基）-1-酰基吡咯烷-3-yl磺酸酯（A4a-b）和叠氮钠反应,产生构型翻转的叠氮化物（A5a-b）。A5a-b在5%Pd-CaCO3催化氢化下得到中间体A6a-c。A6a-c与各种酰氯反应,得到（2S,4S）-甲基4-酰胺基-1-酰基吡咯烷-2-羧酸酯（A7a-m）,进一步氨解或水解制得（2S,4S）-1-酰基-4-酰胺基-N-羟基吡咯烷-2-羧酰胺（A8a-e）和（2S,4S）-4-（3,4,5-三甲氧基苯基）-1-乙酰基吡咯烷-2-羧酸（A9）。A9进一步与甘氨酸甲酯反应制得甲基2-（（2S,4S）-4-（3,4,5-三甲氧基苯甲酰胺基）-1-乙酰基吡咯烷-2-羧酰胺基）乙酸酯（A10）。在B系列化合物的合成中,以trans-4-羟基-L-脯氨酸（1）为手性模板,经过酯化、磺化和琼斯氧化制得中间体1-磺酰基-4-氧-吡咯烷-2-羧酸甲酯（B4a-c）。B4a-c与各种二醇加成,得到缩酮B5a-f。在这一步,对甲苯磺酸作为催化剂,Dean-Stark分水器用来除去生成的水。B5a-f与NH2OK氨解制得最终的螺环化合物（B6a-f）。在C系列化合物的合成中,以trans-4-羟基-L-脯氨酸（1）为手性模板,经过酯化、磺化制得中间体C3a-c。C3a-c进一步酯化得到C4a-r,C3a-c进一步氨解制得C5a-c。这些化合物的结构由红外光谱、氢核磁共振光谱和质谱得到确证。我们对所合成的化合物进行了初步的抑制MMP-2和AP-N的活性实验。实验结果表明:所有三个系列化合物都表现出对MMP-2的选择性抑制作用。对MMP-2抑制而言,化合物A8a-c、B6a-d、C4c、C4j、C5a和C5b的活性优于阳性对照LY52。应用Tripos公司的Sybyl 7.0软件,我们对活性较好的化合物做了对接研究。研究结果表明:化合物吡咯烷母核N1位或者C4位侧链伸入MMP-2活性中心的S1′口袋,C2位所连ZBG鳌合MMP-2活性中心的锌离子。A系列化合物初步的构效关系研究结果是:含异羟肟酸ZBG的化合物活性明显优于含羧酸酯ZBG的化合物;吡咯烷母核C4位引入较长的侧链,N1位引入较短的侧链,有利于活性的提高。B系列化合物初步的构效关系研究结果是:含异羟肟酸ZBG的化合物活性明显优于含羧酸酯ZBG的化合物;在吡咯烷母核N1位引入对甲苯磺酰基,C4位引入五元缩酮环有利于活性的提高。C系列化合物初步的构效关系研究结果是:含异羟肟酸ZBG的化合物活性较好;含蝴蝶样对称结构和羧酸酯ZBG的化合物也表现出很好的活性;在吡咯烷母核N1位引入对甲苯磺酰基有利于活性的提高。B、C系列化合物都是磺酰胺吡咯烷类化合物。与A系列化合物比较,在构效关系结果上有些差别。这可能是由于引入磺酰胺基改变了化合物与酶的结合模式。在此基础上,我们提出了活性化合物与MMP-2的可能结合模式。总之,我们设计、合成了三个系列新型的吡咯烷类MMP抑制剂。对MMP-2抑制而言,化合物A8a-c、B6a-d、C4c、C4j、C5a和C5b的活性优于阳性对照LY52。这些化合物是很有研究前景的先导化合物,对于开发新一代MMP抑制剂类抗肿瘤药物具有重要意义。