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恶性肿瘤是当前严重危害人类生命和健康的重大疾病。天然产物及其衍生物是抗肿瘤创新药物的重要来源。川芎嗪（Tetramethylpyrazine,TMP）是从伞形科植物川芎中提取分离的一种生物碱单体活性成分,具有扩张血管、抑制血小板聚集、增强免疫功能及抗肿瘤等多种药理活性,临床上广泛用于治疗冠心病、脑血栓形成及脑栓塞等心、脑血管、呼吸系统、消化系统等疾病。近年来,大量研究表明TMP具有多重抗肿瘤效应,对恶性肿瘤的增殖、凋亡、侵袭、转移、血管生成、耐药及肿瘤免疫等均有一定的影响。TMP化学结构简单,科学家们通常根据活性亚结构拼接原理,将TMP与其他抗肿瘤成分进行结构组合来提高其抗肿瘤活性,如:川芎嗪-三萜类轭联物、川芎嗪-姜黄素类轭联物及川芎嗪-鬼臼毒素类轭联物等的抗肿瘤活性明显强于TMP。二聚体和多聚体是药物化学家广泛使用的新药设计策略,主要用于增强单体化合物的生物活性,通常将两个或多个相同的抗肿瘤活性片段通过一个连接体连接形成同源二聚体或多聚体,如:青蒿素二聚体、β-咔啉二聚体及芹菜素二聚体等,它们的抗肿瘤活性明显强于单体分子。连接体在二聚体及多聚体的设计中至关重要。前期研究发现,以环己酮、肟、五环三萜类及姜黄素等刚性结构作为连接体的川芎嗪二聚体的抗肿瘤活性明显强于川芎嗪单体化合物。本文设计以烷基链等柔性链作为连接体,合成新型川芎嗪四聚体7个,川芎嗪二聚体8个,采用MTT法评价其对He La,Hep G2,MCF-7,Fa Du和A549五种肿瘤细胞株及人乳腺细胞MCF 10A的细胞毒性。结果表明,目标化合物均具有较好的抗肿瘤活性,且川芎嗪二聚体的抗肿瘤活性强于四聚体,最佳连接体长度为8–12碳链。其中,以1,10-癸二胺连接的川芎嗪二聚体8e的活性最强,对体外培养的He La,MCF-7,Fa Du,A549和MCF 10A细胞的IC50值分别为1.42±0.71μM,0.037±0.001μM,0.00136±0.00035μM,1.05±0.05μM和0.047±0.008μM,特别是对Fa Du细胞有较高的选择性,SI值(IC50MCF 10A/IC50 Fa Du)为34.56。此外,受启发于杂环化合物在药物设计中的重要性,设计以空间结构和电子云分布类似于川芎嗪的杂环化合物为基本母核,合成小分子杂环二聚体36个。大部分目标化合物能够选择性杀伤Fa Du细胞,而对其他四种肿瘤细胞及正常细胞无明显抑制作用。构效关系研究表明,杂原子的引入在一定程度上有助于抗肿瘤活性的增强,且杂原子的种类及相对位置不同,对抗肿瘤活性的影响也不同。此外,目标化合物结构中的酰胺键和烷基链偶联方式是该类二聚体发挥抗肿瘤活性的关键。之后,以化合物8e为代表,采用一系列生物实验探讨了目标化合物的体内外抗肿瘤药效和作用机制。克隆形成实验表明8e能够明显抑制Fa Du细胞克隆形成,作用呈一定的剂量依赖性。Calcein AM/PI（Propidium iodide,碘化丙啶）实验更加直观地表明8e能够有效杀伤肿瘤细胞,进一步验证了8e的体外抗肿瘤活性。同时,采用Fa Du细胞裸鼠异种移植瘤模型评价8e的体内抗肿瘤活性。结果表明,低、中、高剂量组对Fa Du移植瘤的抑制率分别为28.4%、54.8%、70.3%,且无明显毒副作用产生。此外,ADMET预测实验表明大部分目标物具有良好的成药性,特别是化合物8e,有望成为一个安全有效的抗肿瘤候选药物。Hoechst 33342染色、Annexin V/PI双染、JC-1染色及PI染色实验表明,8e可通过诱导线粒体膜电位去极化诱导肿瘤细胞凋亡,并使细胞周期阻滞于S期。同时,采用ELISA法检测8e对Fa Du细胞中EGFR及VEGFR-2蛋白表达的影响,结果表明,8e可抑制EGFR表达,而对VEGFR-2无明显作用。微管蛋白聚合分析实验表明8e能够抑制微管蛋白聚合。进一步采用分子对接研究8e与EGFR和微管蛋白之间的相互作用,结果表明8e能较好的嵌入到蛋白活性口袋中,且结构中的酰胺键与蛋白形成的氢键作用有助于二者紧密结合。总之,本研究系统评价了一类川芎嗪四聚体、二聚体及其类似物的抗肿瘤活性,并初步探讨了苗头化合物8e抑制肿瘤细胞增殖和诱导肿瘤细胞凋亡的机制,为该类化合物作为抗肿瘤候选新药的研究开发提供参考。