天然皂苷(Natural saponins)广泛地存在于陆生植物和部分海洋生物中,具有抗肿瘤、抗炎、抗真菌、抗寄生虫、抗病毒、保肝、神经保护及抗诱变等多种生物学活性,其作为新药研发的先导化合物已引起科学家们的广泛关注。本论文主要涉及活性天然皂苷的合成、衍生物制备、抗肿瘤活性研究及相关作用机制的初步探索。本论文第一章对具有代表性意义的皂苷的生物学活性以及它们结构与活性之间的构效关系进行简单综述,同时介绍了皂苷化学合成方面所涉及的几种经典合成策略及其在不同结构类型的皂苷合成中的应用。本论文第二章选定具有显著抗肿瘤活性的紫花茄皂苷Indioside E为先导化合物,首先以D-木糖、L-鼠李糖和IPTG等为起始原料对其三糖糖基模块进行组装,然后以此三糖的亚胺酯为糖基供体对Indioside E进行了全合成,为对其进行深入的生物学活性研究提供了物质保障。以此合成路线为基础,首次合成了其五个苷元衍生化产物(替代苷元分别为剑麻皂素、胆固醇、β-谷甾醇、蒲公英赛醇和羽扇豆醇)。MTT比色法测定了所合成的六个皂苷对四种肿瘤细胞株(K562,KB, MCF-7和U87)和三种正常细胞株(HL7702,H9C2和EVC304)的细胞毒活性,结果显示,Indioside E和衍生物2(替代苷元为剑麻皂素)对所测试的四种肿瘤细胞株均具有较强的抑制增殖活性,IC50为1.32-3.77μM,且相比于Indioside E,皂苷2对人正常肝细胞HL7702的细胞毒性稍有减弱,其它苷元替代产物的抗肿瘤活性则显著降低或消失,以上结果表明螺甾烷型苷元对于Indioside E及其衍生物维持抗肿瘤活性至关重要。活细胞实时观测发现皂苷2可诱导MCF-7和K562细胞胀亡性死亡；通过测定胞液中LDH的漏出率及细胞内PI染色,发现皂苷2可对肿瘤细胞膜的完整性产生破坏、通透性增加；细胞免疫荧光染色发现皂苷2对MCF-7细胞骨架具有显著的破坏作用；此外,结合细胞毒活性数据和构象叠合分析得出Indioside E苷元中的△5,6双键是对其进行下-步结构修饰的较好位点。本论文第三章以具有显著抗肿瘤活性的齐墩果烷型天然皂苷Spinasaponin A methyl ester和Calenduloside G methyl ester为研究对象,以D-葡萄糖、D-半乳糖和齐墩果酸为起始原料共17步反应、约12%的产率首次实现了上述两个天然皂苷的化学全合成。为深入探讨它们的皂苷元结构单元对其抗肿瘤活性的影响,以及探索发现新型的具有显著抗癌活性的糖苷类化合物,我们以熊果酸和甘草次酸对它们结构中的齐墩果酸苷元进行了替换,制备了其四个苷元衍生化产物。MTT法测定了所合成的六个皂苷对三种肿瘤细胞株(MCF-7, HepG-2和K562)的细胞毒活性,结果显示皂苷Calenduloside G methyl ester的抗肿瘤活性最强,对三种肿瘤细胞株的IC50为1.87-2.36μM, Spinasaponin A methyl ester活性稍弱,对MCF-7和HepG-2细胞的IC50分别为4.52和8.36μM,而四个衍生物的细胞毒活性明显降低或消失；以上实验表明,上述两个天然皂苷中的齐墩果酸苷元对其抗肿瘤活性至关重要,苷元上非常小的结构变化即可导致其抗肿瘤活性的降低或消失。通过DAPI染色和Annexin V-FITC/PI双染发现Calenduloside G methyl ester能以浓度依赖性方式诱导MCF-7细胞凋亡,且伴随着MCF-7细胞内ROS的累积和线粒体膜电势△Ψm的降低。本论文第四章首次实现了马铃薯三糖、a-L-鼠李糖和β-D-葡萄糖生物素标记产物的化学合成,并结合QD-streptavidin与激光共聚焦显微镜观测建立了一种方便、直观观测肿瘤细胞膜表面鼠李糖凝集素受体(RBLR)的分布及表达量的方法。实验发现单鼠李糖或含鼠李糖的寡糖可以和RBLR特异性结合,且RBLR在不同肿瘤细胞膜上的表达量存在差异,表达量越高或澳洲茄胺皂苷中鼠李糖基团越多则皂苷抗肿瘤效果越明显。利用本章建立的方法可以帮助设计和筛选最有效的抗肿瘤寡糖链,利用此糖链对不同苷元进行修饰,可以为我们基于RBLR为靶点来设计合成靶向性好的抗肿瘤糖苷类药物奠定化学基础；此外可向糖苷类药物的结构中引入鼠李糖基以进行结构修饰,期待增加肿瘤细胞对药物的吸收、增强药物靶向效果以及肿瘤细胞对糖苷类药物的敏感性等。