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甲基乙二醛化學式CH3COCHO。分子量72.06。黃色流動液體。有辛辣氣味、吸濕性。沸點72℃，相對密度1.045524，折光率1.400217.5。溶于水，溶于醚和苯呈黃色，溶于醇為無色。極易聚合為黏稠性半固體，溶于水，放出熱量，又恢復為單體溶液。加熱形成黃綠色氣體，在封閉管中能維持數天。商品一般為20%～40%水溶液。對石蕊試紙略顯酸性。甲基乙二醛是人體內正常的代謝產物，可由碳水化合物、脂質及蛋白質代謝產生，正常生理情況下它在人體內的合成量極低，而在高血糖狀態下如糖尿病患者體內會顯著增高，甲基乙二醛是一種高活性化合物并具有細胞毒性。早在1958年，人們發現丙酮醛不僅具有抗瘧疾、抗病毒的作用而且有抗腫瘤的效應，隨后人們從體外、體內實驗以及臨床患論證了甲基乙二醛的抗腫瘤作用。
甲基乙二醛具有極高的活性，能夠與蛋白質、核酸等生物大分子反應并對其修飾，從而導致細胞功能改變。研究表明，甲基乙二醛具有多種細胞毒性作用，如抑制細胞生長、誘導細胞凋亡、抑制酶的活性以及激活信號通路等。甲基乙二醛在多種類型腫瘤組織中的含量比正常組織中低，在干擾乙二醛酶或者加入乙二醛酶抑制后可出現明顯的腫瘤抑制作用，而這一抑制作用是通過升高甲基乙二醛濃度實現的。甲基乙二醛可通過抑制增殖、誘導凋亡、抑制腫瘤轉移以及增強機體的免疫力和提高對現有抗腫瘤藥物的敏感性等方面發揮抗腫瘤效應。
1. 抑制增殖
早在19世紀60年代，甲基乙二醛就被認為是天然的生長調節因子，是一種抑素，能夠阻止細胞分裂。甲基乙二醛能夠抑制人白血病HL-60細胞的生長，并能夠抑制接種了艾式腹水癌(ehrlichascitescarcinoma，EAC)細胞、白血病L4946細胞、腺癌細胞及肉瘤S180細胞等的荷瘤小鼠體內腫瘤的生長，說明丙酮醛能夠抑制腫瘤細胞的增殖。研究表明，其抑制增殖的機制在于它能夠抑制蛋白質的合成，丙酮醛能夠修飾RNA的鳥苷酸殘基導致蛋白質聚合體穩定性下降，從而阻滯蛋白質合成的起始過程。丙酮醛還能夠與DNA的瞇基殘基端發生反應對其進行修飾，從而使DNA雙鏈斷裂、形成DNA-蛋白質交聯物等抑制DNA的合成，同時甲基乙二醛也會輕微的影響RNA的合成。隨后人們發現，甲基乙二醛可以通過影響代謝進而抑制腫瘤細胞的增殖，一方面，丙酮醛能夠干預腫瘤細胞的糖酵解過程，研究表明，用2mmol/L和5mmol/L的甲基乙二醛作用于ECA細胞后，葡糖糖的利用分別被抑制50%和80%，乳酸生成量分別被抑制55%和90%，并發現甲基乙二醛能夠極大地抑制惡性腫瘤細胞中3-磷酸甘油醛脫氫酶的活性，由于腫瘤細胞賴以生存及快速增殖的原料來自于其活躍的低氧糖酵解過程，因而甲基乙二醛能夠有效并特異地抑制其增殖；另一方面，甲基乙二醛直接抑制線粒體氧化呼吸過程，主要是通過抑制線粒體復合物I參與的電子鏈傳遞導致腫瘤細胞的氧耗和ATP的生成減少從而極大地削減了能量供應。此外，甲基乙二醛還能阻止細胞由DNA合成前期(G1期)向DNA合成期(S期)轉變，它首先下調前列腺癌PC3細胞周期蛋白cyclinD1的表達，繼而下調細胞周期蛋白依賴性激酶2(cyclin-dependentkinase2，cdk2)和cdk4，使視網膜母細胞瘤蛋白(retinoblastomaprotein，pRB)去磷酸化最終導致G1期阻滯、生長停止。因此，甲基乙二醛能夠通過抑制蛋白質、DNA合成，抑制腫瘤細胞的糖酵解和氧化磷酸化過程以及調節細胞周期等抑制腫瘤細胞的增殖。
2. 誘導凋亡
近年來人們發現，甲基乙二醛發揮抗腫瘤作用最主要的途徑是通過誘導細胞凋亡，研究表明，將甲基乙二醛作用于包括前列腺癌細胞、肝癌細胞、肉瘤細胞等在內的多種惡性腫瘤細胞后，細胞的形態發生極大改變并裂解、細胞內DNA碎片增多并形成凋亡小體等。甲基乙二醛誘發凋亡的機制有以下幾種。
(1)甲基乙二醛能使細胞內活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)水平升高，甲基乙二醛在糖基化反應過程中產生的超氧化物陰離子和過氧化氫以及它對ROS清除酶類的抑制分別從增加來源與減少去路兩方面提高了細胞內ROS的生成量。升高的ROS可作為上游信號分子激活分裂原激活的蛋白激酶p38(p38MAPK)、p42/44MAPK信號通路介導細胞凋亡；同時ROS的產生還能觸發線粒體釋放細胞色素c，進而激活細胞凋亡蛋白酶caspase-3、caspase-9，并下調DNA修復酶聚腺苷二磷酸–核糖聚合酶(PARP)進一步損傷細胞。
(2)甲基乙二醛作為強大的糖化劑能夠與蛋白質等其他胞內重要成分發生糖化反應產生晚期糖化終末產物(AGEs)，其中，精氨嘧啶(AP)是甲基乙二醛修飾蛋白質的精氨酸殘基后主要的產物之一，它能夠在激活核轉錄因子NF-κB(nuclearfactor-KappaB)信號通路，觸發線粒體凋亡機制的同時上調凋亡蛋白Bax(Bcl-2-associatedXprotein)、下調抗凋亡蛋白Bcl-2(B-celllymphoma-2)和Bcl-XL的表達，最終導致細胞凋亡增加；AP還能通過直接破壞細胞骨架蛋白肌動蛋白actin和微管蛋白α-tubulin來促進凋亡。
(3)在對肉瘤的研究中發現，甲基乙二醛在降低線粒體復合物I活性的過程中，除了能極大地降低ATP的產生外，還能夠降低線粒體跨膜電位，進而改變線粒體膜通透性，釋放線粒體促凋亡因子細胞色素c，最終破壞線粒體膜的完整性并導致細胞死亡。因此，甲基乙二醛能夠通過直接或間接的方式激活凋亡信號通路以及線粒體凋亡途徑促進凋亡。另外，甲基乙二醛對DNA殘基進行糖化修飾形成的MGDN加合物能夠激活核酸內切酶類，對蛋白質進行修飾后，蛋白質的生物活性與穩定性會受到一定影響，甚至會被蛋白酶體識別而降解，這些也是丙酮醛促進凋亡的原因之一。
3. 抑制侵襲、黏附能力
腫瘤細胞的黏附、遷移以及侵襲能力是腫瘤進行轉移的必備的關鍵因素。甲基乙二醛能夠抑制肝癌Huh-7和HepG2細胞的黏附與侵襲能力，這一抑制作用是由抑癌基因p53介導的，當p53被抑制或干擾后則不存在這一抑制作用。甲基乙二醛能促進p53轉運至核內增強它的轉錄活性，并將Y220C突變型p53恢復至野生型p53所具有的構象和活性，隨著野生型p53功能的恢復腫瘤細胞的移動和侵襲受到抑制，而恢復p53功能已被推薦為抗腫瘤治療的一種，因此甲基乙二醛能夠通過p53途徑抑制肝癌的轉移。
4. 免疫調節
免疫調節已被認為是預防和治療腫瘤的另一種選擇，免疫系統的防御機制主要是通過主動或被動免疫激活機體免疫應答來清除腫瘤細胞，預防腫瘤轉移和復發。研究表明，甲基乙二醛能夠增加肉瘤180細胞小鼠模型體內巨噬細胞的數量和吞噬能力以及殺傷性T細胞的產生和殺傷作用，增強小鼠的細胞免疫以抵抗腫瘤，同時小鼠體內一些免疫調節因子和表面受體：干擾素-γ(IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-1β(IL-1β)、IL-6、Toll樣受體-4(TLR-4)以及TLR-9也的表達出現明顯的升高。甲基乙二醛主要通過調節巨噬細胞集落刺激因子促進巨噬細胞的產生，p38MAPK、NF-κB信號通路也參與其中。因此，甲基乙二醛在增強巨噬細胞和淋巴細胞的活性以及通過免疫調節抵抗腫瘤過程中發揮著重要的作用。
5. 提高化療藥物敏感性
乙二醛酶I的高表達會引起多柔比星、依托泊苷、絲裂霉素C及其他化療藥物的多重耐藥。研究發現，許多對現有的臨床化療藥物多重耐藥的人類腫瘤細胞系中乙二醛酶I的mRNA水平普遍較高，上調非多重耐藥的腫瘤細胞內乙二醛酶I的表達量后該細胞也會出現多重耐藥現象。乙二醛酶I高表達引起化療藥物的多重耐藥的具體機制現在尚不清楚，但可以肯定的是與甲基乙二醛密切相關，將乙二醛酶I抑制劑對溴苯甲基谷胱甘肽環戊二酯作用于細胞后，細胞內甲基乙二醛含量明顯升高，且細胞重新獲得對抗腫瘤藥物的敏感性。另外，有文獻報道，甲基乙二醛能夠通過激活蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)的δ亞基來增強順鉑對骨髓瘤細胞的殺傷作用，聯合丙酮醛可將順鉑的抗腫瘤效應放大約4倍。
甲基乙二醛的分解代謝有乙二醛酶、醛糖還原酶、醛脫氫酶以及羰基還原酶途徑等，最主要的分解途徑是乙二醛酶系統。乙二醛酶系統包括乙二醛酶I和乙二醛酶II，還原型谷胱甘肽為輔助因子。丙酮醛能夠與還原型谷胱甘肽經非酶促反應自發形成縮醛，它能與乙二醛酶I(glyoxalaseI，GLO1)的兩個活性位點結合，在乙二醛酶I催化作用下轉化成S-D-乳酸谷胱甘肽。繼而在乙二醛II(glyoxalaseII，GLO2)的作用下，S-D-乳酸谷胱甘肽被水解成D-乳酸，同時重新生成還原型谷胱甘肽并進入乙二醛酶I催化的第一步反應中被循環利用。D-乳酸能夠在線粒體中被2-羥基酸脫氫酶代謝合成丙酮酸。乙二醛酶I是甲基乙二醛分解過程中的關鍵酶，它的活性程度會直接影響甲基乙二醛濃度的高低。
方法1：在500mL四頸瓶中加入160mL水、50mL丙酮、37.2mL冰醋酸及4.0g氯酸鉀，安裝好機械攪拌器、溫度計、回流冷凝管和長頸滴液漏斗。開動機械攪拌，將水浴溫度控制在60～75℃、瓶內溫度在60℃左右，用滴液漏斗滴加35.4mL溴，控制滴加速度，不使未反應的溴累積。加溴畢，繼續反應0.5h，待溶液顏色褪去后加入80mL冰水稀釋反應液，并冷卻至10℃，然后加入100g無水碳酸鈉至剛果紅中性。分出油層，用8g無水氯化鈣干燥，減壓蒸餾，收集40～42℃/1733Pa的餾分，產率達63.5%(文獻為50%～51%)。將收集的餾分與DMSO按適當的配料比加入到250mL的三頸瓶中，通入空氣，控制在適宜溫度下，電磁攪拌，回流反應8h。反應畢，常壓分餾，收集71.5～73.0℃的餾分，折光率n24.6D=1.3803(文獻n20D=1.4209)。
方法2：稱取二水合重鉻酸鉀89.4g(0.3mol)，用400mL水溶解，邊攪拌邊慢慢滴加濃硫酸63.9mL(1.2mol)，攪勻，冷卻后，轉移到滴液漏斗中。在1000mL的三頸瓶中，先加入1，2-丙二醇32.9mL(0.45mol)和1.0g硫酸錳做催化劑，然后在中間口接蒸餾裝置，一口接滴液漏斗，另一口插入帶玻塞的玻璃管，玻管的下口要插入到液面以下。先從玻管向三頸瓶中導入氮氣，再用帶調壓器的電熱套給三頸瓶加熱。幾分鐘后，由滴液漏斗滴入上述配好的溶液，約50～70min滴完。
滴完后繼續加熱蒸餾15min(注意關上滴液漏斗的活塞)，收集約250mL黃綠色餾出液。餾出液用450mL無水乙醚分4次萃取，萃取后棄去水層，合并萃取液。用飽和碳酸氫鈉水溶液洗至中性，分出水層，醚層用無水硫酸鎂干燥4h。過濾，水浴45～50℃蒸去乙醚，然后沸水浴分餾，收集71～73℃的餾分，得到黃綠色帶有特殊臭味的液體，產率49%～50%。產物在0℃下通入氮氣保存。經檢驗，該餾分能使希夫試劑顯紫紅色，使斐林試劑出現磚紅色沉淀，與2，4-二硝基苯阱生成橘紅色沉淀(在硝基苯中重結晶)，測其熔點為308～309℃(文獻為308～309℃)。經純化，微量法測得丙酮醛的沸點為72℃(文獻為72℃)。
[1] 化合物詞典
[2] 甲基乙二醛抗腫瘤機制的研究進展
[3] 甲基乙二醛的合成研究