查爾酮衍生物抗腫瘤作用機(jī)制及其構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

劉 巖，饒國武（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

查爾酮衍生物抗腫瘤作用機(jī)制及其構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

劉 巖，饒國武*
（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

查爾酮化合物由于結(jié)構(gòu)簡單、易于合成且具有抗腫瘤活性而得到廣泛研究。本文歸納總結(jié)了查爾酮化合物的抗腫瘤機(jī)制及其構(gòu)效關(guān)系，為其結(jié)構(gòu)修飾提供了理論基礎(chǔ)。

查爾酮；抗腫瘤；作用機(jī)制；構(gòu)效關(guān)系

0 前言

癌癥已經(jīng)成為威脅人類生命健康的常見病、多發(fā)病。隨著分子腫瘤學(xué)，分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，以及納米技術(shù)在藥物中的不斷應(yīng)用，高效低毒的分子靶向抗腫瘤藥物成為藥物學(xué)家研究的熱點(diǎn)。查爾酮作為黃酮化合物的重要前體，已經(jīng)報(bào)道其具有非常廣泛的生理活性，特別是在抗腫瘤方面已經(jīng)取得了初步進(jìn)展。本文主要對查爾酮的抗腫瘤機(jī)制及其構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)。

Figure1 查爾酮骨架

1 查爾酮的抗腫瘤作用機(jī)制

1.1 抗血管生成

血管生成在腫瘤細(xì)胞的生長和代謝中起著非常關(guān)鍵的作用，新血管可以為腫瘤細(xì)胞和組織的生長提供充足的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，因此，以VEGF/VEGFR作為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物成為臨床試驗(yàn)中癌癥治療的一個(gè)關(guān)鍵策略。

王治愈等[1]從甘草根中提取出了異甘草素（化合物1，F(xiàn)igure 2），體外毛細(xì)管形成試驗(yàn)證明化合物1可以抑制血管內(nèi)表皮生長因子誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖。并通過雞主動(dòng)脈環(huán)模型進(jìn)一步證實(shí)了其抗血管生成活性。同時(shí)研究了其抑制機(jī)理。結(jié)果表明，化合物1可以通過促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子蛋白酶體的降解和抑制VEGFR-2信號(hào)通路來抑制血管內(nèi)表皮生長因子的表達(dá)，以此抑制腫瘤細(xì)胞的生長。

L.Varinska， S.Emami等[2]使用苯乙酮或環(huán)酮與取代苯甲醛，在氫氧化鈉或哌啶的催化下合成了一系列查爾酮或環(huán)狀的查爾酮類似物（Scheme 1）。通過血管生成模型測試了化合物2（Figure 2）的抗血管生成活性，展現(xiàn)了顯著的抑制活性。機(jī)理研究證明化合物2通過抑制b-FGF和VEGF誘導(dǎo)的AKT和ERK的磷酸化來抑制血管生成。

Ku等[3]研究了查爾酮衍生物4’-乙酰氨基-4-羥基查爾酮（化合物3，F(xiàn)igure 2）的抗腫瘤活性及機(jī)理。通過體外的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞測試了其抗血管生成活性。發(fā)現(xiàn)化合物3可以顯著抑制VEGF誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和入侵。

Figure 2 查爾酮化合物的結(jié)構(gòu)

Scheme 1

1.2 抑制細(xì)胞周期

細(xì)胞的生長分裂必須經(jīng)過完整的細(xì)胞周期，細(xì)胞周期的運(yùn)行受控于精密的細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制，其中細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）是調(diào)控系統(tǒng)的核心蛋白酶，還包括CDC25B，aurora等激酶。細(xì)胞癌變過程中，通常伴隨著CDK活性失去控制，細(xì)胞周期會(huì)處于失控狀態(tài)。由于微管蛋白參與有絲分裂過程紡錘體的形成，故可以通過抑制微管蛋白來抑制細(xì)胞的有絲分裂過程，從而產(chǎn)生抗腫瘤活性。

胡永洲等[4]以夫拉平度（Flavopiridol，F(xiàn)igure 2）為先導(dǎo)化合物，設(shè)計(jì)合成了化合物4（Figure 2），以間苯三酚為起始原料，通過傅克?；?，烷基化合成取代苯乙酮，再與取代苯甲醛縮合生成目標(biāo)化合物（Scheme 2）。體外CDK/Cyclic B抑制活性試驗(yàn)表明，多數(shù)衍生物對CDK/Cyclic B具有強(qiáng)效的抑制活性。李艷玲等[5]合成了一系列類黃酮類化合物（化合物5，F(xiàn)igure 2），體外 HCT116抑制 IC50均在 2～5 μmol/L。 當(dāng) R=p-Cl，p-OCH3，p-Br時(shí)，體外CDK1抑制活性均高于參照藥物夫拉平度。

Scheme 2

Yuan等[6]研究了甘草查爾酮（化合物6，F(xiàn)igure 2）的抗腫瘤作用機(jī)理。體外和體內(nèi)的抗惡性膀胱癌細(xì)胞株試驗(yàn)表明化合物6可以明顯抑制細(xì)胞株增殖，使細(xì)胞株細(xì)胞分裂期的S期停滯，減少cyclinA和CDK1、CDK2，CDC25A/B蛋白的表達(dá)。

Aurora激酶是絲氨酸/蘇氨酸激酶家族的新成員，在很多腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)，在細(xì)胞周期的控制中起著重要作用。Shin等[7]合成了一系列苯并吡喃查爾酮衍生物 （Scheme 3），體外HCT116結(jié)直腸癌細(xì)胞株存活實(shí)驗(yàn)表明化合物7（Figure 2）的IC50可達(dá)到93.1 nmol/L。體外的結(jié)合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此化合物可以抑制Aurora激酶。

Scheme 3

文獻(xiàn)報(bào)道[8-10]，吲哚衍生查爾酮化合物8（R=H）可以選擇性抑制膀胱癌細(xì)胞的增殖，分子對接結(jié)果表明，化合物8在秋水仙堿結(jié)合部位與微管蛋白有較強(qiáng)相互作用。體外抑制腫瘤細(xì)胞增殖試驗(yàn)表明化合物9（R=OCH3）可以通過使細(xì)胞周期的S期停滯來抑制細(xì)胞增殖。

Scheme 4

1.3 阻礙信號(hào)通路

細(xì)胞生長不僅與細(xì)胞周期的相關(guān)激酶的控制有關(guān)，而且還受到細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的調(diào)控。生長因子等胞外信號(hào)與受體結(jié)合產(chǎn)生的刺激通過信號(hào)通路傳遞到細(xì)胞內(nèi)，從而調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化等進(jìn)程。其中，最重要的三條通路為：由磷酯酰肌醇3-激酶（PI3K）和其下游的蛋白激酶B（PKB/Akt）、雷帕霉素靶體蛋白（mTOR）組成的PI3K-AKT-mTOR通路；絲蘇氨酸蛋白激酶Ras和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）三級級聯(lián)激酶組成的Ras-MAPK通路；以及下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子STAT家族。

Sun等[11]報(bào)道了甲氧基查爾酮衍生物（化合物10，F(xiàn)igure 2）可以阻礙蛋白質(zhì)的合成，抑制mTOR信號(hào)傳導(dǎo)通路。該化合物對mTOR通路的抑制主要?dú)w因于線粒體應(yīng)激下調(diào)蛋白質(zhì)存活水平。

BRAF蛋白是RAS/MAPK信號(hào)通路的一部分，其調(diào)控著細(xì)胞的增殖和分化。突變型BRAF基因允許BRAF單獨(dú)上調(diào)下游信號(hào)，通過MEK和ERK使下游信號(hào)高度活化，反過來導(dǎo)致細(xì)胞的過度增殖和存活。Li等設(shè)計(jì)并合成了一系列的（E）-α-苯磺酰基查爾酮衍生物 （合成路線見Scheme5）。化合物 11（Figure1）顯示了有潛力的抑制活性，對B-RAFV600E的IC50值達(dá)到0.17μmol/L。

Scheme 5

JAK/STAT信號(hào)級聯(lián)介導(dǎo)許多重要的細(xì)胞功能，如細(xì)胞增殖，凋亡和免疫應(yīng)答等。這條通路的突然激活會(huì)導(dǎo)致惡性腫瘤的轉(zhuǎn)化和異常生長。通過減少此通道的異常磷酸化可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長[12-13]。 Pinz等[14]報(bào)道了 α-溴-2，3’，4，4’-三甲氧基查爾酮（化合物12，F(xiàn)igure 2）可以通過抑制JAK2和STAT5的磷酸化來抑制JAK/STAT信號(hào)通路。染色質(zhì)免疫沉淀反應(yīng)試驗(yàn)證明該化合物可以減少RNA聚合酶Ⅱ與STAT5靶向基因的結(jié)合。

1.4 其他作用機(jī)制

查爾酮及其衍生物除上述抗腫瘤作用機(jī)制外，還具有廣泛的細(xì)胞毒性[15-16]，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[17-18]，抗多藥耐藥性[19]等作用機(jī)制。

2 構(gòu)效關(guān)系研究

由于查爾酮結(jié)構(gòu)具有廣泛的藥理活性，故化學(xué)家在保持查爾酮基本骨架的同時(shí)，對丙烯酮連接的兩個(gè)苯環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾。并通過體外或體內(nèi)的活性篩選得到了許多具有較好抗腫瘤活性的化合物。以夫拉平度作為先導(dǎo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造時(shí)發(fā)現(xiàn)，哌啶環(huán)被一個(gè)連有亞甲基的胺基環(huán)代替后同樣得到較好的CDK抑制活性，且B環(huán)的對位引入鹵素、甲氧基等基團(tuán)時(shí)，化合物同樣具有較好的抑制活性。

吲哚是一個(gè)優(yōu)良的藥效基團(tuán)，將查爾酮的B環(huán)替換為吲哚環(huán)后發(fā)現(xiàn)該化合物可以顯著抑制微管蛋白聚合，2，4位的甲氧基同樣具有重要作用，6位的甲氧基不是必需基團(tuán)。當(dāng)在A環(huán)引入多甲氧基基團(tuán)結(jié)構(gòu)，化合物在JAK/STAT通路中有著顯著的抑制作用。此外，對丙烯酮結(jié)構(gòu)的修飾同樣可以影響化合物的抗腫瘤活性。當(dāng)將亞砜基接入碳碳雙鍵，發(fā)現(xiàn)該化合物對BRAF細(xì)胞具有明顯的抑制作用；當(dāng)雙鍵氫被甲氧基或氨基取代時(shí)，化合物可以明顯減弱細(xì)胞的有絲分裂，抑制細(xì)胞的增殖。

3 總結(jié)

隨著分子生物學(xué)和腫瘤科學(xué)的不斷發(fā)展，腫瘤發(fā)生的作用機(jī)制逐漸被揭開，促進(jìn)了分子靶向藥物的發(fā)展。查爾酮及其衍生物由于結(jié)構(gòu)簡單，合成難度較小，且具有廣泛的抗腫瘤活性及其多種抗腫瘤機(jī)制，成為抗腫瘤藥物研發(fā)過程中的重要研究方向。本綜述對查爾酮的作用機(jī)制及構(gòu)效關(guān)系做了簡要介紹，為以后查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾和改造提供理論依據(jù)。

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Advances in Anti-tumor Mechanism and Structure-activity Relationship of Chalcone Derivatives

LIU Yan，RAO Guo-wu*
（College of Pharmaceutical Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014， China）

Chalcone compounds are extensively studied due to their simplicity， ease of synthesis and extensive antitumor activity.This thesis summarized the anti-tumor mechanism and structure-activity relationship of chalcone compounds，and provided the theoretical basis for the subsequent structural modification.

chalcone；antitumor；mechanism；structure-activity relationship

1006-4184（2017）11-0015-05

2017-04-09

劉巖（1990-），男，山東泰安人，碩士研究生在讀，主要從事藥物分子設(shè)計(jì)與合成研究。*

饒國武，E-mail： rgw@zjut.edu.cn。