抗腫瘤靛紅衍生物的C-3羰基立體選擇性還原與活性研究

趙 雪，郝思雨，彭小林，李學(xué)慧，吳 萌，陳文竹，孫 華

(天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津 300457)

靛紅又名二氫吲哚-2，3-二酮，在多種植物中廣泛分布，如歐洲菘藍(lán)(Isatis tinctoria)、蝦脊蘭(Calanthe discolor)、炮彈果(Couroupita guianensis)等[1]．近年來的研究顯示，靛紅衍生物在體內(nèi)和體外可以抑制多種腫瘤，其中一些衍生物已經(jīng)成功用于治療癌癥，包括長春堿(vinblastine)[2]、長春新堿(vincristine)[3]、舒尼替尼(sunitinib)[4]．其中，舒尼替尼又名SU11248，是一種口服的小分子多靶點(diǎn)受體酪氨酸激酶抑制劑，具有抑制腫瘤血管生成和抗腫瘤細(xì)胞生長的多重作用，是多個(gè)國家和地區(qū)晚期腎細(xì)胞癌的一線治療藥物[5]．

本課題組的前期研究[6]發(fā)現(xiàn)，靛紅衍生物 HKL-2c具有良好的體外抗腫瘤活性，對(duì)多種腫瘤細(xì)胞的IC50達(dá)到40～70,nmol/L．因此，該化合物正在進(jìn)行進(jìn)一步衍生化，以期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)新穎且藥理活性理想的靛紅衍生物．目前，對(duì)于靛紅衍生物 C-3羰基的區(qū)域選擇性和立體選擇性的還原，只有C-3羰基還原成3β-羥基的報(bào)道[7-8]，但對(duì)于還原成 3α-羥基尚未見報(bào)道．因此，為了進(jìn)一步獲得更多的衍生物用于活性篩選，本研究通過微生物催化的方法獲得了3α-羥基的靛紅衍生物．利用 X單晶衍射和核磁共振方法確定產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行體外抗腫瘤活性評(píng)價(jià)．

1 材料與方法

1.1 材料

D(+)-蔗糖、D(+)-葡萄糖、硝酸鈉、硫酸鎂、氯化鉀、FeSO4·7H2O、磷酸氫二鉀、無水硫酸鈉、瓊脂粉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司．

康寧木霉(Trichoderma koningii)AS3.4290購自中國普通微生物培養(yǎng)物保藏中心(CGMCC)，保存于-20,℃的20%,甘油儲(chǔ)備液中．

PRMI-1640細(xì)胞培養(yǎng)液、F12營養(yǎng)培養(yǎng)基、DMEM 低糖培養(yǎng)基、巴西胎牛血清、0.25%,胰蛋白酶(1×)溶液、青霉素-鏈霉素溶液，賽默飛世爾科技公司；噻唑藍(lán)(MTT)，北京索萊寶科技有限公司；喜樹堿，分析純，北京偶合科技有限公司；二甲基亞砜(DMSO)，分析純，美國 Amresco公司；本實(shí)驗(yàn)使用的靛紅衍生物 HKL-2c由天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院藥物設(shè)計(jì)與合成研究室合成與保存．

TX323L型電子分析天平，島津國際貿(mào)易有限公司；Model 3100,series型CO2培養(yǎng)箱、Multiskan MK3型基礎(chǔ)酶標(biāo)儀，賽默飛世爾科技公司；CKX41型奧林巴斯倒置顯微鏡，奧林巴斯(中國)有限公司；TGL-20M 型高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)，湘儀離心機(jī)儀器有限公司；Vortex-6型漩渦混合器、LX-300型迷你離心機(jī)，海門其林貝爾儀器制造有限公司；YXQ-LS-50SI型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；循環(huán)水式真空泵，河南省予華儀器有限公司；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；低溫恒溫反應(yīng)浴，鞏義市京華儀器有限公司；Av-400,MHz型核磁共振儀，瑞士 Bruker 公司；Rigaku Saturn CCD 單晶衍射儀，日本株式會(huì)社理學(xué)公司；ZWY-2102型回旋式恒溫調(diào)速搖瓶柜，上海智城分析儀器制造有限公司；超凈工作臺(tái)，蘇州凈化設(shè)備廠；WS2-134-75 型電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津市實(shí)驗(yàn)儀器廠．

1.2 微生物轉(zhuǎn)化

1.2.1 康寧木霉AS3.4290培養(yǎng)基

斜面培養(yǎng)基(g/L)：馬鈴薯 200，葡萄糖 20，瓊脂 20 ．

發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)：馬鈴薯 200，葡萄糖 20，磷酸二氫鉀 3，硫酸鎂0.2，碳酸鈣0.2．

1.2.2 轉(zhuǎn)化底物溶液的配制

將化合物 1(HKL-2c)用 DMSO溶解，質(zhì)量濃度為100,g/L．

1.2.3 康寧木霉AS3.4290對(duì)化合物1的轉(zhuǎn)化反應(yīng)

將保藏菌種接種到 PDA斜面培養(yǎng)基上，30,℃恒溫培養(yǎng)72,h，用接種環(huán)刮取菌落表面的孢子接種于含有 100,mL發(fā)酵培養(yǎng)基的 250,mL培養(yǎng)瓶中，30,℃、120,r/min 搖床培養(yǎng) 48,h．以 1%,的接種量轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基中，30,℃、120,r/min 搖床培養(yǎng)24,h．加入底物溶液100,μL，使轉(zhuǎn)化液中化合物1的質(zhì)量濃度達(dá)到0.1,g/L，30,℃、120,r/min 繼續(xù)培養(yǎng) 7,d，終止發(fā)酵．1.2.4 產(chǎn)物的分離純化與結(jié)構(gòu)鑒定

轉(zhuǎn)化反應(yīng)結(jié)束后抽濾分離菌絲體和發(fā)酵液．分別用乙酸乙酯萃取菌絲體和發(fā)酵液，振蕩，重復(fù) 3次，合并萃取液，減壓蒸發(fā)除去溶劑，得到轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的粗品．對(duì)粗轉(zhuǎn)化產(chǎn)物進(jìn)行硅膠柱色譜分離，石油醚與乙酸乙酯體積比分別為 100∶0、20∶1、10∶1、5∶1、3∶1、2∶1、1∶1．產(chǎn)物用氯仿和己烷重結(jié)晶，得到化合物2，黃色結(jié)晶，產(chǎn)率為23%,．

1.3 醋酸酐乙?；?/h3>

化合物 2(100,mg，0.31,mmol)溶于乙酸酐(5,mL)中回流反應(yīng) 2,h．冷卻至室溫后，反應(yīng)液用乙酸乙酯(50,mL)稀釋，有機(jī)相依次用飽和碳酸氫鈉水溶液(50,mL)萃取 1次，飽和氯化鈉水溶液(50,mL)萃取 2次．有機(jī)相用無水硫酸鈉干燥，除去溶劑．對(duì)粗品進(jìn)行硅膠柱色譜純化(石油醚與乙酸乙酯體積比為5∶1)，得到化合物3，白色結(jié)晶，產(chǎn)率為98%,．

1.4 體外抗腫瘤活性的測(cè)定

分別取對(duì)數(shù)生長期的人慢性髓原白血病細(xì)胞K562、人肝癌細(xì)胞 HepG2和人結(jié)腸癌細(xì)胞 HT-29，用 0.25%,胰蛋白酶消化，以 5×104,mL-1細(xì)胞密度接種于 96孔培養(yǎng)板內(nèi)，每孔 100,μL，置于 37,℃、5%,CO2培養(yǎng)箱孵育 24,h．靛紅衍生物組(化合物 1—3)加藥終濃度為 10,μmol/L、1,μmol/L、0.1,μmol/L、10,nmol/L、1,nmol/L．同時(shí)設(shè)置等體積 DMSO 溶劑對(duì)照組和陽性對(duì)照組(喜樹堿)，每組設(shè) 3個(gè)平行孔．24,h后每孔加入藥物 0.5,μL，溶劑對(duì)照組加入等體積DMSO．37,℃、5%,CO2培養(yǎng)箱孵育48,h后，每孔加入 MTT 20,μL，37,℃、5%,CO2培養(yǎng)箱繼續(xù)孵育 4,h后終止培養(yǎng)．棄去培養(yǎng)基上清液，每孔加入 DMSO 100,μL，置于培養(yǎng)箱 10,min， 臜使甲 結(jié)晶充分溶解，酶標(biāo)儀 492、630,nm 波長下測(cè)定吸光度，用 Graph Pad Prism 5.0軟件計(jì)算藥物對(duì)細(xì)胞生長的半數(shù)抑制濃度IC50值．

2 結(jié)果與分析

2.1 化合物1的生物轉(zhuǎn)化與結(jié)構(gòu)鑒定

課題組前期篩選了多種微生物，發(fā)現(xiàn)康寧木霉AS3.4290對(duì)化合物1的C-3羰基具有選擇性還原能力．因此，利用康寧木霉對(duì)化合物 1進(jìn)行了生物轉(zhuǎn)化．對(duì)獲得微生物轉(zhuǎn)化的化合物 2純品進(jìn)行了質(zhì)譜測(cè)試，相對(duì)分子質(zhì)量為 322.2([M-H]-)，說明產(chǎn)物加了兩個(gè)氫(化合物 1的相對(duì)分子質(zhì)量為 321.3)，初步說明是還原產(chǎn)物．并對(duì)化合物 2進(jìn)行了核磁共振氫譜和碳譜測(cè)試與分析，進(jìn)一步確定了化合物2為還原產(chǎn)物，但難以確定還原的位置以及羥基的構(gòu)型．

2.2 化合物2的乙?；c結(jié)構(gòu)鑒定

由于化合物 2易被氧化，穩(wěn)定性較差，為了獲得穩(wěn)定的產(chǎn)物用于進(jìn)一步結(jié)構(gòu)解析，對(duì)化合物2的羥基進(jìn)行了乙?；?，得到化合物 3(圖 1)．對(duì)化合物 3首先進(jìn)行了核磁共振和質(zhì)譜測(cè)試，但仍難以確定 3-羥基的構(gòu)型．因此，進(jìn)一步獲得了化合物 3的單晶，并進(jìn)行了X單晶衍射測(cè)定，結(jié)構(gòu)如圖2所示，化合物的3位乙酰氧基為α-構(gòu)型，從而推斷出不穩(wěn)定化合物 2的3-羥基為α-構(gòu)型．

圖1 HKL-2c的微生物轉(zhuǎn)化與乙?；疐ig. 1 Biotransformation and acetylation of HKL-2c

圖2 化合物3的單晶結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Single crystal structure of compound 3

2.3 化合物光譜數(shù)據(jù)

(S，E)-3-(1-芐基-3-羥基-2-羥基吲哚-5-基)丙烯酸甲酯(化合物 2)：1H NMR(400,MHz，CDCl3)3.78(s，3H)，4.89(s，2H)，5.22(s，1H)，6.33(d，1H，J＝16.0,Hz)，6.72(d，1H，J＝8.0,Hz)，7.27～7.37(m，6H)，7.62(d，1H，J＝16.0,Hz)，7.67(s，1H)．13C NMR(100,MHz，CDCl3)δ 44.0，51.7，69.5，109.7，116.4，124.2，127.3，127.3，127.6，128.0，128.9，128.9，129.8，130.9，134.8，144.1，144.7，167.5，177.0．ESI-MS 322.0 [M-H]-．

(S，E)-3-(3-乙酰氧基-1-芐基-2-氧代二氫吲哚-5-基)丙烯酸甲酯(化合物 3)：1H NMR(400,MHz，Acetone-d6)2.22(s，3H)，3.71(s，3H)，4.79(s，2H)，6.15(d，1H，J＝12.0,Hz)，6.71(d，1H，J＝8.4,Hz)，7.18～7.27(m，7H)，7.48(d，1H，J＝15.6,Hz)，7.60(d，1H，J＝8.0,Hz)．13C NMR(100,MHz，Acetone-d6)δ 19.6，43.9，50.7，109.5，109.5，116.2，127.1，127.1，127.1，127.2，127.2，128.5，128.5，128.5，131.7，135.5，143.7，146.3，166.5，169.3．ESI-MS 363.8 [M-H]-．

2.4 靛紅衍生物體外抗腫瘤活性測(cè)定結(jié)果

以喜樹堿為陽性對(duì)照，通過 MTT法檢測(cè)化合物1—3對(duì)人源性肝癌細(xì)胞 HepG2、人源性結(jié)腸癌細(xì)胞HT-29、白血病細(xì)胞K562體外抗腫瘤活性，結(jié)果見表1．與化合物 1相比，化合物 2的抗腫瘤活性保持較好，而化合物3的活性有所下降，說明3位羰基或羥基是活性必需的．

表1 靛紅衍生物 1—3抑制 K562、HepG2、HT-29細(xì)胞增殖的IC50值Tab. 1 IC50 of indole derivatives 1-3 inhibiting for K562，HepG2 and HT-29 cell proliferation

3 結(jié) 論

目前，對(duì)于靛紅母核的還原只有利用硼氫化鈉將C-3羰基還原成 3β-羥基的報(bào)道，但尚未見還原成3α-羥基報(bào)道．本研究通過微生物轉(zhuǎn)化的方法，利用康寧木霉菌株獲得了靛紅類衍生物的 C-3羰基還原為 3α-羥基的產(chǎn)物，由于產(chǎn)物的不穩(wěn)定性，利用其乙?；a(chǎn)物間接確定了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，單晶衍射結(jié)果確證了羥基的絕對(duì)構(gòu)型．其體外抗腫瘤活性測(cè)試表明，羰基還原為 3α-羥基后，抗腫瘤活性保持，對(duì) 3種腫瘤細(xì)胞株K562、HepG2和HT-29的抑制活性均高于陽性對(duì)照組．本研究為靛紅類衍生物 3位羰基區(qū)域性和立體選擇性還原開辟了新的方法，為該類化合物的衍生化和構(gòu)效關(guān)系研究奠定了基礎(chǔ)．

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