萘醌衍生物的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

黃周鋒　胡筱?！↑S建猷　陸國(guó)壽　譚曉

【摘 要】 萘醌類化合物是一類廣泛存在于自然界中的小分子化合物，具有抗腫瘤、抗炎等多種生物活性，人們對(duì)萘醌化合物及其衍生物研究關(guān)注較多，萘醌作為親電試劑可以與細(xì)胞內(nèi)的電負(fù)性物質(zhì)發(fā)生結(jié)合，從而產(chǎn)生藥理活性，文章綜述萘醌衍生物的構(gòu)效關(guān)系，為進(jìn)一步開發(fā)和利用萘醌衍生物提供參考。

【關(guān)鍵詞】 萘醌;衍生物;構(gòu)效關(guān)系

【中圖分類號(hào)】R284 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A【文章編號(hào)】1007-8517（2020）4-0047-07

Advances in Research on Structure-activity Relationship of Naphquinone Derivatives

HUANG Zhoufeng1，2* HU Xiaoxi1 HUANG Jianyou1 LU Guoshou1 TAN Xiao1

1.Guangxi Institute of Traditional Medical and Pharmaceutical Sciences，Nanning 530022，China;

2.Guangxi Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine Quality Stardands，Nanning 530022，China

Abstract：Naphthoquinone are a kind of small molecular compounds widely existing in nature，their various bioactivities include anticancer and anti-inflammatory，there has been great interest in naphquinone compounds and derivatives.As an electrophile，naphthoquinone can bind to electrinegative in cells to generates pharmacological activity.This paper reviews the structure-activity relationship of naphquinone derivatives，it provides reference for firther development and utilization of naphquinone derivatives.

Key words：Naphquinone; Derivatives; Structure-activity Relationship

萘醌類化合物（Naphthoquinone）是天然醌類化合物中重要的一類化合物，具有多種生物活性，許多萘醌化合物顯示出良好的抗腫瘤活性如紫草素、胡桃醌、蘭雪醌、維生素K3、沙爾威辛（salvicine）等，萘醌類化合物通常可分為萘茜類（5，8-二羥基-1，4-萘醌）、1，4-萘醌類和1，2-萘醌類等，萘茜及1，4-萘醌分布比較廣泛，在夾竹桃屬Rauwolfia，鳳仙花科Impatiens屬，大戟科Jatropha屬，胡桃科Carya、Juglans、Platycarya屬，百合科Dianella、Stypandra屬中都有分布。部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。萘醌衍生物通過(guò)形成醌甲基化衍生物的過(guò)程對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性，其機(jī)制包括氧化還原循環(huán)、芳基化、誘導(dǎo)的DNA鏈破壞和產(chǎn)生自由基等。目前對(duì)萘醌類化合物的結(jié)構(gòu)修飾的目的主要集中在增強(qiáng)萘醌母核的生物活性和降低萘醌母核的細(xì)胞毒性。

1 萘茜類

范文海等[1]采用量子化學(xué)方法對(duì)目前發(fā)現(xiàn)兩類1，4-萘醌類化合物——紫草素類（shikonin）（1）、阿卡寧類（alkannin）（2）的39個(gè)衍生物進(jìn)行電離能（IP）、電子親和勢(shì)（EA）及羥基氫原子解離能（BDE）方面的理論研究，分析各物理量與羥基自由基清除活性之間的關(guān)系。并研究了5，7及9位C及14，16位氧的自旋密度及化合物電子親和勢(shì)（EA）對(duì)其活性的影響。結(jié)果表明，化合物側(cè)鏈的增長(zhǎng)及不飽和鍵的存在均可導(dǎo)致其BDE和IP值的減小，EA值的減小，說(shuō)明苯氧基自由基自旋密度的增大，有助于其自由基清除活性的增大，表明其抗腫瘤作用的增強(qiáng)。同時(shí)，在支鏈上引入體積較大的官能團(tuán)以及羥基和乙?；?，會(huì)導(dǎo)致化合物的BDE和IP值的增大。SONG 等[2]在5，8-二羥基-1，4-萘醌（3）的基礎(chǔ)上合成了6-（1-羥烷基）-5，8-二甲氧基-1，4-萘醌（4）及2-（1-羥烷基）-二甲氧基-1，4-萘醌（5），前者表現(xiàn)出比后者具有更強(qiáng)的與谷胱甘肽反應(yīng)的活性以及對(duì)L1210細(xì)胞的細(xì)胞毒性，隨著進(jìn)一步的研究表明6-（1-羥烷基）-5，8-二甲氧基-1，4-萘醌引入短鏈烷基（C2-C6）比引入長(zhǎng)鏈（>C6）時(shí)表現(xiàn)出更強(qiáng)的生物活性。并分析出烷基化可以提高萘醌母核的親電性能，從而增強(qiáng)了與谷胱甘肽反應(yīng)的活性。

KYONG-UP等[3]合成了2位取代萘醌衍生物，5，8-二羥基-1，4-萘醌衍生物（DHNQ）以及5，8-二甲氧基-1，4-萘醌衍生物（DMNQ）（如圖2所示），并分析了這些衍生物的細(xì)胞毒性以及抗S-180癌細(xì)胞的活性。一般來(lái)說(shuō)，2-（1-羥烷基）- 5，8-二羥基-1，4-萘醌衍生物（6）比2-（1-羥烷基）- 5，8-二甲氧基-1，4-萘醌衍生物（7）的細(xì)胞毒性要強(qiáng)，這表明對(duì)細(xì)胞的毒性作用主要是氧化還原作用，而不是親電性造成的。在前述的兩類衍生物中的C-1′位置引入烷基和酰基生成2-（1-烷氧基-4-甲基戊基）或2-（1-酰氧基-4-甲基戊基）的衍生物，在引入C-1′引入烷基或?；鶗r(shí)細(xì)胞毒性并未得到改善。另一方面，在體內(nèi)測(cè)試中表明，和細(xì)胞毒性相比，2-（1-酰氧基烷基）-DHNQ衍生物或者2-（1-烷氧基烷基）-DHNQ衍生物表現(xiàn)出比2-（1-羥基烷基）-DMNQ 或者2-（1-羥基烷基）-DHNQ衍生物具有高的抗腫瘤活性。C-1′的側(cè)鏈長(zhǎng)度決定了其抗腫瘤活性的強(qiáng)度，9到11個(gè)碳原子為最佳長(zhǎng)度。

SANKAWA[4]研究證實(shí)兩個(gè)典型的萘茜化合物——二氫紫草素（8）和紫草素在相似的劑量水平上產(chǎn)生較強(qiáng)的抗腫瘤活性，但是二氫紫草素的毒性卻增強(qiáng)明顯，動(dòng)物致死率在75%。Youngjae Y等[5]的研究得出：萘醌類對(duì)GSH結(jié)合物的形成速率、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶-I的抑制作用和對(duì)L1210細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用的強(qiáng)弱均遵從如下順序：5，8-二甲氧基-1，4-萘醌（DMNQ）（9）>6-（1-羥乙基）-DMNQ>2-（1-羥乙基）-DMNQ;分析出了取代基的立體結(jié)構(gòu)是降低其生物活性的主要原因，特別是2-取代物上的取代基的立體結(jié)構(gòu)尤為明顯;2-（1-羥乙基）-DMNQ不與GSH和酶反應(yīng)，而2-（1-羥乙基）-DMNQ通過(guò)乙?；傻?-（乙酰氧乙基）-DMNQ，其生物活性得到了增強(qiáng)，與GSH和酶形成共軛反應(yīng)。

SONG等[6]合成了2位和6位?；?，8-二甲氧基-1，4-萘醌（DMNQ）衍生物，研究了各個(gè)衍生物對(duì)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶-I的抑制作用和對(duì)L1210細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用，與2-?；?DMNQ衍生物相比，6-?；?DMNQ化合物具有更高的親電的醌部分結(jié)構(gòu)，在抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I和細(xì)胞毒性方面表現(xiàn)出更高的效能，暗示親電芳基化可能參與其生物活性。在6-?；?DMNQ衍生物中，具有中等大小的?；–5-C9）的衍生物在生物活性方面表現(xiàn)出比其他衍生物更高的效能。此外，為了有效抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I，6-酰化衍生物的?；糠值拇笮∷坪跸拗圃谛∮?2個(gè)碳原子。

2 1，4-萘醌類

KAMEI等[7]在兩類1，4-萘醌類化合物——胡桃醌（10）和散沫花素（11）抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的研究發(fā)現(xiàn)化合物中酚羥基的個(gè)數(shù)越多細(xì)胞毒性越大。OLIVEIRA等[8]同樣在幾個(gè)1，4-萘醌類化合物——胡桃醌、拉帕醇和散沫花素的基礎(chǔ)上合成了4種它們的糖鏈衍生物，發(fā)現(xiàn)糖鏈的引入有效地避開了細(xì)胞對(duì)此類細(xì)胞毒化合物的排斥，增加了腫瘤細(xì)胞的吸收度，從而提高了這些衍生物的活性。PLYTA等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)萘醌母核2位取代基為供電基團(tuán)時(shí)將會(huì)降低對(duì)拓?fù)涿福═OPO-I）的抑止活性，甚至消失，其推測(cè)為供電基團(tuán)使醌母核的親電性能下降。

SONG等[2]的報(bào)道中指出中等長(zhǎng)度的碳鏈（C5-C8）在2或3位引入時(shí)，萘醌具有最高活性。邱美玉等[10]利用親核試劑對(duì)α，β-不飽和羰基進(jìn)行攻擊，通過(guò)邁克爾加成反應(yīng)添加硫醇或氨基化合物給萘環(huán)的提供電子，并且通過(guò)2位的加成反應(yīng)，將原來(lái)結(jié)構(gòu)中的1-羥基-4-甲基戊-3-烯基改變?yōu)樾羴嗧炕蛐涟坊_比較了不同的親核基團(tuán)對(duì)萘醌類化合物生物活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2-辛亞砜-5，8-二甲基-1，4-萘醌（12）可以促進(jìn)早期ROS水平升高，抑制Akt磷酸化水平，并選擇性的激活p38，ERK信號(hào)通路，從而抑制肝癌細(xì)胞株HepG2細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)其發(fā)生凋亡。徐宛婷等[11-12]合成了5，8位不含有羥基且2號(hào)位的氫被取代基替換的一種新型1，4-萘醌類衍生物-2-丁亞砜-1，4-萘醌（13）（如圖3所示），不僅降低了其毒性還提高了抗腫瘤活性，經(jīng)2-丁亞砜-1，4-萘醌處理過(guò)的人惡性黑色素瘤A375細(xì)胞，存活率逐漸降低，促凋亡Bad和cleaved-caspase-3表達(dá)量逐漸升高，顯著增加細(xì)胞內(nèi)ROS水平。

維生素K3（VK3）是是一種1，4-萘醌衍生物（1，Menadione，2-methy[1，4]naphthoquinoline）（14），VK1-3都有抗腫瘤活性，Chen等[13]研究表明腫瘤細(xì)胞抑制活性隨著VK3衍生物的修飾側(cè)鏈長(zhǎng)度增加而降低，當(dāng)較短的脂肪側(cè)鏈的起始位置引入O原子或S原子可以增強(qiáng)化合物的抗腫瘤作用，側(cè)鏈起始端引入S/O原子，因O原子電負(fù)性法，削弱了2，3-雙鍵親核性的程度高于S原子，保留2-烴硫基團(tuán)，將碳鏈從2個(gè)碳原子一直延長(zhǎng)到11個(gè)碳原子，發(fā)現(xiàn)碳鏈超過(guò)6個(gè)亞甲基的長(zhǎng)度沒(méi)有抑制活性，側(cè)鏈區(qū)域的立體位阻有可能成為與酶親和力的影響因素。

劉站雄等[14]設(shè)計(jì)合成了一系列1-單取代的萘醌及蒽醌并咪唑衍生物（15），經(jīng)細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其中具有大共軛體系和小位阻取代基的1，-甲基蒽醌并咪唑顯示出優(yōu)于此前報(bào)道的1，2-二取代萘醌并咪唑衍生物的抗腫瘤活性和選擇性，其對(duì)乳腺癌細(xì)胞和非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞具有很好的抗惡性增殖活性。王昊乾等[15]紫草萘醌的5，8位經(jīng)過(guò)甲基化由紫草素的羥基改為甲氧基，來(lái)降低其細(xì)胞毒性，并通過(guò)2位的加成反應(yīng)，將原來(lái)結(jié)構(gòu)中的1-羥基-4-甲基戊-3-烯基改變?yōu)楹胁煌L(zhǎng)度的烷烴或芳香烴的巰基、氨基化合物，其中2-卞硫基-5，8-二甲氧基-1，4-萘醌（16）為表現(xiàn)出細(xì)胞毒性，而且可以通過(guò)清除自由基，提高機(jī)體自由基防御酶系來(lái)降低細(xì)胞內(nèi)活性氧水平。

KIM等[16]對(duì)化合物2-（1-肟基庚基）-5，8-二甲氧基-1，4-萘醌的藥理學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究，在對(duì)小鼠肉瘤180處理4h后，可以抑制細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶（pERK）的磷酸化，活化細(xì)胞應(yīng)激C-Jun-N間隙激酶（JNK）的蛋白激酶C-α（PKC-α）。Katti等[17]用肉瘤Walker256和白血病P388細(xì)胞系對(duì)異戊烯酰紫草素（β，β-Dimethylacrylshikonin）（17）及其衍生物進(jìn)行了篩選。認(rèn)為這類化合物的作用方式主要是它們的生物烷基化做，側(cè)鏈α-位的離去基團(tuán)（-OH）的存在可以使其在生物體內(nèi)被還原成相應(yīng)的還原態(tài)醌，這個(gè)還原態(tài)醌通過(guò)Michael加成反應(yīng)發(fā)揮烷基化作用[18]。

1，4-萘醌類化合物具有良好的抗炎活性，WURM等[19]經(jīng)過(guò)研究得出結(jié)論，鄰羥基結(jié)構(gòu)與1，4-萘醌羰基的存在以及指甲花醌的整體平面結(jié)構(gòu)式?jīng)Q定其抗炎活性的關(guān)鍵因素，比如化合物：2-乙基-5-羥基-1，4-萘醌和2-甲基-3-羥基-1，4-萘醌確實(shí)具有有效的抗炎活性。Buckle等[20]人設(shè)計(jì)合成了硝基指甲花醌，通過(guò)測(cè)試其是一種大鼠被動(dòng)皮膚過(guò)敏反應(yīng)的有效抑制劑（PCA），其結(jié)構(gòu)可以在C-6和C-7位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾來(lái)提高其抑制活性，并且即使通過(guò)口服給藥之后還能表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制活性。

3 1，2-萘醌類

AHN等[21]研究發(fā)現(xiàn)了一種1，2-萘醌類化合物為一類非酸類PTP1B抑制劑，小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明具有很高的抗高血糖活性。潘詠梅等[22]研究了1，2-萘醌類抑制劑與絡(luò)氨酸蛋白磷酸酯酶PTP1B之間的相互作用模式發(fā)現(xiàn)，在以后的分子設(shè)計(jì)中，可以適當(dāng)引入疏水基團(tuán)，增加抑制劑與PTP1B的結(jié)合能力，從而提高活性。于倩[23]對(duì)抑制PTP1B的蛋白活性的1，2-萘醌類小分子化合物進(jìn)行了3D-QSAR研究，得到具有較好預(yù)測(cè)能力的CoMFA和CoMSIA模型，通過(guò)分析模型發(fā)現(xiàn)，在R3位引入強(qiáng)的拉電子基團(tuán)且較小體積的親水性取代基團(tuán)，在R6位上引入較大體積的取代基以及R4位的芳基，R7位引入較小體積的取代基，有利于化合物活性的提高。

拉帕醌（18）是一類重要的天然1，2-萘醌類化合物，微量提高拉帕醌的抗腫瘤活性，很多研究者對(duì)拉帕醌進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾，目前對(duì)拉帕醌的結(jié)構(gòu)修飾主要集中在三個(gè)位點(diǎn)：異戊二烯側(cè)鏈，羥基和羰基。EYONG等[24]通過(guò)2，3-二氯-5，6-二氰基-1，4-苯醌、臭氧和CAN（硝酸鈰銨）的氧化反應(yīng)合成了拉帕醌的衍生物。反應(yīng)獲得的化合物2-（1-甲基乙烯基）-2，3-二氫萘并[2-3]呋喃-4，9-二酮在人前列腺癌細(xì)胞（DU-145）中的IC50 = 2.80 μM。

β-拉帕醌（19）是一種生長(zhǎng)在阿根廷的紫薇科植物中的天然化合物，有廣譜抗癌活性，其發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)主要與胞質(zhì)黃素酶（NAO1）的特異性激活有關(guān)，通過(guò)NQO1依賴性的活性氧的形成，誘導(dǎo)NQO1過(guò)表達(dá)的癌細(xì)胞發(fā)生死亡[25]。Rhinacanthone（20）則是首次從灌木植物（Rhinacanthus nasutus）中分離得到，泰國(guó)民間常用這種植物來(lái)治療癌癥、肝炎、皮膚病等[26]，β-拉帕醌和Rhinacanthone在結(jié)構(gòu)上的差別僅在于二甲基位置的不同。

丹參酮中也含有1，2-萘醌結(jié)構(gòu)，通常由四個(gè)環(huán)組成，包括萘或四氫化萘環(huán)A和B，一個(gè)鄰位的或?qū)ξ货騼?nèi)酯環(huán)C和一個(gè)呋喃或二氫呋喃環(huán)D。丹參酮ⅡA對(duì)缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用，沈婉麗等[27]評(píng)價(jià)丹參酮ⅡA與N-甲基-D-葡萄糖胺反應(yīng)得到的一種新的水溶性的丹參酮ⅡA衍生物對(duì)心肌缺血再灌注損傷的保護(hù)作用與機(jī)制，結(jié)果表明采用丹參酮ⅡA衍生物預(yù)處理能顯著減少大鼠心肌缺血再灌注損傷引起的心肌炎癥浸潤(rùn)及氧化損傷。WU等[28]以丹參酮IIA為母體結(jié)構(gòu)，引入咪唑環(huán)，設(shè)計(jì)合成了一系列丹參酮IIA-咪唑衍生物，并獲得了這類分子的晶體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的構(gòu)效關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，共軛芳香環(huán)數(shù)量的增加有效提高了丹參酮IIA分子的抗腫瘤活性，其中末端苯環(huán)對(duì)位給電子取代基的化合物TA12表現(xiàn)出最好的抑制三陰性乳腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的活性。并發(fā)現(xiàn)TA12能激活ROS的釋放并調(diào)控PTEN/AKT信號(hào)通路，抑制侵襲性偽足的形成，從而有效抑制在斑馬魚移植瘤模型中的乳腺癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移。

4 小結(jié)

以上研究結(jié)果提示，對(duì)屬于醌類化合物的萘醌化合物的2、3、8等位點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，引進(jìn)含N、O、S等雜原子的側(cè)鏈，有望提高其生物活性、降低毒性、增加選擇性，獲得良好的抗腫瘤藥物候選化合物。另外，對(duì)1，2萘醌的研究較少，但從已報(bào)道的文獻(xiàn)來(lái)看，1，2-萘醌為一種潛在的非酸類PTP1B抑制劑，且具有良好的抗腫瘤作用，因此需要更一步的研究，為從天然產(chǎn)物及其衍生物中開發(fā)新藥的思路提供有力依據(jù)。

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（收稿日期：2019-11-25 編輯：劉 斌）

基金項(xiàng)目： 廣西中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)性研究課題（桂中重自201506，桂中重自201601）。

作者簡(jiǎn)介：黃周鋒（1986-），男，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)成分研究。E-mail：ferhung@126.com

通信作者：胡筱希（1991-），女，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)成分研究。E-mail：luwenjie0771@163.com