靛紅雜合體在抗腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用

(黃淮學(xué)院,駐馬店 463000)

1 前言

靛紅(圖1)，又稱(chēng)吲哚-2,3-二酮或吲哚滿(mǎn)二酮，廣泛存在于自然界中[1]。靛紅類(lèi)化合物可與各種藥物變電通過(guò)形成氫鍵、范德華力、金屬螯合、偶合作用和π-π共軛等多種非共價(jià)鍵作用相結(jié)合，具有包括抗腫瘤在內(nèi)的多種生物活性[2-3]。靛紅可供修飾的位點(diǎn)較多，幾乎各個(gè)位點(diǎn)均可引入取代基，使得靛紅母核已成為藥物化學(xué)家競(jìng)相研究的熱點(diǎn)骨架。研究表明，靛紅類(lèi)化合物可通過(guò)抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2(VEGFR-2)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體1(FGFR-1)、血小板衍生生長(zhǎng)因子受體β(PDGFR-β)、P-糖蛋白(P-gp)、人多藥耐藥相關(guān)蛋白1(ABCC1)、酪氨酸激酶、碳酸酐酶和微管蛋白等誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，因此該類(lèi)化合物對(duì)藥敏型和耐藥型腫瘤細(xì)胞都具有潛在活性[4-5]。特別值得一提的是，以舒尼替尼和尼達(dá)尼布為代表的靛紅類(lèi)抗腫瘤藥物已廣泛用于各種癌癥的臨床治療。顯而易見(jiàn)，靛紅類(lèi)化合物在抗腫瘤新藥研發(fā)領(lǐng)域是不可或缺的。

眾所周知，雜合體分子具有克服耐藥性和提高特異性的潛力，是新型抗腫瘤藥物的重要來(lái)源，故雜合體分子引起了藥物化學(xué)家的極大興趣。本文綜述了自2015年以來(lái)所發(fā)展的靛紅雜合體在抗腫瘤領(lǐng)域中的最新研究進(jìn)展，與此同時(shí)，還探討了這類(lèi)化合物的作用機(jī)制和構(gòu)-效關(guān)系(SAR)，以期為科學(xué)家合理設(shè)計(jì)更有效的候選藥提供思路。

2 靛紅-雜合體的抗腫瘤活性

通過(guò)靛紅N-1位連接的靛紅-1,2,3-三氮唑雜合體1(圖2,IC50:9.78～25.21μmol/L)具有潛在的抗TE-1,MCF-7,SW780和MGC-803腫瘤細(xì)胞活性，且活性與對(duì)照藥5-氟尿嘧啶(IC50:6.99～17.32μmol/L)相當(dāng)[6]。作用機(jī)制的研究結(jié)果表明，此雜合體能通過(guò)包含線(xiàn)粒體介導(dǎo)的內(nèi)在途徑和死亡受體介導(dǎo)的外源性途徑在內(nèi)的多種途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，雙靛紅-1,2,3-雜合體2(IC50:0.18～49.26μmol/L)對(duì)HepG2、HeLa、A549、DU145、SKOV3、MCF-7和耐阿霉素MCF-7/ADR腫瘤細(xì)胞的活性?xún)?yōu)于對(duì)照藥依托泊苷(IC50:6.94～＞50μmol/L)，且耐藥性指數(shù)為0.32，提示這類(lèi)雜合體可能具有全新的作用機(jī)制，具有抗耐藥腫瘤的潛力[7-8]。

C-3位連接的靛紅-1,2,3-三氮唑雜合體3(IC50:6.22～9.94μmol/L)不僅具有潛在的抗HepG2,MCF-7和MDA-MB-435s腫瘤細(xì)胞活性，而且對(duì)正常HEK293細(xì)胞未顯示出任何毒性(IC50:＞200μmol/L)，選擇性指數(shù)＞20.1[9]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，此雜合體可促進(jìn)活性氧(ROS)的產(chǎn)生，抑制腫瘤細(xì)胞遷移，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。對(duì)一系列烯鍵連接的順式和反式靛紅-1,2,3-三氮唑雜合體的體外抗腫瘤活性研究結(jié)果表明，雜合體4(IC50:3.7～17.2μmol/L)的抗A549,BT549,DU145,HeLa,MDA-MB-231和PC-3腫瘤細(xì)胞活性與對(duì)照藥舒尼替尼(IC50:10.4～16.3μmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)，但該雜合體對(duì)正常RWPE-1細(xì)胞也顯示出一定的毒性(IC50:21.4μmol/L)，仍需進(jìn)一步優(yōu)化[10]。

靛紅-1,2,3-三氮唑-硝基咪唑雜合體5a～d(IC50:16.06～70.71μmol/L)的抗MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞活性與對(duì)照藥他莫昔芬(IC50:50和75μmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)[11]。SAR顯示，向靛紅的C-3位引入氨基硫脲取代羰基對(duì)活性不利，但延長(zhǎng)靛紅與1,2,3-三氮唑之間的烷基碳鏈長(zhǎng)度對(duì)活性有利。代表物5b(IC50:20.76和16.06μmol/L)的抗MCF-7和MDA-MB-231腫瘤細(xì)胞活性盡管是他莫昔芬的2.4和4.6倍，但該化合物對(duì)正常HEK-293細(xì)胞的毒性較高(IC50:12.11μmol/L)，仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

靛紅-噻唑雜合體6a(IC50:1.16～4.29μmol/L)的抗A-549,ZR-75和HT-29腫瘤細(xì)胞活性是舒尼替尼(IC50:5.87～10.14μmol/L)的1.3～7.1倍，而雜合體6b(IC50:16μmol/L)則對(duì)耐多藥NCI-H69AR肺癌細(xì)胞活性具有潛在的活性，故二者可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化[12]。雜合體7(IC50:4.7nmol/L)具有極高的抗MCF-7乳腺癌細(xì)胞活性，其活性是阿霉素(IC50:1.2μmol/L)的255倍，極具進(jìn)一步開(kāi)發(fā)價(jià)值[13]。靛紅-苯并噻唑雜合體8(IC50:34.31μmol/L)的抗MCF-7細(xì)胞活性與舒尼替尼(IC50:33.80μmol/L)相當(dāng)，且作用機(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可高效的抑制VEGFR-2、PDGFR-β和FGFR-1，IC50分別為160、90和350nmol/L[14]。

靛紅-吡唑雜合體9(IC50:1.37～16.0μmol/L)具有潛在的抗A-549、ZR-75、HT-29和耐多藥NCIH69AR腫瘤細(xì)胞活性，其(IC50:1.37～2.75μmol/L)抗A-549,ZR-75和HT-29腫瘤細(xì)胞活性是舒尼替尼(IC50:5.87～10.14μmol/L)的2.1～6.0倍[12]。雜合體10a,b(IC50:30.41和29.69μmol/L)的抗A549細(xì)胞SAR研究結(jié)果顯示，向靛紅的C-6位引入鹵素對(duì)活性有利[15]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，這類(lèi)雜合體能夠通過(guò)線(xiàn)粒體途徑誘導(dǎo)A549細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤活性，但對(duì)細(xì)胞周期沒(méi)有影響。

靛紅-1,3,4-噻二唑雜合體11 (IC50:10.46～21.41μmol/L)具有潛在的抗MCF-7細(xì)胞活性，且SAR顯示，R1和R2位上的取代基對(duì)活性影響不大[16]。雜合體12(IC50:1.61～25.46μmol/L)的抗HepG-2,AsPc-1和HeLa腫瘤細(xì)胞活性與吉非替尼(IC50:5.19～16.41μmol/L)相當(dāng)，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化[17]。雜合體13a,b(IC50:0.65～17.09μmol/L)對(duì)源自白血病、非小細(xì)胞肺癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌、卵巢癌和黑色素瘤等60株腫瘤細(xì)胞具有良好的廣譜活性，值得進(jìn)一步研究[18]。

圖1 靛紅母核、舒尼替尼和尼達(dá)尼布的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖2 靛紅-唑雜合體1～13的化學(xué)結(jié)構(gòu)

靛紅-苯并呋喃雜合體14(圖3)的體外抗腫瘤細(xì)胞SAR研究結(jié)果顯示，這類(lèi)雜合體的活性與靛紅和苯并呋喃母核之間連接子的碳鏈長(zhǎng)度及R1和R2位的取代基息息相關(guān)，且長(zhǎng)碳鏈連接子、R1位為鹵素和R2位為甲氧基對(duì)活性有利[19-21]。代表物14a,b(IC50:47.6～76.9μmol/L)的抗DU145,MCF-7和MCF-7/ADR腫瘤細(xì)胞活性與舒尼替尼(IC50:18.9～＞100μmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)，且對(duì)正常HEK-293細(xì)胞的毒性(IC50:256和128μmol/L)低于舒尼替尼(IC50:64μmol/L)。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，這類(lèi)雜合體(IC50:0.23～1.43μmol/L)可通過(guò)抑制VEGFR-2誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，向靛紅的C-3位引入甲氧亞胺基并不會(huì)明顯改善抗腫瘤活性[21]。代表物15a～e(IC50:65.4～92.0μmol/L)的抗HepG2、HeLa、A549、PC-3和MCF-7腫瘤細(xì)胞活性與伏立諾他(IC50:64.2～＞100μmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)，值得進(jìn)一步優(yōu)化。

香豆素-查耳酮雜合體16a,b(IC50:3.59～9.91μmol/L)的抗MCF-7,MDA-MB-231和MDA-MB-468乳腺癌細(xì)胞活性?xún)?yōu)于對(duì)照藥順鉑(IC50:23.65～31.02μmol/L)，可作為抗乳腺癌候選物進(jìn)一步優(yōu)化[22]。雜合體17(IC50:3.2～5.7μmol/L)的抗BGC-823,SGC-7901和NCI-H460腫瘤細(xì)胞活性高于姜黃素(IC50:19.5～26.2μmol/L)和黃腐酚(IC50:6.9～10.0μmol/L)，且作用機(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可阻滯腫瘤細(xì)胞G2/M期，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[23]。在移植NCI-H460的小鼠模型中，該雜合體可抑制體內(nèi)56%的腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，活性?xún)?yōu)于姜黃素(28%)。不僅如此，所測(cè)試小鼠未顯示出任何嚴(yán)重副作用，提示其安全性良好。

靛紅-喹唑啉雜合體18(IC50:1.0～＞100μmol/L)具有潛在的抗MCF-7、HepG2、HT-29和MDAMB-231腫瘤細(xì)胞活性，其中，代表物18a,b(IC50:1.0和1.8μmol/L)的抗HepG2活性?xún)?yōu)于對(duì)照藥阿霉素(IC50:2.9μmol/L)[24-25]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，這類(lèi)雜合體可激活半胱天冬酶-3，提升凋亡相關(guān)基因Bax表達(dá)，誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡。雜合體19a,b(IC50:1.31～22.72μmol/L)的抗SW480、A549、A431和NCI-H1975腫瘤細(xì)胞活性與對(duì)照藥拉帕替尼(IC50:4.80～14.90μmol/L)相當(dāng)，值得進(jìn)一步研究[26]。雜合體20(IC50:0.35和1.38μmol/L)的抗MCF-7和MDAMBA-231腫瘤細(xì)胞活性與對(duì)照藥吉非替尼(IC50:0.9和1.30μmol/L)相當(dāng)[27]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可抑制微管蛋白聚合和EGFR，故可作為雙重抑制劑進(jìn)行研究。

靛紅-甾體雜合體21(圖4,IC50:5.97～16.22μmol/L)對(duì)所測(cè)的HepG2、Huh-7、A875和耐5-氟尿嘧啶BEL-7402/5-FU腫瘤細(xì)胞均顯示出良好的活性，而對(duì)照藥5-氟尿嘧啶(IC50:＞100μmol/L)則未顯示出任何活性[28]。含有過(guò)氧橋的雜合體22(IC50:5.69～20.42μmol/L)具有潛在的抗HepG2、HT-29、MCF-7和HeLa腫瘤細(xì)胞活性，且其(IC50:5.69～9.05μmol/L)抗HepG2,MCF-7和HeLa腫瘤細(xì)胞活性與順鉑(IC50:3.04～6.56μmol/L)相當(dāng)[29]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可以阻滯HepG2細(xì)胞G1期，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。雜合體23(IC50:1.25～7.39μmol/L)不僅對(duì)MCF-7,B16-F10,OVCAR 3,MDA-MB-231,PANC1和A549腫瘤細(xì)胞具有潛在的活性，而且對(duì)正常CHO和NIH 3T3細(xì)胞無(wú)毒性(IC50:＞200μmol/L)[30]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可促使ROS產(chǎn)生，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

圖3 靛紅-苯并呋喃/查耳酮/喹唑啉雜合體14～20的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖4 靛紅-甾體/喹諾酮/二茂鐵/脲雜合體21～26的化學(xué)結(jié)構(gòu)

對(duì)一系列靛紅-1,2,3-三氮唑-環(huán)丙沙星/加替沙星/莫西沙星的體外抗A549、HepG2、MCF-7、PC-3、SW620、SF-268、MGC-803和PANC-1腫瘤細(xì)胞活性研究結(jié)果表明，喹諾酮母核對(duì)活性有顯著影響，且加替沙星優(yōu)于環(huán)丙沙星和莫西沙星[31,32]。其中，雜合體24a,b(IC50:41.1～98.3μmol/L)對(duì)所測(cè)腫瘤細(xì)胞的活性?xún)?yōu)于對(duì)照藥伏立諾他(IC50:64.32～＞100μmol/L)，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化。

靛紅-1,2,3-三氮唑-二茂鐵雜合體25(IC50:14.62和79.63μmol/L)的抗MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞活性與對(duì)照藥他莫昔芬(IC50:50和75μmol/L)相當(dāng)，可作為抗乳腺癌候選物進(jìn)一步研究[33]。研究發(fā)現(xiàn)，靛紅-氨基硫脲雜合體26(IC50:1.51～6.73μmol/L)的抗HeLa和COS-7腫瘤細(xì)胞活性與對(duì)照藥阿霉素(IC50:2.05和3.04μmol/L)處于同一水平[34-35]。在接種埃希利腹水癌的小鼠模型中，代表物26a(腫瘤體積減小7.33mL，小鼠壽命延長(zhǎng)189.6%)可顯著地減小腫瘤體積和延長(zhǎng)小鼠壽命，但活性略弱于對(duì)照藥5-氟尿嘧啶(腫瘤體積減小8.25mL,小鼠壽命延長(zhǎng)237.9%)。

靛紅-鬼臼毒素雜合體27(圖5,IC50:19～241nmol/L)具有極為優(yōu)秀的抗K562和耐阿霉素K562/ADR腫瘤細(xì)胞活性，其活性是對(duì)照藥依托泊苷(IC50:413和2025nmol/L)和阿霉素(IC50:220和18779nmol/L)的2.6～276.1倍[36]。其中，代表物27a(IC50:19和67nmol/L)的活性與鬼臼毒素(IC50:6和85nmol/L)相當(dāng)，且其可以通過(guò)阻滯G2/M期發(fā)揮抗K562/ADR細(xì)胞活性。顯然，該雜合體具有抗耐藥腫瘤的潛力。

靛紅-酞嗪雜合體28a～c(IC50:5.31～13.25μmol/L)的抗HT-29,ZR-75和A549腫瘤細(xì)胞活性與舒尼替尼(IC50:5.87～10.14μmol/L)相當(dāng)，且雜合體28b(IC50:9.5μmol/L)也具有潛在的抗耐多藥NCI-H69AR肺癌細(xì)胞活性[37]。作用機(jī)制研究結(jié)果表明，該雜合體可阻滯腫瘤細(xì)胞的G1期，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。靛紅-泊馬度胺雜合體29(IC50:2.50～21.33μmol/L)的抗骨髓癌細(xì)胞U266B1和RPMI 8226活性與泊馬度胺(IC50:7.49和15.54μmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)，其中，化合物29a(IC50:2.50和6.70μmol/L)的活性是泊馬度胺的2倍以上，可作為先導(dǎo)物進(jìn)一步優(yōu)化[38]。靛紅-β-D-葡萄糖雜合體30(IC50:2.75～18.41μmol/L)具有潛在的抗LU-1、HepG2、MCF-7、P338、SW480和KB腫瘤細(xì)胞活性，但活性弱于對(duì)照藥玫瑰樹(shù)堿(IC50:0.52～1.27μmol/L)，仍需進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化[39]。

圖5 靛紅雜合體27～30的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文綜述了近年以來(lái)所發(fā)展的靛紅雜合體在抗腫瘤領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，探討了作用機(jī)制和SAR，發(fā)現(xiàn)靛紅類(lèi)雜合體可作用于腫瘤細(xì)胞的多個(gè)作用靶點(diǎn)，對(duì)包括耐藥腫瘤細(xì)胞在內(nèi)的眾多腫瘤細(xì)胞具有良好的活性。因此，靛紅雜合體極具進(jìn)一步研究?jī)r(jià)值。

圖6 靛紅雜合體抗腫瘤細(xì)胞的SAR

SAR(圖6)顯示，靛紅的N-1位和C-3位尤其是C-3位最適合引入其它抗腫瘤藥效團(tuán)。事實(shí)上，目前所發(fā)展的絕大多數(shù)具有優(yōu)秀抗腫瘤活性的靛紅雜合體均是對(duì)N-1位或C-3位進(jìn)行修飾的結(jié)果。除此之外，靛紅的C-5位取代基的電子效應(yīng)對(duì)此類(lèi)化合物的抗腫瘤活性也有顯著影響，值得關(guān)注。