吩嗪及其類似物抗腫瘤活性研究進(jìn)展

劉靜，徐幼橋，張春花，夏卓璐，王志祥，黃德春，江峰*

（1.中國藥科大學(xué)工學(xué)院制藥與環(huán)境工程系，江蘇 南京 211198；2.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)院感染管理辦公室，江蘇 南京 210008）

天然來源的吩嗪及其衍生物是一類源于土壤或海洋環(huán)境中的鏈霉菌、假單胞菌和海洋微生物的次生代謝產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的氧化還原能力，表現(xiàn)出抗菌、抗病毒、抗瘧和抗腫瘤等生物活性。目前已報道有100余種天然吩嗪產(chǎn)物和6 000余種吩嗪合成類似物[1-3]。自20世紀(jì)50年代人們發(fā)現(xiàn)吩嗪具有抗腫瘤活性以來，國內(nèi)外已有不少關(guān)于抗腫瘤吩嗪及其類似物的論文發(fā)表，但迄今國內(nèi)缺乏對該類化合物在抗腫瘤藥物研發(fā)領(lǐng)域的進(jìn)展總結(jié)。本文將對天然來源的吩嗪及其衍生物以及合成類似物的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，重點關(guān)注該類化合物的結(jié)構(gòu)、抗腫瘤活性和作用機(jī)制的研究進(jìn)展，以期為該類化合物在藥物研發(fā)中的應(yīng)用提供參考。

1 天然來源的吩嗪及其衍生物

1.1 從假單胞菌分離得到的天然吩嗪衍生物

吩嗪-1-羧酸（phenazine-1-carboxylic acid，PCA，1）和吩嗪-1，6-二羧酸（phenazine-1，6-dicarboxylicacid，PDA，2）是最早被發(fā)現(xiàn)具有抗菌活性的天然吩嗪衍生物[4-5]。Dasgupta等[6]從HRW.1-S3銅綠假單胞菌中分離出PDA，研究表明PDA以劑量依賴性方式對HT29、HeLa和MCF7腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞毒性，而PCA 對HT29細(xì)胞也具有一定抗增殖活性，二者的IC50均為25 μmol · L-1。

Patil等[7]從海洋銅綠假單胞菌GS-33中分離得到微生物色素PCA，研究結(jié)果表明其對人皮膚黑色素瘤細(xì)胞株SK-MEL-2具有抑制增殖作用，細(xì)胞抑制活性（GI50)小于44.63 μmol · L-1。

Kennedy等[8]從根際土壤細(xì)菌PUW5中分離出吩嗪類化合物MPCAB（3），其對肺癌A549細(xì)胞和乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞具有優(yōu)良的選擇性增殖抑制作用，IC50分別為488.7和458.6 nmol · L-1，而對正常細(xì)胞PBMC無明顯毒性。研究發(fā)現(xiàn)化合物3通過激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶 3（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase-3）和下調(diào)B細(xì)胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma 2，Bcl-2）蛋白從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。

1.2 從鏈霉菌分離得到的天然吩嗪衍生物

Tamaoki等[9]從鏈霉菌DO-59中分離得到PCA酰胺類似物4和5，研究發(fā)現(xiàn)它們對小鼠肉瘤180細(xì)胞具有顯著的增殖抑制活性。

Kitahara等[10]從加那利鏈霉菌MG314-hF8中分離得到沙霉素（saphenamycin，6），其對小鼠白血病L5178Y細(xì)胞和L1210細(xì)胞具有增殖抑制活性，IC50分別為0.37和（1.48 ～ 6.19） μmol · L-1，對CCRF/CEMT白血病細(xì)胞的IC50為1.48 μmol · L-1[11]。

革蘭氏陽性放線菌鏈霉菌具有產(chǎn)出多取代吩嗪的能力[1]，從中分離出的六取代吩嗪PD 116，152（7）具有清除自由基和抗腫瘤活性[12]，對HTC-8結(jié)腸腺癌細(xì)胞和L1210淋巴白血病細(xì)胞具有顯著的細(xì)胞毒性，IC50分別為0.71和0.52 μmol · L-1[13]。

N-異戊二烯基化吩嗪霉素（8）是從鏈霉菌WK-2057.13中分離得到的首個結(jié)構(gòu)中含有倍半萜結(jié)構(gòu)的吩嗪酮生物堿。該化合物具有抗腫瘤活性，對阿霉素耐藥的P388白血病細(xì)胞的IC50為7.46 μmol · L-1，對正常小鼠P388白血病細(xì)胞的IC50為62.15 μmol · L-1[14-15]。

N-取代單萜類似物WS-9659A（9）和WS-9659B（10）從鏈霉菌中被分離得到，研究表明該類化合物對小鼠P388白血病細(xì)胞和L1210白血病細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，IC50均為0.27 μmol · L-1。二者對大鼠、狗和人的前列腺細(xì)胞睪酮5α-還原酶活性具有抑制作用，其抑制作用呈劑量依賴性[16-17]。

Bahnmuller等[18]分離出吩嗪二聚體衍生物Esmeraldine B（11），其對CCRF/CEM人白血病細(xì)胞具有增殖抑制作用，IC50為0.63 μmol · L-1[11]。

腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）具有選擇性殺傷腫瘤細(xì)胞的作用[19-20]。Abdelfattah等[21]從鏈霉菌IFM 1204菌株中分離出3種新的吩嗪類似 物izumiphenazines A、izumiphenazines B和izumiphenazines C（12～14），其對TRAIL耐藥的人胃腺癌細(xì)胞具有增殖抑制作用，IC50分別為40、30和20 μmol · L-1。化合物13和14與TRAIL聯(lián)用對TRAIL耐藥的AGS細(xì)胞具有協(xié)同增敏作用[21]。

Ding等[22]從土壤樣品中分離出鏈霉菌菌株YIM DT26，研究發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物phenazinolins A、phenazinolins B和phenazinolinsC（15～17）對P388、GLC、H460和XWLC腫瘤細(xì)胞具有增殖抑制活性，IC50為14 ～ 40 μmol · L-1。

Li等[23]從鏈霉菌亞種中分離到一種新的吩嗪二聚體（18），該化合物對人腫瘤細(xì)胞株BGC823具有細(xì)胞毒性，IC50為14.9 μmol · L-1。

1.3 從其他菌屬分離得到的天然吩嗪衍生物

海洋微生物被廣泛認(rèn)為是次生代謝物的重要來源[24]。1997年，Imamura等[25]從一種新的海洋細(xì)菌變異遠(yuǎn)洋桿菌屬分離得到新的吩嗪類化合物，其中pelagiomicin A（19）對HeLa細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，IC50為0.1 μmol · L-1。Singh等[26]研 究 發(fā) 現(xiàn) 化 合 物pelagiomicin A通過抑制DNA、RNA和蛋白質(zhì)合成，對A2780S卵巢癌細(xì)胞和SW620結(jié)腸癌細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，IC50分別為0.45和1.25 μmol · L-1。

Li等[27]從太平洋深海沉積物中采集的芽孢桿菌培養(yǎng)液中分離出一種含有[4，2，2]環(huán)結(jié)構(gòu)的吩嗪天然產(chǎn)物20。研究結(jié)果表明，化合物20對P388細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，在濃度為50 μmol · L-1時對P388細(xì)胞增殖抑制率達(dá)78.3%，而對K562細(xì)胞無毒性。

2010年，Abdel-Mageed等[28]從馬里亞納海溝沉積物中分離出放線菌菌株MT1.1和 MT1.2，并從其代謝物中分離得到一系列吩嗪天然產(chǎn)物，其中化合物21和22對白血病細(xì)胞株K562具有細(xì)胞毒性，IC50分別為9和7 μmol · L-1。化合物23呈現(xiàn)出較高的自由基清除活性，其IC50為8.4 μmol · L-1。

Gao等[29]從北冰洋深海采集的沉積樣品中分離出放線菌菌株BM-17，并從其次生代謝物中分離得到吩嗪天然產(chǎn)物NHP（24），該化合物對HepG2、A549、HCT-116和COC1細(xì)胞具有一定的細(xì)胞毒性，IC50分別為40.33、38.53、27.82和28.11 μmol · L-1。

2 合成吩嗪類似物

基于吩嗪類化合物廣泛的生物學(xué)特性和醫(yī)藥用途，人們對該類化合物的合成、結(jié)構(gòu)修飾和結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系進(jìn)行了大量研究。

2.1 吩嗪-1-甲酰胺合成類似物

吩嗪-1-甲酰胺（25）作為一種農(nóng)藥被人們所熟知，近年來研究者們開展了其結(jié)構(gòu)類似物的藥理活性研究[30]。Atwell等[31]發(fā)現(xiàn)了一種高效的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ/Ⅱ雙重抑制劑DACA（26），在Ⅱ期臨床試驗中，由于其代謝快，在人體反應(yīng)率低，于2001年終止研發(fā)[1,32-33]。該課題組將吩嗪-1-羧酸和胺偶聯(lián)得到吩嗪-1-甲酰胺類似物27～31[34]（見圖1）。當(dāng)化合物27中的n= 2 時得到化合物28，其對L1210、P388和Lewis細(xì)胞的增殖抑制活性較好。隨后，他們以化合物28為先導(dǎo)化合物，設(shè)計合成了一系列吩嗪-1-甲酰胺類化合物。構(gòu)效關(guān)系表明，9位上被Cl、CH3和OCH3取代的化合物29、30和31的細(xì)胞毒活性明顯高于化合物28，其中化合物30對P388細(xì)胞的增殖抑制活性最好，IC50為18 nmol · L-1[33-34]（見圖1）。

圖1 吩嗪-1-甲酰胺類似物的合成的過程Figure 1 Progress of synthesis of phenazine-1-formamide analogs

研究發(fā)現(xiàn)，8，9-苯并吩嗪類似物（32）對P388細(xì)胞的IC50為37 nmol · L-1，其活性是3，4-和6，7-苯并吩嗪類似物的10倍[33-34]。Vicker等[35]合成了一系列具有拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ/Ⅱ雙重抑制作用的8，9-苯并[α]-吩嗪甲酰胺類化合物（見圖2），其中XR11576（33）不僅具有優(yōu)異的體內(nèi)外抗腫瘤活性，而且具有口服生物利用率高、藥物代謝狀態(tài)理想的特點，在2004年進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗[36]。進(jìn)一步研究表明，在這些化合物的甲酰胺側(cè)鏈上引入手性基團(tuán)可提高對映體的活性，如化合物33對H69/P、H69/LX4、L23/Pd和L23/Rd細(xì)胞的IC50分別為23、29、10和12 nmol · L-1，比化合物34的活性更優(yōu)。

圖2 苯并[α]-吩嗪甲酰胺類化合物的合成過程Figure 2 Progress of synthesis of benzo [α]-phenazine formamide compounds

Wang等[37]從化合物32為出發(fā)，合成了一系列多取代吩嗪酰胺類化合物（見圖3），其中化合物35對H69/P細(xì)胞具有增殖抑制活性，IC50為0.104 μmol · L-1?；衔?6對H69/LX4細(xì)胞的IC50為0.198 μmol · L-1。

圖3 苯并吩嗪-6-酰胺類化合物的合成過程Figure 3 Progress of synthesis of benzophenazine-6-amide compounds

化合物37和38是吩嗪環(huán)上含有不同取代基的8，9-苯并稠環(huán)化合物。化合物37與DNA的結(jié)合具有非特異性，其與DNA的相互作用方式取決于藥物濃度：在低濃度時，以插層結(jié)合為主；在高濃度時，以靜電結(jié)合為主。化合物38是拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ抑制劑，具有廣譜的抗腫瘤活性和抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的作用[38]。2002年Samata等[39]發(fā)現(xiàn)化合物38還能通過干擾胸苷激酶mRNA的表達(dá)來抑制腫瘤生長，其對長春新堿耐藥的P388白血病小鼠具有很好的療效，20世紀(jì)90年代初在日本進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗，但由于其不良反應(yīng)而被終止試驗[40]。

2.2 二聚體吩嗪

2000年，Spicer等[41]設(shè)計與合成了具有拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ/Ⅱ雙重抑制活性的雙吩嗪-1-甲酰胺類化合物（見圖4）。構(gòu)效關(guān)系研究表明，當(dāng)9位用親脂性基團(tuán)如CH3、Cl取代時，得到化合物39和40其對酶抑制活性顯著提高。化合物39和40對P388細(xì)胞的IC50分別為15和39 nmol · L-1。

圖4 雙吩嗪-1-甲酰胺化合物的合成Figure 4 Synthesis of diphenazine-1-formamide

XR5944（41）是一種新型的雙吩嗪化合物，對人和小鼠腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)外增殖抑制活性，已進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗。Byers等[42]發(fā)現(xiàn)化合物41通過選擇性抑制細(xì)胞RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄來發(fā)揮抗腫瘤作用，其對P388、Lewis和Jurkat細(xì)胞的IC50分別為21、3和0.2 nmol · L-1。但該化合物的細(xì)胞毒性和pKa之間缺乏相關(guān)性，因此很難研究其最佳劑量[43]。2007年，Li等[27]報道了化合物41能結(jié)合雌激素反應(yīng)元件（estrogen response element，ERE）序列來抑制雌激素α受體活性，這種新作用機(jī)制可能有助于克服目前抗雌激素治療的耐藥性。2020年Serobian等[44]深入研究了化合物41的結(jié)構(gòu)變化與其生物學(xué)特性之間的關(guān)系。

2.3 氮氧化吩嗪

由于腫瘤細(xì)胞生長過于迅速，無法從血液中獲取足夠的氧氣供給生長，所以呈現(xiàn)出一種缺氧狀態(tài)。替拉扎明（tirapazamine，42）在缺氧條件下對HCT-116細(xì)胞具有較強(qiáng)的增殖抑制活性，IC50為1.77 μmol · L-1[45]。2005年，Cerecetto等[46]以 苯 并 呋 喃與苯酚衍生物通過雜環(huán)擴(kuò)環(huán)反應(yīng)，合成了結(jié)構(gòu)類似于化合物42的一系列吩嗪氮氧化物（見圖5），并測定了缺氧和有氧條件下對V79細(xì)胞的細(xì)胞毒性，其中化合物43、44和45被證實在缺氧狀態(tài)下觸發(fā)細(xì)胞凋亡[47]。Pachon等[48]報道含有可還原的硝基和親電性的氯乙酰胺基團(tuán)的化合物46對Caco-2細(xì)胞具有增殖抑制活性（IC50= 4.8 μmol · L），其通過caspase-9和細(xì)胞色素c通路誘導(dǎo)G2/M細(xì)胞周期阻滯而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。當(dāng)化合物46的硝基被活性較低且不可還原1，3-二 唑取代，得到的化合物47的細(xì)胞毒性明顯減弱[48]。

圖5 替拉扎明和吩嗪氮氧化物的合成過程Figure 5 Progress of synthesis of telazamine and phenazine nitrogen oxide

2017年，Viktorsson等[49]以1，6-二羥基吩嗪的合成為關(guān)鍵步驟，實現(xiàn)了吩嗪5，10-二氧化物iodinin（48）和myxin（49）及其衍生物的高效全合成（見圖6），其在有氧和缺氧條件下對MOLM-13細(xì)胞有較強(qiáng)的增殖抑制活性?；衔?8對AML和APL細(xì)胞均具有高選擇性細(xì)胞毒性[50-51]。在有氧和缺氧條件下，49對HCT-116細(xì)胞的IC50分別為1.75和4.2 μmol · L-1[45]。機(jī)制研究表明化合物48和49與DNA的C-G堿基對發(fā)生相互作用，從而抑制DNA模板控制的RNA合成。

圖6 氮氧化吩嗪iodinin和myxin的合成過程Figure 6 Progress of synthesis of phenazine Indole and Myxin nitroxide

2.4 吩嗪金屬配合物

目前，新型光敏劑（photosensitizer，PSs）在光動力療法（photo dynamic therapy，PDT）中的應(yīng)用發(fā)展迅速，盡管PSs能很好地靶向DNA，但對正常細(xì)胞選擇性差。Maity等[52]合成了吩嗪的鉑配合物50，在365 nm的長波紫外線照射下，其細(xì)胞毒作用明顯增強(qiáng)。用苯基或二茂鐵基炔配體取代化合物50中的氯配體，得到的配合物51和52的暗毒性減弱，但在UV-A光照射下對HeLa和MCF-7的細(xì)胞毒性明顯增強(qiáng)?；衔?2比51的活性低，表明二茂鐵基對增強(qiáng)配合物的光細(xì)胞毒性具有促進(jìn)作用[52]。

以吖啶基雙吡啶吩嗪為配體的光敏劑53在可見光下對HeLa和MCF-7細(xì)胞有明顯的光毒性（IC50＜0.6 μmol · L-1），在光照和黑暗條件下，其對正常細(xì)胞HPLlD無毒[53]。Rochford等[54]報道了4種銅配合物對MCF-7和SKOV-3細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，毒性由強(qiáng)至弱分別為化合物54、55、56、57。

Alsaedi等[55]研究了聯(lián)吡啶配體的銅（Ⅰ）配合物與DNA的結(jié)合及細(xì)胞毒性，評價了在二吡啶[3,2-a:2',3'-c]并吩嗪（DPPZ）配體上結(jié)合不同官能團(tuán)對腫瘤循環(huán)DNA（circulating tumor DNA，CTDNA）結(jié)合的影響。研究結(jié)果表明，官能團(tuán)影響了結(jié)合模式，從而影響了結(jié)合親和力的強(qiáng)度。不同官能團(tuán)與DNA結(jié)合后相互作用的位點和方式不同。DPPZ配體上的官能團(tuán)對抗癌活性具有重要作用。在5種銅配合物中，含氰配合物（60）的抗癌活性最好，對M-14細(xì)胞的IC50為9.14 μmol · L-1，對MCF-7的IC50為7.33 μmol · L-1。

釕配合物因其抗腫瘤活性高、毒性低被認(rèn)為是治療腫瘤的優(yōu)良藥物。目前，2種釕（Ⅱ）配合物NAMI-A和KP1019已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗[56]。Zhao等[57]通過引入不同的取代基來調(diào)節(jié)吩嗪配體的電子云密度，設(shè)計了一系列聚吡啶Ru(Ⅱ)-DPPZ吩嗪類釕配合物。這類配合物對一些腫瘤細(xì)胞有很好的抑制作用，同時還能抑制腫瘤的體外遷移和侵襲，尤其是Ru(Bpy)2BEDPPZ（63）表現(xiàn)出比其他配合物更好的抗腫瘤活性，對三陰性乳腺癌細(xì)胞MDAMB-231的IC50為17.2 μmol · L-1，優(yōu)于順鉑（IC50= 20.9 μmol · L-1）。這可能由于吩嗪-釕配合物具有較大的芳香平面結(jié)構(gòu)，與順鉑相比能更好地與DNA結(jié)合。構(gòu)效關(guān)系研究表明，配體中芳香族平面環(huán)數(shù)目的增加能有效提升抗腫瘤活性[57-58]。

2.5 苯并吩嗪-5-磺酸及其類似物

苯并吩嗪-5-磺酸及其類似物的多環(huán)骨架能夠嵌入 DNA，多個氮原子的存在能降低非氮多環(huán)體系的毒性。Moorthy等[59]合成了一系列苯并[a]吩嗪-5-磺酸衍生物，其中化合物65對HL-60細(xì)胞的增殖抑制活性最好，IC50為19 μmol · L-1。

2.6 其他吩嗪及其類似物

2015年，Moris等[60]合成了4個2，3，7-三取代吩嗪化合物（70～73）（見圖7），其對人胰腺癌細(xì)胞 MiaPaca-2 具有細(xì)胞毒性，IC50分別為0.06、21、75和7 μmol · L-1，均優(yōu)于吉西他濱（IC50＞200 μmol · L-1），其中化合物70和73對耐藥性MiaPaca胰腺癌細(xì)胞最有效[60]。

圖7 2, 3, 7-三取代吩嗪化合物的合成過程Figure 7 Progress of synthesis of 2, 3, 7-trisubstituted phenazine compounds

小分子氧化應(yīng)激誘導(dǎo)劑作為一種細(xì)胞療法近來受到關(guān)注[61]。吩嗪甲硫酸鹽化合物74作為一種促氧化劑，被廣泛用作偶聯(lián)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸[nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NAD(P)H]生成還原性四唑鹽過程中電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)物。Hua等[62]首次報道化合物74對A375、G361和LOX細(xì)胞表現(xiàn)出較好的細(xì)胞毒性，其IC50為1 ～ 10 μmol · L-1，且能誘導(dǎo)致死性氧化應(yīng)激和線粒體毒性應(yīng)激來消除惡性黑色素瘤。

中國藥科大學(xué)奚濤教授課題組從海洋放線菌次生代謝產(chǎn)物中分離出天然吩嗪產(chǎn)物NHP，該化合物對多種癌細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞毒性[29]。隨后又設(shè)計合成了一系列新型2-氨基吩嗪衍生物（見圖8）?；衔?5、76、77和78在體外表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性，其中化合物75對K562和HepG2細(xì)胞具有與順鉑相當(dāng)?shù)目拱┗钚?，且對正常?xì)胞293T毒性很小[63]。

圖8 2-氨基吩嗪衍生物的合成過程Figure 8 Progress of synthesis of 2-aminophenazine derivatives

Nagaraju等[64]開發(fā)了一種新的一鍋三組分反應(yīng)合成苯并[α]吡喃并[2,3-c]吩嗪衍生物。該反應(yīng)通過一次合成操作生成2個C-C鍵和1個C-O鍵來形成吡喃吩嗪環(huán)。反應(yīng)簡單，無需色譜柱純化即可得到產(chǎn)品。氯和氰基取代的苯并[α]吡喃-[2,3-c]吩嗪衍生物79和80對B16-F10細(xì)胞的抑制活性最強(qiáng)，IC50分別為0.31和0.11 μmol · L-1。分子對接研究表明，這些合成吩嗪衍生物與細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶2（extracellular regulated protein kinases 2，ERK2）受體的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）結(jié)合位點作用發(fā)揮抗腫瘤活性。

Le-Nhat-Thuy等[65]采用微波一鍋法合成新型功能化苯并[α]噠嗪[3,4-c]吩嗪衍生物，并對它們的生物學(xué)特性進(jìn)行評價。結(jié)果表明，化合物81、82對KB、HepG2、LU1和MCF7人腫瘤細(xì)胞具有良好的細(xì)胞毒活性。此外，化合物83對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌有良好的抗菌活性，其IC50＜6 μmol · L-1。

受抗腫瘤活性天然吩嗪的啟發(fā)，筆者所在課題組基于“分子雜合”策略設(shè)計并合成了一系列苯并吩嗪并吡喃衍生物[66]、含不同取代基的吩嗪并吡喃衍生物[67]以及含有吡喃、吲哚和三氮唑的吩嗪雜合分子[68]（見圖9），其中最有潛力的化合物84對HepG2肝癌細(xì)胞表現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)外增殖抑制活性[67]。筆者所在課題組基于酶反應(yīng)、免疫熒光和非還原性Western blot實驗，進(jìn)一步證實化合物84的作用靶點為Ⅰ型硫氧還蛋白還原酶（thioredoxin reductase 1，TrxR1）[69]。最近，筆者所在課題組構(gòu)建了一系列含有邁克爾受體藥效團(tuán)的吩嗪雜合分子，其中化合物85對Bel-7402細(xì)胞具有較好的抗增殖活性，而對L02細(xì)胞無毒，表現(xiàn)出一定的選擇性和安全性，且證實該化合物通過抑制TrxR1觸發(fā)氧化應(yīng)激從而破壞硫氧還蛋白系統(tǒng)，誘導(dǎo)凋亡信號調(diào)節(jié)激酶-1發(fā)揮作用導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[73]。

圖9 化合物84和85的合成過程Figure 9 Progress of synthesis of compounds 84 and 85

3 作用機(jī)制

3.1 DNA嵌插劑

DNA嵌插劑是一類能與DNA相互作用并與之形成復(fù)合物的多環(huán)芳香化合物，可直接抑制DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，或進(jìn)一步活化裂解DNA而對其結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。具有平面結(jié)構(gòu)的芳香性吩嗪與DNA堿基對之間的π鍵相互作用導(dǎo)致插層，具體表現(xiàn)為UV/vis光譜吸光度降低和波長紅移。苯并[α]吩嗪-5-磺酸類似物64是典型的DNA嵌插劑[59]，其對HL-60細(xì)胞的增殖抑制活性比順鉑更優(yōu)。前面提及的化合物48和49同樣是與各種多核苷酸發(fā)生相互作用[50,70]，其主要通過DNA嵌入、與RNA聚合酶結(jié)合，或與核糖核苷5'-三磷酸結(jié)合來抑制DNA模板控制的RNA合成?；衔?5與DNA的結(jié)合沒有表現(xiàn)出任何堿基特異性，而化合物49與GC堿基對富集區(qū)能產(chǎn)生強(qiáng)靜電相互作用。

3.2 對拓樸異構(gòu)酶Ⅰ/Ⅱ抑制作用

拓?fù)洚悩?gòu)酶是存在于細(xì)胞核內(nèi)的一類酶，它們通過催化DNA鏈的斷裂和結(jié)合，從而控制DNA的拓?fù)錉顟B(tài)。哺乳動物體內(nèi)主要存在兩種拓?fù)洚悩?gòu)酶：DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ（TopⅠ）通過形成短暫的單鏈裂解-結(jié)合循環(huán)，催化DNA的拓?fù)洚悩?gòu)狀態(tài)的變化；拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ（TopⅡ）通過瞬間引起雙鏈酶橋的斷裂，然后打通和再封閉以改變DNA的拓?fù)錉顟B(tài)。常用藥物如喜樹堿（TopⅠ抑制劑）、依托泊苷和阿霉素（TopⅡ抑制劑）已被廣泛用于癌癥化療[35]。吩嗪-1-甲酰胺衍生物26和33被發(fā)現(xiàn)對TopⅠ和TopⅡ具有雙重抑制活性?；衔?8對TopⅠ的抑制作用較弱，但對TopⅡ具有強(qiáng)抑制作用，其通過干擾TopⅡ的DNA鏈傳遞活性產(chǎn)生細(xì)胞毒性[71]。

3.3 對硫氧還蛋白還原酶抑制作用

TrxR是一種二聚體黃酮蛋白，具有暴露于蛋白表面且高度親核的碳末端Sec 498殘基。哺乳動物細(xì)胞主要含有3種亞型的TrxR，即胞質(zhì)蛋白TrxR1（分布于細(xì)胞質(zhì)）、線粒體蛋白TrxR2（分布于線粒體）和睪丸特定硫氧還蛋白谷胱甘肽還原酶TrxR3（分布于睪丸組織）。TrxR可以調(diào)節(jié)機(jī)體的氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞的生長和繁殖。大量臨床觀察和實驗研究表明TrxR的過度激活和功能障礙與許多疾病的產(chǎn)生與發(fā)展有著密切的聯(lián)系，例如癌癥和神經(jīng)退行性疾病[72]。由于多種腫瘤細(xì)胞對TrxR高表達(dá)，近年來TrxR被認(rèn)為是具有極大研究價值和開發(fā)潛力的抗腫瘤靶標(biāo)。如前所述，筆者所在課題組最近合成的吩嗪類似物84和85就是一類結(jié)構(gòu)新穎的TrxR1抑制劑[69,73]，為吩嗪類抗腫瘤藥物的開發(fā)提供了新的思路。

4 結(jié)語與展望

本文總結(jié)了近年來天然來源的吩嗪及其衍生物和化學(xué)合成吩嗪類似物的結(jié)構(gòu)、抗腫瘤活性和作用機(jī)制的研究進(jìn)展。盡管大量抗腫瘤吩嗪天然產(chǎn)物已被分離得到，但研究人員對其構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)制的理解仍不夠透徹，缺乏對其生物化學(xué)性質(zhì)的深入認(rèn)識。人工合成吩嗪類似物可在吩嗪母核不同位置引入取代基或官能團(tuán)，進(jìn)而深入研究其結(jié)構(gòu)與活性之間的密切關(guān)系。然而，結(jié)構(gòu)多樣性吩嗪雜環(huán)的合成通常面臨原料不易得、反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)率低、反應(yīng)步驟多等缺點，使該類化合物的活性篩選和生物評價受到限制。探尋簡單高效、模塊化的多樣性吩嗪成環(huán)方法，是未來需要迫切解決的重要問題之一。由于具有平面結(jié)構(gòu)的吩嗪分子與DNA的結(jié)合缺乏選擇性，容易產(chǎn)生普遍的細(xì)胞毒性，在今后的研究中，圍繞吩嗪母核進(jìn)行定向修飾和功能化，比如利用藥效團(tuán)拼接或分子雜合技術(shù)，使化合物能特異性結(jié)合靶點蛋白發(fā)揮藥效，也是今后需要突破的方向之一。另外，基于吩嗪自身熒光特性開發(fā)針對特定蛋白的分子探針，對研究吩嗪類化合物的生物功能具有重要意義，有望獲得具有“診療一體”功能的活性分子[74]?？偟膩碚f，基于吩嗪及其類似物重要的藥學(xué)研究價值，可以預(yù)見該類化合物在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域必將具有廣闊的發(fā)展前景。