查尔酮类化合物抗肿瘤活性研究进展_李林博.pdf

第 卷第 期化学试剂 生化与药用试剂查尔酮类化合物抗肿瘤活性研究进展李林博，刘玉肖，樊平平，周淑晶，李进京，（佳木斯大学 药学院，黑龙江 佳木斯；黑龙江省药学研究所，黑龙江 佳木斯）摘要：天然产物查尔酮因其具有广泛的生物活性而被人们所关注。特别是在抗肿瘤方面，可作用于多种抗癌靶标从而发挥抗肿瘤作用，如、信号通路、信号通路、信号通路以及线粒体介导的细胞凋亡信号通路等。依据不同抗癌机制对近年来查尔酮及其衍生物在抗肿瘤活性方面的研究成果进行分类阐述，为新型含，不饱和酮结构的抗肿瘤药物的研发工作提供参考。关键词：查尔酮；天然产物；抗癌靶标；抗肿瘤活性；研究进展中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（，；，）：，：；收稿日期：；网络首发日期：基金项目：黑龙江省属高校基本科研业务费项目（）；佳木斯大学博士启动项目（）。作者简介：李林博（），男，河南长葛人，硕士生，主要研究方向为新型小分子抗肿瘤药物的设计与合成。通讯作者：李进京，：。引用本文：李林博，刘玉肖，樊平平，等查尔酮类化合物抗肿瘤活性研究进展化学试剂，（）：。查尔酮（，图）是一类广泛存在于柑橘类水果、蔬菜、甘草以及红花等植物中的类黄酮类天然产物，其经典结构主要由一个含 单元的，不饱和酮结构连接两个芳基构成。研究表明，该类化合物是植物主要的次生代谢产物，作为植物的防御机制来抵抗活性氧（，），防止微生物、昆虫或草食动物等对自身造成损害。此外，查尔酮及其衍生物因其独特的结构而具有广泛的生物活性，如 抗 菌、抗 糖 尿 病、抗 结 核、抗 氧化、抗疟等。图 查尔酮的经典结构 癌即是指来源于上皮组织的恶性肿瘤，其产生是由突变或异常体细胞不受控制地生长导致。据世界卫生组织推测，到 年，在全球范围约 万人将因癌症而死亡。目前，基于抗肿瘤药物的化学疗法（简称化疗）是人们预防及治疗癌症的主要手段，其旨在靶向各种肿瘤机制，如细胞周期、生长因子以及和细胞死亡的控制信号等，但临床上应用的抗肿瘤药物几乎都具有不同程度的副作用。因此，加速研究靶向、高效、低毒副作用的新型抗肿瘤药物迫在眉睫。基于活性天然产物分子结构，设计并合成类天然产物库，从中筛选出高效率、高选择性、低毒副作用的先导化合物来进行抗肿瘤药物的临床前化学试剂 第 卷第 期研究，是新药研发的主要途径之一。如前所述，查尔酮因其合成简单且具有多个反应中心以及较好的柔性，能与多种活性基团相结合而受到广泛关注。特别是在抗肿瘤方面，诸多查尔酮类化合物均表现出卓越的生物活性。此外，流行病学研究表明，饮食中摄入较高量的植物类黄酮或许能降低癌症患病率，这进一步使得查尔酮类化合物成为人们研究抗肿瘤药物的热点。本综述重点讨论近五年查尔酮及其衍生物在抗肿瘤活性方面的研究成果，以抗肿瘤作用机制进行分类阐述，并对查尔酮类衍生物在抗肿瘤方面的应用作了展望。查尔酮及其衍生物的抗肿瘤活性.抑制微管蛋白聚合机制由 和 微管蛋白异二聚体的聚合和解聚之间的平衡而建立的细胞微管系统广泛存在于各类细胞（包括肿瘤细胞）结构中。其结构长而空心，具有维持细胞形状、调节细胞运输及细胞分裂的作用，。基于微管在细胞周期中的重要作用，通过抑制或干扰微管蛋白聚合和解聚的动力学，即可导致细胞有丝分裂停滞，引起细胞凋亡。这已被认为是开发抗肿瘤药物的理想策略之图 具有抑制微管蛋白聚合活性的查尔酮类化合物 一。在微管蛋白中有 个独特的结合位点，其中靶向长春花生物碱和秋水仙碱结合位点的属微管蛋白聚合抑制剂。年，等基于秋水仙碱结合位点设计并合成出一系列含不同杂环的查尔酮衍生物并测试其体外抗微管蛋白聚合活性。研究发现，化合物（图）能明显抑制微管蛋白聚合从而破坏微管的形成，值为.。初步的机制研究表明，化合物 能够以浓度依赖性促进细胞产生，阻滞细胞周期至 期并诱导细胞凋亡。分析发现查尔酮与哌嗪杂环的柔性连接链的长度以 单位更易与受体结合，从而发挥更好的抗微管蛋白聚合活性。同年，等则合成出一系列含酰胺基的新型查尔酮衍生物。体外抗肿瘤活性评价发现，在该系列衍生物中化合物（图）对测试的癌细胞系（包括 人类癌症系）表现出较强的抗增殖活性（.）。此外，在 浓度条件下，化合物 能有效地抑制体外微管蛋白的聚合。初步的机制研究表明，化合物 也能够阻滞细胞周期至 期并上调 水平、引起线粒体膜电位丧失以及细胞色素（）释放、下调、上调、激活起始凋亡蛋白酶 和效应凋亡蛋白酶 等诱导 细胞凋亡。随后，该课题组又基于前药的设计策略，首次将查尔酮与铂基抗癌药物通过酯键连接在一起形成（）复合物，以期改进铂基抗癌药物的生物利用度低、副作用严重等缺陷。体外抗肿瘤活性评价发现，化合物、化合物（图）对癌细胞的抗增殖活性均比顺铂（，）强。表明（）复合物对癌细胞的抗增殖活性随着其碳链长度的增加而增强。机制研究表明，受试分子可阻滞细胞周期至 期并诱导 产生、调节 的表达，进而诱导细胞凋亡。等于 年设计并合成出了一系列靶向微管蛋白秋水仙碱结合位点的含胺基查尔酮衍生物，其中化合物（图）表现出最佳的抗微 管 蛋 白 聚 合 活 性（.，（秋水仙碱）.）。体外抗肿瘤活性评价表明，化合物 对测试的癌细胞系的抗增殖能力均优于阳性对照物秋水仙碱。年，该课题组又设计出两类靶向微管蛋白秋水仙碱结合位点的查尔酮衍生物。第一类是含有二芳基醚基团的新第 卷第 期李林博等：查尔酮类化合物抗肿瘤活性研究进展型查尔酮衍生物，其中化合物（图）能够有效地抑制微管蛋白聚合（.）。分子对接研究发现，化合物 在与微管蛋白的结合模式中呈“形”构象，其 甲氧基苯基和，三甲氧基苯基被残基、和 围绕，并形成强疏水键。第二类则是与化合物 结构类似的含萘芳基类查尔酮衍生物，其中化合物（图）对 表现出比阳性对照物（.）更佳的抗增殖活性，值为.。此外，化合物 对正常细胞系 表现出相对较低的细胞毒性。同样，化合物 表现出与化合物 相近地抑制微管蛋白聚合活 性（.，（秋水仙碱）.）。分子对接发现，化合物 在与微管蛋白的结合模式中呈“形”构象，其中 甲氧基萘基位于疏水口袋处，被残基、以及 包围，形成了牢固的疏水结合作用。等以及 等于 年分别基于查尔酮的，不饱和酮的双键部分设计出两类具有抑制微管蛋白聚合作用的查尔酮衍生物。其中参考文献发现具有 乙酰胺基酮结构的化合物（图）对体外微管蛋白聚合的抑制活性弱于具有刚性，不饱和键的化合物。结合 分析可得，不饱和键是化合物具有微管蛋白聚合抑制作用的关键。分子对接表明，化合物 的 可与 或 形成氢键，从而增强其与微管蛋白的相互作用。参考文献所设计的一些系列含吲哚基的查尔酮衍生物中，体外抗肿瘤活性评价发现化合物（图）对 和 有着良好抗增殖活性（.、.）。.抑制血管生长机制肿瘤血管的生长过程是一个复杂且涉及到诸多血管生长刺激信号接受和转导的生化反应过程。其中，促血管生成因子主要有：表皮生长因子（，）、血管内皮生长因子（，）以及血小板衍生生长因子（，）等，它们主要通过介导信号转导通路促进肿瘤新生血管的生长，是当前抑制血管生长的重要研究靶点。.靶 向 表 皮 生 长 因 子 受 体（，）属受体酪氨酸激酶（，）的 家族。和 结合后与 个 分子作用，促使 胞内区特异的受体酪氨酸残基磷酸化，将外界各种信号转导至胞内，激活下游的 级联系统和磷酸肌醇激酶系统，并与多种参与有丝分裂的信号转导分子产生高亲和，将有丝分裂信号从胞外传递到胞内，从而有效调节细胞对外界的刺激反应、细胞增殖、迁移和分化等。诸多实体肿瘤细胞中的 均存在过度表达现象。临床上可通过抑制 胞内区受体酪氨酸磷酸化来阻止 信号传递系统，阻断其下游通路，阻滞细胞周期至 期、促进细胞凋亡并抑制新血管形成。等近期发现含有三唑并，喹喔啉结构的查尔酮衍生物能够有效地抑制 活性，表现出抑制肿瘤血管生长作用。其中化合物（图）对、以及 表现出最佳的细胞毒性（.、.、.）。分析表明，芳基上的取代基对受试分子的细胞毒性起关键作用，以多甲氧基取代最佳。体外 活性抑制实验表明，化合物 比阳性对照物（.）更佳，其 值为.。此外，化合物 还具有优异的体外抗微管蛋白聚图 具有抗血管生成作用的查尔酮类化合物 化学试剂 第 卷第 期合作用（值为.，（秋水仙碱）.），分子对接表明化合物 作用于秋水仙碱结合位点，查尔酮部分占据了 亚基中、残基并形成的疏水口袋。而喹喔啉环则通过氢键键合到 残基并与 亚基相互作用。年，等基于计算建模方法经分子对接以及分子动力学模拟研究了一系列含三元查尔酮结构的化合物。其中化合物（图）能够很好地结合在 的活性位点上，与酪氨酸激酶结构域 结合位点中的 竞争，阻止 与 聚合物的结合。此外，经 计算得化合物 与活性位点的结合能为.，进一步强调了其具有作为 抑制剂的潜力。.靶向血管内皮生长因子受体（，）属 受体超家族，对肿瘤转移和肿瘤血管生长具有重要调控作用，主要在血管内皮细胞和造血干细胞中表达。介导 调控的细胞信号转导通路，刺激血管内皮细胞增殖，导致血管生长。目前，靶向 的抗肿瘤药物，一般通过与 竞争而占据其催化域中的 结合口袋，从而阻断下游信号转导通路。此外，抑制剂一般为多靶点抑制剂，可同时阻断多个对肿瘤转移和肿瘤血管生长有重要作用的独立信号通路。等基于 抑制剂（图）的母核结构合成出一系列新型查尔酮衍生物并表现出良好的 抑制活性，其中化合物（图）的活性最佳（.）。此外，化合物（图）对 激酶也有着优异的抑制活性（.）。分析发现利用查尔酮的，不饱和酮部分替代 的脲基能够改善细胞毒性，且卤素（，）或甲氧基等取代基对该活性有益。.信号通路调控机制.信号通路磷脂 酰 肌 醇 激 酶（，）是 家族 下游重要的传导信号，激活后使磷酸化磷脂酰肌醇，二磷酸转变为磷脂酰肌醇，三磷酸（，），（，）结合并激活丝苏氨酸蛋白激酶，随后通过磷酸化调控多种转录因子（如）从而抑制凋亡基因的表达。此外，还能磷酸化糖原合成、等，上调周期蛋白，引起细胞周期变短，导致肿瘤发生，。年，等研究了天然产物（简称，图）对 信号通路的影响及其对 细胞系的体内外抗肿瘤作用。体外研究发现 对 显示出剂量依赖性和时间依赖性的抗增殖活性并诱导细胞凋亡，透射电子显微镜亦观察到自噬泡的形成。印迹分析表明 能够激活 和，上调 相关蛋白表达水平。在 小鼠模型中，通过比较肿瘤重量和肿瘤体积发现 能明显地抑制肿瘤生长。图 靶向各种信号通路的查尔酮类化合物 .信号通路选择性靶向控制癌症干细胞（，）自我行为的信号通路是提高常规化疗和放射疗法效果的有效途径之一。近年来，信号已被证明在多种人类肿瘤 的维持和自我更新中起着重要作用，研究表明实体肿瘤以及血液癌症的转移与 信号转导异常有关。信号传导是一种短程细胞间通讯系统，调节着许多生物学过程，如胚胎和成年期干细胞的自我更新以及细胞分化、增殖等。该信号的激活将诱导诸多蛋白水解，如 金属蛋白酶裂解、分泌酶（）复合物裂解等，后者导致膜上活性 释放并与 结合蛋白 促进 下游靶基因的转录。年，等对天然产物分子库中诸多代表性化合物的结构研究发现，具有查尔酮结构的化合物（图）对 癌细胞系 第 卷第 期李林博等：查尔酮类化合物抗肿瘤活性研究进展的短期治疗能够导致 信号传导活性呈剂量依赖性降低（.）。印迹分析表明化合物 能以较低剂量（）降低 和 蛋白表达水平，阻滞细胞周期至 期并诱导凋亡。等基于参考文献研究，于 年对化合物 进行结构修饰以期获得具有更佳抑制 信号传导活性的衍生物。在癌细胞系 中发现具有四氢化萘结构的化合物（图）能降低 目标基因 的 蛋白表达以及内源性 水平。但在抗增殖方面，化合物 的活性不及化合物。分析表明，不饱和酮结构对受试分子细胞毒性的影响起到关键作用。.连环蛋白（）信号通路 属分泌型糖蛋白，富含半胱氨酸残基，可通过自分泌或旁分泌发挥作用，并与位于细胞膜上的受体相结合，激活细胞内信号通路，调节靶基因的表达；对细胞的增殖、分化、迁移、极化和凋亡起到重要作用。信号通路可分为 信号通路和非经典 信号通路。本质上，信号通路即是（多结构域支架蛋白）、和 蛋白调控细胞内 的磷酸化及降解的过程。在肿瘤细胞中 能够在苏氨酸和丝氨酸残基处产生突变，从而避免 的磷酸化和降解并促进肿瘤细胞的生长和