3,4,5-三甲氧基查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾與抗腫瘤活性研究進(jìn)展

韓 瀟

(長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

3,4,5-三甲氧基查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾與抗腫瘤活性研究進(jìn)展

韓 瀟

(長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

查爾酮是一類廣泛存在于自然界中的黃酮類化合物，具有抗腫瘤、抗菌、抗病毒等多種生物活性。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)查爾酮進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)修飾，發(fā)現(xiàn)3,4,5-三甲氧基查爾酮是一類具有良好的抗腫瘤活性的新型查爾酮。本文主要對(duì)3,4,5-三甲氧基查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾及抗腫瘤作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為今后開(kāi)發(fā)3,4,5-三甲氧基查爾酮類抗腫瘤藥物提供依據(jù)。

3,4,5-三甲氧基查爾酮；結(jié)構(gòu)修飾；抗腫瘤活性

查爾酮是一類具有1,3-二苯基丙烯酮骨架的化合物，屬于黃酮類化合物。它們廣泛分布在自然界藥物植物紅花、甘草、鐮形棘豆等植物中[1]。查爾酮的α, β-不飽和酮有較大的柔韌性，能夠與眾多的受體結(jié)合，產(chǎn)生多種生物學(xué)活性。作為植物體內(nèi)黃酮合成的前體，查爾酮本身也具有廣泛的生物活性，如抗腫瘤、抗真菌、抗?jié)?、抗瘧疾、抗炎、抗氧化等[2]，而對(duì)其抗腫瘤活性的研究更為廣泛。查爾酮不僅能夠抑制多種腫瘤細(xì)胞的形成、增殖，還能誘導(dǎo)腫瘤的分化和凋亡，有望成為一類高效低毒的天然新型抗腫瘤藥物。然而，查爾酮自身作用強(qiáng)度較弱，限制了其在臨床上的應(yīng)用。因此，對(duì)查爾酮進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，以期得到抗腫瘤活性更高的衍生物具有重要的意義。事實(shí)上，目前已經(jīng)數(shù)百種具有良好抗腫瘤活性的查爾酮衍生物被設(shè)計(jì)、合成，尤其是具有3,4,5-三甲氧基的查爾酮展現(xiàn)出了更強(qiáng)的抗癌活性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究者們對(duì)3,4,5-三甲氧基的查爾酮也進(jìn)行了大量的修飾，以提高其抗癌活性。從結(jié)構(gòu)上看，3,4,5-三甲氧基的查爾酮也是一類1,3-二苯基丙烯酮(圖1)，人們對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾主要是集中在芳香環(huán)和α, β-不飽和酮上，由此獲得了一些具有高活性的查爾酮衍生物。本文主要對(duì)近年來(lái)3,4,5-三甲氧基類查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾及構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為開(kāi)發(fā)3,4,5-三甲氧基類查爾酮藥物提供參考。

圖1 查爾酮的基本結(jié)構(gòu)

1 苯環(huán)修飾

考布他汀A4 (圖2，CA-4)是臨床上抑制微管蛋白聚合的抗腫瘤藥物，從其結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，該藥物具有3,4,5-三甲氧基團(tuán)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾后發(fā)現(xiàn)，3,4,5-三甲氧基是一個(gè)抗腫瘤藥效團(tuán)。隨后，Rao等[3]在保留了3,4,5-三甲基的活性基團(tuán)的基礎(chǔ)上，合成了一系列的3,4,5-三甲基查爾酮 (化合物1)，這些查爾酮對(duì)Jurkat、U937、PBMCs腫瘤細(xì)胞均有抑制作用，其中含2-OH的化合物2對(duì)Jurkat和U937展現(xiàn)出了最強(qiáng)的抑制活性，其IC50分別是1.7μM、1.5μM。為了進(jìn)一步探討3,4,5-三甲基對(duì)抗腫瘤活性的影響，Shenvi等[4]將3,4,5-三甲基修飾成2,4,5-三甲基，合成了一系列的查爾酮3。這些查爾酮對(duì)Hela、SW-982和MCF-7均僅展現(xiàn)出了中等的抑制活性，其中含有-NO2的查爾酮4(IC50=16.4μM)對(duì)乳腺癌有最強(qiáng)的抑制活性，但仍低于臨床上應(yīng)用的他莫昔芬(IC50=15.6μM)。然而，進(jìn)一步將這些查爾酮修飾成黃酮(化合物5)或二氫黃酮(化合物6)后，均顯著降低了抗腫瘤活性，部分化合物甚至喪失了抗腫瘤活性。這些結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明，3,4,5-三甲基是一個(gè)抗腫瘤藥效團(tuán)，改變其甲氧基的位置將降低抗癌活性。

圖2 化合物CA-4和化合物1～6的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 α-取代修飾

Ducki等[5]首先在查爾酮的雙鍵α位引入甲基，得到的化合物7(IC50=0.21nM)是一個(gè)具有納摩爾抗腫瘤活性的化合物。接著，將氟、氰基和酯基引入了雙鍵α位(化合物8～10)，但是與甲基相比，并沒(méi)有顯著提高抗腫瘤活性。盡管化合物7具有較強(qiáng)的活性，然而該化合物也存在著生物利用度較差、穩(wěn)定性差和溶解性差等缺點(diǎn)，使得該化合物未能應(yīng)用于臨床。因此開(kāi)發(fā)出有較高的生物利用度、較好的穩(wěn)定性和溶解性的查爾酮，仍然是一個(gè)重要的課題。但是在后續(xù)的研究中3,4,5-三甲氧基這一活性基團(tuán)被保留著。

圖3 化合物7～10的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3 羰基修飾

3,4,5-三甲氧基查爾酮具有α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu)，酮基能夠參與縮合等反應(yīng)來(lái)構(gòu)建一系列雜環(huán)化合物。

Lee等[6]保留了3,4,5-三甲氧基苯基活性基團(tuán)，將α,β-不飽和酮與硫脲反應(yīng)，得到了一系列含硫脲的六元雜環(huán)類查爾酮衍生物，其中化合物11(IC50=6.3μM)對(duì)黑色素瘤細(xì)胞B16的活性較好，而化合物12(IC50=0.5 μM)則對(duì)淋巴白血病L1210有著較好的抑制活性。同時(shí)將3,4,5-三甲氧基修飾成2,5-二甲氧基的硫脲化合物也有著較好的活性，其中化合物13抗黑色素瘤細(xì)胞B16(IC50=6.1μM)的活性和抑制淋巴白血病L1210(IC50=0.4 μM)的活性，甚至略高于3,4,5-三甲氧基類化合物11和化合物12。

圖4 化合物11～13的化學(xué)結(jié)構(gòu)

將3,4,5-三甲氧基查爾酮與肼反應(yīng)可形成吡唑衍生物(化合物14，圖5)。這些吡唑類化合物也具有廣泛的抗腫瘤活性，其中化合物15對(duì)HT-29、HCT-15、SW-620、A-549、Hop-62、HepG2、SiHa、PC-3細(xì)胞有較強(qiáng)的抑制活性，其IC50分別為0.47 μM、0.25 μM、0.23μM、0.87 μM、0.93 μM、8.41 μM、3.63 μM、2.64 μM。然而有意思的是，將化合物15繼續(xù)修飾，即將氨基乙?；玫交衔?6后，活性明顯降低，甚至喪失對(duì)部分腫瘤細(xì)胞的抑制活性，說(shuō)明游離的氨基對(duì)活性影響甚大。但是，用雙氧水(H2O2)將α,β-不飽和酮進(jìn)行環(huán)氧化，得到的含氧三元環(huán)的查爾酮類化合物，對(duì)黑色素瘤B16和淋巴白血病L1210有著較好的抑制作用，其中化合物17(IC50=25μM)對(duì)黑色素瘤B16的抑制活性最強(qiáng)，化合物18(IC50=3.9μM)對(duì)淋巴白血病L1210的抑制活性最強(qiáng)。將這類含氧三元環(huán)化合物繼續(xù)修飾，即與肼類化合物反應(yīng)，也能得到吡唑衍生物，然而它們的抗腫瘤活性明顯降低，部分化合物甚至喪失了抗腫瘤活性。

圖5 化合物14～18的化學(xué)結(jié)構(gòu)

4 甾體修飾

雌激素受體與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移有著密切的聯(lián)系，而甾體激素類拮抗劑能夠與內(nèi)源性的雌二醇競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合雌激素受體，展現(xiàn)出抗乳腺癌活性，已成為目前乳腺癌臨床治療的有效方法。Saxena等[7]根據(jù)藥物拼接原理，將3,4,5-三甲氧基活性基團(tuán)結(jié)構(gòu)拼接到雌二醇上，得到了具有抗乳腺癌活性的化合物19(IC50=177.8μM)。此后以化合物19為先導(dǎo)化合物，繼續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，得到了化合物20(IC50=7.3μM)。即將3,4,5-三甲氧基修飾成3,4-二甲氧基，化合物20的活性較先導(dǎo)化合物19提高了24倍。將化合物23的α, β-不飽和酮進(jìn)行環(huán)化，得到化合物21(圖6，IC50=9.88 μM)，該化合物的活性與化合物7(圖3)的活性相當(dāng)。

圖6 化合物19～21的化學(xué)結(jié)構(gòu)

5 苯并雜環(huán)修飾

苯并雜環(huán)基團(tuán)也是一類抗腫瘤的藥效團(tuán)。為了得到新型、高效的抗腫瘤藥物，將3,4,5-三甲氧基直接拼接到苯并雜環(huán)上，得到了一系列新型結(jié)構(gòu)的查爾酮。Liou等[8]將3,4,5-三甲氧基拼接到吲哚上，得到了一系列的吲哚類查爾酮，大多數(shù)的化合物都對(duì)MCF-7有著較好的抑制作用，其中化合物22(IC50=1 nM)抗乳腺癌的活性最強(qiáng)，是化合物CA-4的8倍。但是，將羰基連接鍵改為硫或者磺酸酯，直接相連得到的類似物對(duì)抗乳腺癌的活性并沒(méi)有提高。而將3,4,5-三甲氧基拼接到吲哚上后(化合物23～24，圖7)，降低了對(duì)人肺腺癌細(xì)胞A549的抑制活性。除了吲哚雜環(huán)外，將3,4,5-三甲氧基拼接到苯并噻吩上也被研究了，這類化合物從結(jié)構(gòu)上看類似于雷洛昔芬，其中化合物25(GI50=3.31μM)展現(xiàn)了較強(qiáng)的抗乳腺癌活性，化合物26對(duì)HeLa、A549、HL-60、Jurkat和K562的抑制活性最強(qiáng)，該化合物的 IC50分別為 0.7 μM、1.4 μM、0.5 μM、0.3 μM、0.2 μM。此外，采用一鍋法合成了呋喃的類似物，并對(duì)MCF-7進(jìn)行了抑制的生物活性測(cè)試，其中化合物27(IC50=34 nM)的抗乳腺癌活性最高，然而與CA-4相比，化合物27的抗乳腺癌活性降低了3倍。將3,4,5-三甲氧基拼接到苯并環(huán)戊烯上，得到了一些化合物，在抗乳癌的活性研究中發(fā)現(xiàn)，這些化合物對(duì)MCF-7基本上沒(méi)有抑制作用。此外，這類化合物對(duì)微管蛋白的抑制活性也明顯低于CA-4。在這些化合物中，化合物28(IC50=36 μM)對(duì)微管蛋白的抑制活性最高，但是與CA-4(IC50=2.0 μM)相比，化合物28抗微管蛋白的活性降低了近18倍?？偟膩?lái)說(shuō)，將3,4,5-三甲氧基拼接到不同的雜環(huán)或環(huán)戊烯上對(duì)活性有明顯的影響，將3,4,5-三甲氧基拼接到吲哚環(huán)上，能夠增加其生物活性，而拼接到環(huán)戊二烯上則明顯降低甚至喪失了活性。這些研究為繼續(xù)開(kāi)發(fā)3,4,5-三甲氧基查爾酮提供了重要的依據(jù)。

圖7 化合物22～28的化學(xué)結(jié)構(gòu)

6 酰胺修飾

為了提高查爾酮的水溶性，在查爾酮結(jié)構(gòu)中引入了氨基。Kamal等[9]將鬼臼毒素通過(guò)酰胺鍵連接到查爾酮上，得到了一系列的鬼臼毒素-查爾酮的綴合物29(圖8，IC50=5.3～26.7μM)。這些綴合物對(duì)多種腫瘤細(xì)胞都展現(xiàn)了中等的抑制活性，其中含有3,4,5-三甲基活性片段的綴合物30、31，對(duì)人肺細(xì)胞A549的抑制活性最強(qiáng)，它們的IC50值分別為2.7μM和2.1μM。

圖8 化合物29～31的化學(xué)結(jié)構(gòu)

將丙烯酸與3,4,5-三甲基苯胺反應(yīng)，也構(gòu)建了一類酰胺類的查爾酮。生物活性表明，這些酰胺查爾酮對(duì)U-937和Hela有著良好的抑制活性，其中化合物32對(duì)這2種腫瘤細(xì)胞的抑制活性最強(qiáng)，其IC50分別是6.0 μM和2.0 μM。有意思的是，將這類酰胺查爾酮繼續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾得到二氫查爾酮，即將α, β-不飽和酮的雙鍵還原成單鍵，這些二氫查爾酮(圖8，化合物33)對(duì)U-937和Hela的抑制活性顯著降低，甚至喪失了活性。但是，將乙炔基換成甲氧基后，這類酰胺類的查爾酮比三苯基類化合物具有更強(qiáng)的抗腫瘤活性，其中化合物34對(duì)U-937的抗腫瘤活性最強(qiáng)。進(jìn)一步改變酰胺鍵的位置，也能保留較強(qiáng)的抗腫瘤活性，其中化合物35(IC50=0.57 μM)對(duì)K562的抑制活性最強(qiáng)。將化合物34的鄰位酰胺繼續(xù)進(jìn)行修飾，得到一系列的六元環(huán)類化合物(圖8，化合物36)，但是這類六元環(huán)類化合物的抗腫瘤活性顯著低于先導(dǎo)化合物。此外，酰胺鍵的位置也被探討了，主要是將化合物的鄰位上的酰胺基團(tuán)進(jìn)行了修飾，得到了一系列的羧酸、酯和酰胺化合物，活性研究表明，酯也有著較強(qiáng)的抗腫瘤活性。在另一個(gè)苯環(huán)上引入甲氧基，對(duì)活性的影響也較大，其中3,4-二甲氧基化合物37(IC50=0.72μM)對(duì)平滑肌瘤細(xì)胞(SMCs)的抑制活性最強(qiáng)。

圖9 化合物32～37的化學(xué)結(jié)構(gòu)

7 其他修飾

在查爾酮類化合物中有一種特殊的二聚查爾酮——姜黃素。姜黃素具有多種藥理學(xué)活性，包括抗癌活性，因此，可將3,4,5-三甲氧基查爾酮進(jìn)行二聚，構(gòu)建出姜黃素類似物。Yadav等[10]構(gòu)建了一系列3,4,5-三甲氧基的二聚查爾酮，并在α,β-不飽和酮上引入環(huán)戊烷、環(huán)己烷和哌啶環(huán)(化合物38～41，圖9)，其中含有哌啶環(huán)的化合物比含有環(huán)戊烷或環(huán)己烷的化合物有更強(qiáng)的抗乳腺癌活性，尤其是化合物40，對(duì)乳腺癌MDA-MB-231的抑制活性最強(qiáng)，其EC50為0.3μM。但是，進(jìn)一步將化合物40形成四聚體(化合物42)后，卻顯著降低了抗腫瘤活性。

圖10 化合物38～42的化學(xué)結(jié)構(gòu)

Wei等[11]基于雜環(huán)類化合物能夠提高抗腫瘤活性的特點(diǎn)，合成了一系列的哌啶、吡喃和噻己環(huán)類的化合物。在這些雜環(huán)類化合物中，哌啶、吡喃和噻己環(huán)類查爾酮 (化合物42～44，圖10)的抗腫瘤活性，確實(shí)高于環(huán)戊環(huán)和環(huán)己環(huán)類的化合物，其中吡喃類化合物的抗腫瘤活性最強(qiáng)，尤其是化合物44，對(duì)PC-3、Panc-1和HT-29的抑制活性IC50分別是0.27 μM、0.52 μM 和 0.16 μM。

圖11 化合物42～44的化學(xué)結(jié)構(gòu)

8 結(jié)論

本文對(duì)近年來(lái)3,4,5-三甲氧基查爾酮類化合物的結(jié)構(gòu)修飾研究進(jìn)行總結(jié)，并初步闡述了其構(gòu)效關(guān)系，大致可以總結(jié)為以下幾個(gè)規(guī)律：1）3,4,5-三甲基是活性的藥效團(tuán)，改變其甲氧基位置或者減少甲氧基的數(shù)量，均會(huì)減弱其抗腫瘤活性；2）3,4,5-三甲氧基查爾酮C4亞甲基上引入適當(dāng)?shù)娜〈缂谆?，能夠提高抗腫瘤活性；3）在3,4,5-三甲氧基查爾酮結(jié)構(gòu)中引入酰胺鍵，能夠提高抗腫瘤活性；4）3,4,5-三甲氧基查爾酮形成二聚體后能夠提高抗腫瘤活性。

總之，對(duì)3,4,5-三甲氧基查爾酮進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾能夠提高抗腫瘤活性，但是其抗腫瘤效果與臨床上應(yīng)用的藥物相比仍然較弱，因此，進(jìn)一步對(duì)3,4,5-三甲氧基查爾酮進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾是一項(xiàng)非常有前景的工作。

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Study Advances of Structural Modification and Antitumor Activities of 3,4,5-Trimethoxy Chalcones

HAN Xiao
(Changjiang Polytechnic, Wuhan 430074, China)

Chalcone was a kind of natural polyphenol widely found in natural plants and had various biological activities included anti-tumor, anti-bacterial, antiviral activities. Recently, a great deal of structural modif i cations on chalcone have found 3,4,5-trimethoxy chalcones was a new kind of chalcone with good anti-tumor activity. In this paper, the research advances of structural modif i cation of 3,4,5-trimethoxy chalcones, as well as anti-canceractivities were reviewed, and those would provided assistances for the future development of 3,4,5-trimethoxy chalcone drugswith high and specif i c anti-tumor activity．

3,4,5-trimethoxy chalcones; structural modif i cation; anti-canceractivity

R 284.3

A

1671-9905(2017)10-0029-05

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（B2017578）

韓瀟（1984-），男，湖北宜昌人，碩士，長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院生物醫(yī)藥學(xué)院講師，研究方向?yàn)樯镏扑幖夹g(shù)。E-mail:hxiao12378@126.com

2017-07-10