基于青蒿素的二聚體/雜合體的抗腫瘤活性

(黃淮學(xué)院,駐馬店 463000)

1 前言

據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)估計，全球范圍內(nèi)約有20%的人口會在一生中罹患癌癥，而約10%的人會因癌癥喪命[1]。然而，大多數(shù)市售抗腫瘤藥物的特異性較差，極易引起各類副作用[2]。更為不幸的是，由于長時間、廣泛使用，腫瘤細(xì)胞已對幾乎所有現(xiàn)有藥物產(chǎn)生了不同程度的耐藥性[3]。如果情況持續(xù)惡化，臨床醫(yī)生可能會在不久的將來面對無藥可用的窘境。因此，亟需研發(fā)特異性高、毒副作用低和療效高(尤其是對耐藥腫瘤)的新型抗腫瘤藥物。

青蒿素(圖1)及其半合成衍生物如二氫青蒿素、蒿甲醚和青蒿琥酯等是抗瘧疾領(lǐng)域的明星藥物，挽救了數(shù)以百萬人的性命[4,5]。除經(jīng)典的抗瘧疾活性外，青蒿素類化合物具有潛在的抗腫瘤活性，引起了藥物化學(xué)家的極大關(guān)注[6]。研究表明，青蒿素母核中的倍半萜內(nèi)酯結(jié)構(gòu)片段可在腫瘤細(xì)胞血紅素二價鐵離子(FeII)的作用下發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，產(chǎn)生高活性的過氧自由基和活性氧自由基(ROS)[7]。所產(chǎn)生的活性自由基可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、DNA損傷、烷基化靶蛋白和細(xì)胞凋亡，故青蒿素類化合物的抗腫瘤作用機制包括抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、腫瘤相關(guān)信號通路和血管生成等。特別值得一提的是，腫瘤細(xì)胞與瘧原蟲一樣，F(xiàn)eII的含量遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞，使得這類化合物的特異性較高，毒副作用較低。

然而，青蒿素單核衍生物普遍不足以在體內(nèi)達到殺滅腫瘤細(xì)胞的有效濃度，這就嚴(yán)重限制了此類化合物在抗腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用[8]。青蒿素二聚體的生物活性普遍優(yōu)于單核化合物，且二聚體具有良好的體內(nèi)外抗腫瘤活性，對其進行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)修飾可能會從中篩選出新型抗腫瘤候選物[9]。而將青蒿素母核與其它抗腫瘤藥效團雜合所得的雜合體不僅可能具有更高的抗腫瘤活性，而且還有克服耐藥性的潛力。因此，近年來青蒿素二聚體和雜合體在抗腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用引起了藥物化學(xué)家的極大關(guān)注。本文綜述了近五年青蒿素二聚體和雜合體在抗腫瘤領(lǐng)域的最新研究進展，以啟迪藥物化學(xué)家更合理的設(shè)計此類化合物。

圖1 青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 青蒿素二聚體

酰胺連接的青蒿素二聚體1(圖2,半抑制濃度/IC50:1.32～5.08μmol/L)的抗HepG2,MCF-7和HL-60腫瘤細(xì)胞活性是母藥二氫青蒿素(IC50:14.9～18.3μmol/L)的3.1～11.2倍[10]，而二聚體2～5(IC50:1.56～33.71μmol/L)不僅對A375、A549、SH-SY5Y、HCT116和PC12腫瘤細(xì)胞具有廣譜活性，活性遠(yuǎn)高于青蒿素(IC50:＞50μmol/L)，而且對正常L02細(xì)胞無毒[11]。作用機制研究結(jié)果表明，活性最高的二聚體2a(IC50:1.56～10.26μmol/L)不僅可阻滯細(xì)胞周期G1期，而且可通過上調(diào)Bad,Bax,caspase-3,caspase-9和下調(diào)Bcl-xL蛋白表達水平誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

對一系列不同連接子連接的青蒿素體二聚體的外抗腫瘤活性研究結(jié)果表明，二聚體6(IC50:0.69～1.82μmol/L)具有良好的抗人子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞RL95-2、KLE、HEC-50、HEC-1-A、HEC-1-B和AN3CA活性[12]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該化合物對半胱天冬酶-3,-8和-9的抑制作用呈時間和濃度依賴性。在RL95-2移植瘤Balb/C裸鼠模型中，二聚體6在給藥2.5和5mg/kg時分別可抑制35.77%和49.92%的腫瘤生長，活性優(yōu)于對照藥順鉑(給藥3mg/kg時可抑制29.76%的腫瘤生長)。不僅如此，二聚體6組未見小鼠行為和組織病理學(xué)異常，提示該化合物安全性良好。藥代動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該化合物可在小鼠子宮內(nèi)聚集。顯然，該二聚體可作為新型抗子宮癌候選物進一步研究。

圖2 青蒿素二聚體1～7的化學(xué)結(jié)構(gòu)

含有二茂鐵的二聚體7(IC50:10nmol/L)抗野生型CCRF-CEM細(xì)胞活性與阿霉素(IC50:9nmol/L)相當(dāng)，遠(yuǎn)優(yōu)于母藥青蒿素(IC50:36.90μmol/L)[13]。該化合物(IC50:1.96μmol/L)對P-糖蛋白過度表達的耐多藥CEM/ADR5000白血病細(xì)胞也具有潛在的活性，且優(yōu)于阿霉素(IC50:23.27μmol/L)和青蒿素(IC50:26.90μmol/L)，值得進一步研究。

3 青蒿素雜合體

Kapkoti等研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素-1,2,3-三氮唑雜合體8(圖3,IC50:4.06～89.85μmol/L)和9(IC50:17.98～77.30μmol/L)具有潛在的抗K562、PC-3、A431、MDA-MB-231、COLO-205、A549和HEK-293腫瘤細(xì)胞活性[14]。其中，代表物8a,b(IC50:4.06～36.65μmol/L)對所測7株腫瘤細(xì)胞的活性與阿霉素(IC50:1.43～11.99μmol/L)處于同一水平，而優(yōu)于青蒿素(IC50:39.03～68.82μmol/L)和二氫青蒿素(IC50:15.74～77.19μmol/L)。不僅如此，二者(IC50:＞100μg/mL)對正常HEK-293細(xì)胞無毒，值得進一步研究。

雜合體10a,b(IC50:0.047～8.11μmol/L)的抗HL-60,MCF-7和耐阿霉素MCF-7/Adr腫瘤細(xì)胞構(gòu)-效關(guān)系(SAR)研究結(jié)果顯示，延長1,2,3-三氮唑與苯環(huán)之間烷基的碳鏈長度對活性不利[15]。特別值得一提的是，二者抗MCF-7/Adr細(xì)胞活性(IC50:0.047和0.11μmol/L)高于抗MCF-7細(xì)胞活性(IC50:2.89和8.11μmol/L)，提示這類雜合體與阿霉素?zé)o交叉耐藥性，作用機制異于阿霉素。其中，雜合體10a(IC50:0.047～2.89μmol/L)對所測3株腫瘤細(xì)胞的活性是二氫青蒿素(IC50:0.299～20.67μmol/L)的4.6～31.9倍，可作為先導(dǎo)物進一步優(yōu)化。

圖3 青蒿素-唑雜合體8～20的化學(xué)結(jié)構(gòu)

Tien 等研究表明，雜合體11 (IC50:12.5～＞225μmol/L)的抗KB和HepG2腫瘤細(xì)胞活性盡管弱于玫瑰樹堿(IC50:0.81和0.93μmol/L)，但代表物11a(IC50:12.5和32.9μmol/L)的活性優(yōu)于青蒿琥酯(IC50:78.5和59.4μmol/L)和二氫青蒿素(IC50:95.3和63.7μmol/L)[16]。雜合體12(IC50:2.5～4.7μmol/L)的抗MCF-7,LU-1,HL-60和P388腫瘤細(xì)胞活性與玫瑰樹堿(IC50:1.7～3.5μmol/L)相當(dāng)，而是二氫青蒿素(IC50:39.9～84.3μmol/L)的10.5～21.6倍[17]。雜合體13(IC50:10～39μmol/L)和14(IC50:2.7～21μmol/L)也具有潛在的抗CME和HeLa腫瘤細(xì)胞活性，值得進一步研究[18]。

青蒿素-吡唑雜合體15(GI50:0.019～1.42μmol/L)及其差向異構(gòu)體16(GI50:0.018～0.92μmol/L)和相應(yīng)的吡唑啉雜合體17(GI50:0.035～1.23μmol/L)及18 (GI50:0.026～0.50μmol/L)具有良好的抗MDA-MB-231,MCF-7和MCF-7/Adr腫瘤細(xì)胞活性[19-20]。其中，雜合體16a(GI50:18～240nmol/L)和18a(GI50:30～220nmol/L)多所測腫瘤細(xì)胞的活性與阿霉素(GI50:54～540nmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)，而是二氫青蒿素(GI50:3.32～33.22μmol/L)的52.4～184.4倍，極具進一步開發(fā)前景。

青蒿素-咪唑雜合體19(IC50:9.78～＞100μmol/L)對大多數(shù)所測A549、HepG-2、MDA-MB-231、L02,MCF-7和MCF-7/Adr具有弱到中等強度的活性，而青蒿素(IC50:＞100μmol/L)則完全無活性[21]。多數(shù)青蒿素-四氮唑雜合體和青蒿素-螺噁唑啉雜合體無抗腫瘤活性，但化合物20(IC50:4.04～46.30 μmol/L)的抗A549,HCT-15和HepG2腫瘤細(xì)胞活性略優(yōu)于5-氟尿嘧啶(IC50:33.68～52.82 μmol/L)，值得進一步研究[22～24]。

青蒿素-查耳酮雜合體21(圖4,IC50:3.42～3.60μmol/L)不僅抗TK-10,UACC-62和MCF-7腫瘤細(xì)胞活性與小白菊內(nèi)酯(IC50:2.40～9.71μmol/L)相當(dāng)，而且對正常WI-38 HFLF細(xì)胞的毒性(IC50:72.2μmol/L)較低，選擇性指數(shù)＞20，可作為先導(dǎo)物進一步優(yōu)化[25]。雜合體22(IC50:7～22μmol/L)和23(IC50:15～39μmol/L)的抗Mia PaCa-2,PC-3和HepG2腫瘤細(xì)胞活性高于二氫青蒿素(IC50:29～＞100μmol/L)，但弱于阿霉素(IC50:0.54～1.75μmol/L)，仍需進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化[26]。

圖4 青蒿素-查耳酮/香豆素/喹啉雜合體21～27的化學(xué)結(jié)構(gòu)

青蒿素-1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體24a,b(IC50:0.01～5.19μmol/L)的抗HT-29和MDA-MB-231腫瘤細(xì)胞活性與阿霉素(IC50:0.24～5.98μmol/L)相當(dāng)，優(yōu)于二氫青蒿素(IC50:5.64～＞100μmol/L)和乙酰唑胺(IC50:＞100μmol/L)，可作為先導(dǎo)物進一步研究[27]。雜合體25(IC50:0.05～120.72μmol/L)和26(IC50:0.039～＞100μmol/L)具有潛在的抗MRC-5、HCT-116、MDA-MB-231和HT-29腫瘤細(xì)胞的活性，但普遍弱于阿霉素(IC50:0.05～0.37μmol/L)[28-29]。代表物26a,b(IC50:0.039～30.4μmol/L)的活性優(yōu)于二氫青蒿素(IC50:10.33～＞100μmol/L)，值得進一步優(yōu)化。

青蒿素-哌嗪-香豆素雜合體27(IC50:2.33～23.65 μmol/L)具有潛在的抗HepG2、Hep3B、A2780和OVCAR-3腫瘤細(xì)胞活性，而青蒿素(IC50:＞100μmol/L)則未顯示出任何活性[30]。作用機制研究結(jié)果表明，該化合物可通過形成活性氧(ROS)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

青蒿素-雌性激素雜合體28(圖5,EC50:150～930 nmol/L)具有優(yōu)秀的抗乳腺癌細(xì)胞MCF-7,MDAMB-231,MDA-MB-361,T47D和C33A活性，且活性優(yōu)于二氫青蒿素(EC50:1.71～29.80μmol/L)、青蒿琥酯(EC50:1.83～＞30μmol/L)和順鉑(EC50:3.69～19.13μmol/L)[31]。顯然，該雜合體可能在抗乳腺癌領(lǐng)域大有作為。青蒿素-甾體雜合體29(IC50:0.192和7.159μmol/L)，30(IC50:0.019～1.254μmol/L)和31(IC50:35～665nmol/L)等抗CCRF-CEM和耐多藥CEM/ADR5000白血病細(xì)胞SAR顯示，酰胺(X=NH)連接子優(yōu)于酯(X = O)連接子[32]。代表物30b (IC50:19和345nmol/L)的抗CCRF-CEM和耐多藥CEM/ADR5000白血病細(xì)胞活性是青蒿素(IC50:36.90和26.90μmol/L)的1942.1和77.9倍，抗耐多藥CEM/ADR5000白血病細(xì)胞活性是阿霉素(IC50:1.61μmol/L)的4.6倍，極具進一步開發(fā)價值。

青蒿素-羥肟酸雜合體32(IC50:1.28～84.80μg/mL)的抗MCF-7,HepG2和HL-60腫瘤細(xì)胞SAR研究結(jié)果表明，羥肟酸結(jié)構(gòu)片段對活性至關(guān)重要，用羧基代替羥肟酸將導(dǎo)致活性大幅下降[33]。代表物32d(IC50:1.28～2.62μg/mL)的活性最高，僅略低于對照藥伏立諾他(IC50:0.18～1.90μg/mL)，可作為先導(dǎo)物進一步優(yōu)化。

青蒿素-喹喔啉雜合體33(IC50:110nmol/L)的抗HCT116細(xì)胞活性與紫杉醇(IC50:110nmol/L)相當(dāng)，而是對照藥青蒿琥酯(IC50:890nmol/L)、二氫青蒿素(IC50:2.85μmol/L)、順鉑(IC50:10.98μmol/L)和吉非替尼(IC50:19.82μmol/L)的8.0～180.1倍[34]。在HCT116裸鼠異體移植腫瘤模型中，該雜合體的活性優(yōu)于吉非替尼和二氫青蒿素，且未顯示出明顯的體內(nèi)毒性，值得進一步開發(fā)。

圖5 青蒿素-雜合體28～33的化學(xué)結(jié)構(gòu)

對一系列青蒿素-百里醌雜合體的抗HCT116和PC-3腫瘤細(xì)胞研究結(jié)果表明，代表物34a(圖6,IC50:2.4μmol/L)的活性是母藥青蒿琥酯(IC50:5.3 μmol/L)和百里醌(IC50:50.1μmol/L)的2.2和20.8倍[35-36]。細(xì)胞毒性試驗顯示，該雜合體(IC50:＞100μmol/L)對正常HCEC細(xì)胞無毒性。作用機制研究顯示，該雜合體可促使ROS的產(chǎn)生誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。青蒿素-砜雜合體35(IC50:60nmol/L)不僅抗SMMC-7721細(xì)胞活性是青蒿素(IC50:440nmol/L)和二氫青蒿素(IC50:400nmol/L)的＞6倍，而且對正常細(xì)胞的毒性(IC50:362.2μmol/L)極低，選擇性指數(shù)高達6036[37]。

青蒿素-磺酰胺雜合體36a(IC50:0.05～2.11μmol/L)和36b(IC50:0.09～3.71μmol/L)具有良好的抗HT-29,MDAMB-231,U87MG,H460,A549和HL-60腫瘤細(xì)胞活性，且二者的活性均優(yōu)于二氫青蒿素(IC50:5.29～15.82μmol/L)和順鉑(IC50:4.31～10.31μmol/L)[38-39]。細(xì)胞毒性試驗結(jié)果表明，二者(IC50:37.47和28.17μmol/L)對正常WI38細(xì)胞的毒性較低，選擇性指數(shù)為7.5～749.4。

圖6 青蒿素-雜合體34～37的化學(xué)結(jié)構(gòu)

青蒿素-吲哚雜合體37a,b(IC50:5.25～42.59μmol/L)對MCF-7,A549,HepG2和L02腫瘤細(xì)胞具有潛在的活性，但活性遠(yuǎn)遜于對照藥阿霉素(IC50:0.67～1.13 μmol/L)[40]。值得注意的是，雜合體37a,b與阿霉素聯(lián)合使用時可顯著地提高阿霉素的抗耐多藥MCF-7/ADR細(xì)胞活性(IC50由89.14μmol/L降低至0.93和0.76 μmol/L)，故二者可作為先導(dǎo)物進一步研究。

4 結(jié)束語

癌癥是僅次于心腦血管疾病的第二大類致死性疾病，每年數(shù)百萬人因此喪命?？鼓[瘤藥物對癌癥的治療不可或缺，但由于耐藥性和副作用等諸多問題，使得抗腫瘤藥物的臨床應(yīng)用不斷受到限制。因此，亟需開發(fā)新型抗腫瘤藥物。青蒿素二聚體和雜合體具有潛在的體內(nèi)外抗腫瘤活性，其中，二聚體7和雜合體16a,18a,30b對藥敏型和耐藥型腫瘤細(xì)胞均具有良好的活性，而二聚體6和雜合體33不僅具有良好的體內(nèi)外活性，而且顯示出良好的安全性，提示這類化合物可能在抗腫瘤領(lǐng)域大有作為。本文綜述了青蒿素二聚體和雜合體在抗腫瘤領(lǐng)域的最新研究進展，為進一步合理設(shè)計打下基礎(chǔ)。