合成源1,4-萘醌類衍生物的抗腫瘤活性研究進(jìn)展

付毅紅， 劉佳敏， 唐震華， 王貞超,2,3*， 歐陽(yáng)貴平,2,3*

（1. 貴州大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 貴州醫(yī)科大學(xué) 藥用植物功效與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550014；3. 貴州省合成藥物工程實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025）

萘醌是一種在自然界中分布廣泛的天然色素，因其具有重要的生物活性而受到廣泛關(guān)注。根據(jù)醌環(huán)上兩羰基位置的不同，萘醌可以分為三類：1,2-萘醌、1,4-萘醌以及2,6-萘醌（圖1）。1,4-萘醌類化合物由于其廣泛的生物學(xué)活性，包括抗菌[1]、抗病毒[2,3]、抗腫瘤[4-6]、抗瘧[7]等作用而大量應(yīng)用于醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)行業(yè)[8]。1,4-萘醌化合物結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)于多種癌癥靶標(biāo)抑制劑中，如DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶[9]、HSP90（熱休克蛋白）[10]和單胺氧化酶（MAO）[11]等，因而1,4-萘醌衍生物已成為抗癌藥物的研究熱點(diǎn)之一。

1 概述

因其具有較好的抗腫瘤活性，1,4-萘醌主體結(jié)構(gòu)的衍生物已大量應(yīng)用于抗腫瘤藥物的研究中，包括天然存在的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，如Lawsone、Lapachol、Juglone、Shikonin、Plumbagin等（圖1），也有更復(fù)雜的衍生物，例如阿霉素和那布卡星[12-14]等（圖1）。這些1,4-萘醌衍生物的結(jié)構(gòu)修飾方式有醌環(huán)取代、苯環(huán)醌環(huán)取代、萘醌并雜環(huán)等三種主要方式。前期文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，關(guān)于萘醌類衍生物的抗腫瘤活性研究主要偏重于1,2-萘醌或天然來(lái)源的萘醌類，并未針對(duì)合成源1,4-萘醌進(jìn)行系統(tǒng)的抗腫瘤活性及構(gòu)效關(guān)系分析。本文根據(jù)1,4-萘醌衍生物取代位的不同進(jìn)行分類，主要對(duì)醌環(huán)取代、苯環(huán)醌環(huán)取代、萘醌并雜環(huán)這三大類合成源的1,4-萘醌衍生物的抗腫瘤活性進(jìn)行綜述，并進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系分析，以期為后續(xù)新型1,4萘醌衍生物抗癌藥物的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

圖1 萘醌的三種結(jié)構(gòu)及含1,4-萘醌主體結(jié)構(gòu)的衍生物

2 不同1,4-萘醌類結(jié)構(gòu)的抗腫瘤活性

2.1 單醌環(huán)取代的1,4-萘醌衍生物

萘醌支架的C-2或C-3和C-5位置的氨基、羥基、甲基取代對(duì)癌細(xì)胞和正常細(xì)胞具有選擇性毒性[15]。因此醌環(huán)上的取代位多為C-2或C-3，而常見(jiàn)的取代基有-NH2、-OH、-OR、-S、鹵素及烷基等。

2017年Shin等[16]在CeCl3催化劑作用下，將1,4-萘醌與胺偶聯(lián)反應(yīng)合成了一系列2-氨基-1,4-萘醌衍生物，利用MTT法對(duì)卵巢癌細(xì)胞系A(chǔ)2780、SKOV3、OVCAR3進(jìn)行細(xì)胞毒性測(cè)試，大部分化合物表現(xiàn)出中等強(qiáng)度的細(xì)胞毒性。而化合物1（圖2）對(duì)三株卵巢癌細(xì)胞均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制活性（IC50分別為5.6、2.8、6.8 μM），表現(xiàn)出了2-氨基-1,4-萘醌結(jié)構(gòu)在卵巢癌藥物開(kāi)發(fā)中的巨大潛力。

同為單叔胺取代物，Valen?a等[17]引入N-磺?；蚧鶊F(tuán)，合成的N-磺酰-1,2,3-三唑雜化物有著更優(yōu)越的活性和廣譜性。作者通過(guò)2-氨基-1,4-萘醌與炔丙基溴的炔丙基化得到N-炔丙基化的2-氨基-1,4-萘醌，再通過(guò)銅催化的疊氮化物-炔烴環(huán)加成反應(yīng)合成三唑，再與甲苯磺酰基反應(yīng)即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。其中化合物2a、2b和2c（圖2）對(duì)八種人癌細(xì)胞具有很高的活性，IC50在0.31～1.20 μM（72小時(shí)）范圍內(nèi)，可以作為抗癌藥物的先導(dǎo)化合物?；诖?，該團(tuán)隊(duì)將氮原子換成氧原子，分別以Lapachol、nor-Lapachol和Lawsone為原料，與丙炔基溴反應(yīng)后，用以上的類似方法合成了磺?；蛳递刘?，得到的化合物3a、3b、3c（圖2）對(duì)8種人癌細(xì)胞同樣具有很強(qiáng)的抑制活性，IC50在0.27～4.22 μM范圍內(nèi)（72小時(shí)），這也說(shuō)明磺?；蛳递刘哂泻芨叩难芯?jī)r(jià)值。

Lapachol和Lawsone的結(jié)構(gòu)總是備受青睞。2018年Rom?o團(tuán)隊(duì)[18]基于將化療藥物與多胺（PA）骨架結(jié)合可能提高藥物的抗腫瘤活性的[19,20]原理，分別將Lapachol、Lawsone與多胺結(jié)構(gòu)進(jìn)行偶聯(lián)，形成了新型化合物4a、4b、5（圖2），并在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）細(xì)胞系U87MG和GBM95中測(cè)試其活性。研究結(jié)果表明，與PA的結(jié)合增強(qiáng)了Lapachol、Lawsone對(duì)GBM細(xì)胞的抗腫瘤活性和抑制腫瘤侵襲的能力。作者進(jìn)一步使用分子對(duì)接原理，證明了與PA的結(jié)合有利于1,4-萘醌與topo2α（DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II-α）的ATP結(jié)合位點(diǎn)的相互作用，為新型抗腫瘤藥物的設(shè)計(jì)提供了參考。

Prachayasittikul等[21]選擇引入氯取代，以 2,3-二氯-1,4-萘醌為起始原料，通過(guò)氨基取代設(shè)計(jì)合成了一系列2-取代-3-氯-1,4-萘醌衍生物。以四種人癌細(xì)胞（HepG2肝癌細(xì)胞、HuCCA-1膽管癌細(xì)胞、A549肺癌細(xì)胞、MOLT-3急性 T淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞）為測(cè)試對(duì)象進(jìn)行抑癌活性檢測(cè)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：化合物對(duì)MOLT-3細(xì)胞毒性更好，其中化合物6a（為間乙?；交被〈瑘D2）對(duì)HepG2、HuCCA-1、A549、MOLT-3的IC50分別達(dá)到4.758、2.364、12.279、3.193 μM；而6b（對(duì)乙?；交被〈?，圖2）對(duì)MOLT-3的IC50達(dá)到2.118 μM，擁有最強(qiáng)細(xì)胞毒性，有一定的研究?jī)r(jià)值。而2017年Liu等[22]同樣以2,3-二氯-1,4-萘醌為起始原料，通過(guò)與4-氨基甲酸苯甲酸取代、胺取代后，得到了17個(gè)2-取代-3-氯1,4-萘醌衍生物，得到的化合物7（圖2）在十六種癌細(xì)胞系中均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗增殖活性（GI50為0.1～5 μM），對(duì)正常細(xì)胞則活性較差。且化合物7在體內(nèi)體外對(duì)人多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞RPMI-8226均具有較好的抑制作用，是治療多發(fā)性骨髓瘤的先導(dǎo)化合物。

除了氨基取代，硫取代也是1,4-萘醌抗癌藥物中的常見(jiàn)基團(tuán)，在抗癌活性方面的潛能不容小覷。2014年Sreelatha團(tuán)隊(duì)[23]合成了一系列具有硫醚和酰胺鍵的1,4-萘醌衍生物，并評(píng)估了化合物對(duì)宮頸癌細(xì)胞HeLa和舌鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞SAS的抗癌活性，結(jié)果顯示該系列化合物中8a、8b（圖2）對(duì)SAS細(xì)胞有相對(duì)較好的活性，而3D-QSAR表明在硫附近的供電子基團(tuán)的存在增強(qiáng)了對(duì)HeLa細(xì)胞的活性，為后續(xù)進(jìn)行硫取代的化合物提供了一定參考價(jià)值。

Ning等[24]合成的2,3-二硫代氨基甲酸酯取代的萘醌化合物9（圖2）對(duì)人結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT116，人乳腺癌細(xì)胞MCF7、MDA-MB231，宮頸癌細(xì)胞HeLa，肺癌細(xì)胞H1299和黑色素瘤細(xì)胞B16細(xì)胞的IC50值最小為61 nM，最大為135 nM，抗癌活性極強(qiáng)且對(duì)正常細(xì)胞低毒性。后期生物實(shí)驗(yàn)證明：此化合物可以通過(guò)干擾癌細(xì)胞新陳代謝來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，是一種很有潛力的腫瘤代謝抑制劑。

2019年Schepetkin等[25]以含2,3位取代基的1,4-萘醌為母體，以細(xì)胞分裂周期25（Cdc25）和有絲分裂原激活的蛋白激酶激酶7（MKK7）為靶點(diǎn)，設(shè)計(jì)了三十個(gè)1,4-萘醌衍生物，以人體的9種癌細(xì)胞（肺癌、滑膜肉瘤、乳腺癌、結(jié)直腸腺癌、早幼粒白血病、單核白血病、慢性淋巴系白血病、急性單核白血病、淋巴癌）和外周血單核細(xì)胞為測(cè)試對(duì)象，發(fā)現(xiàn)大部分化合物均有較好的抑癌活性。其中化合物10a、10b、10c（圖 2）對(duì) MKK7具有較強(qiáng)的親和性，甚至 10b的親和值達(dá)到 230 nM，是非常有潛力的 MKK7抑制劑。

甲基取代在1,4-萘醌抗癌藥物的設(shè)計(jì)較多，而長(zhǎng)烷基取代基則并不多見(jiàn)。Kongkathip團(tuán)隊(duì)[26]以1-羥基-2-萘甲酸為原料，分九到十個(gè)步驟分別合成了十四個(gè)新型萘醌脂肪族酰胺和十七個(gè)萘醌脂肪族酯，并用KB細(xì)胞（人口腔表皮樣癌細(xì)胞）測(cè)試其抗癌活性，構(gòu)效關(guān)系結(jié)果表明：當(dāng)脂肪族的碳鏈大于7時(shí)，萘醌脂肪族酰胺活性強(qiáng)于脂肪族酯。其中，表現(xiàn)最佳的化合物11（圖2）對(duì)KB細(xì)胞的IC50為5.12 μM，為脂肪族的萘醌化合物提供了一定的參考價(jià)值。

Silva等[27]則設(shè)計(jì)將碳碳三鍵與醌環(huán)相鄰，合成了一系列2,3-二炔取代-1,4-萘醌的衍生物，并在3種癌細(xì)胞（人胃癌細(xì)胞NCI-H358M、人卵巢癌細(xì)胞OVCAR-8和人前列腺癌細(xì)胞PC-3M）上進(jìn)行細(xì)胞毒性測(cè)試，所得的化合物均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗增殖活性，較為突出的是12a（對(duì)3種細(xì)胞的IC50分別為2.98、2.28、4.28 μg/mL）、12b、12c、12d（圖2），為1,4-萘醌衍生物的多樣性提供了一定的參考價(jià)值。

表1 單醌環(huán)取代的1,4-萘醌衍生物活性總結(jié)

1,4-萘醌衍生物的醌環(huán)取代基既有供電子基團(tuán)，也有吸電子基團(tuán)。通過(guò)表 1可以發(fā)現(xiàn)氨基中叔胺、仲胺取代均能獲得較好的抗癌活性；含硫醚鍵和二硫代酯基取代的衍生物的抗癌活性達(dá)到了納摩爾級(jí)，具有較為理想的抗癌活性；烷氧基取代及炔鍵取代；哌啶、磺?；螂s環(huán)等也頗具研究?jī)r(jià)值。

2.2 苯環(huán)醌環(huán)均有取代的1,4-萘醌衍生物

2013年，Bhasin等[28]以Juglone、Plumbagin及課題組前期的先導(dǎo)化合物為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)得到PD系列的新型5-取代的萘醌衍生物，并以人前列腺癌細(xì)胞DU-145、乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231、結(jié)直腸癌細(xì)胞HT-29為測(cè)試對(duì)象，研究結(jié)果表明化合物13a、13b、13c、13d、13e、13f（圖3）對(duì)三株癌細(xì)胞均具有較強(qiáng)的抗癌活性（IC50為1～3 μM），具有較高的研究?jī)r(jià)值。2015年Zhang等[29]以Juglone為原料，并引入三唑基團(tuán)設(shè)計(jì)并合成了一系列5-取代化合物。所得的化合物中14a、14b（圖3）對(duì)肺癌細(xì)胞A549的IC50為4.72、4.67 μM，是具有高活性的細(xì)胞毒性藥物，構(gòu)效關(guān)系分析認(rèn)為在三唑的鄰位上引入吸電子基有利于提高腫瘤細(xì)胞抑制活性。

2018年Li等[30]以3,5-二甲氧基苯甲醛為起始原料，得到3,5-二甲氧基苯乙酸，再經(jīng)過(guò)?；?、環(huán)化，獲得以5,7-二甲氧基-1,4-萘醌主體結(jié)構(gòu)的一系列衍生物，而經(jīng)過(guò)C-2氯化得到的化合物15（圖3），對(duì)早幼粒急性白血病細(xì)胞HL-60的抑制效果是最好的，其IC50為3.8 μM，對(duì)正常細(xì)胞則為40.7 μM，具有高活性及高選擇性，可以成為治療早幼粒細(xì)胞性白血病的先導(dǎo)化合物，且經(jīng)過(guò)構(gòu)效分析認(rèn)為2-Cl取代對(duì)活性強(qiáng)弱至關(guān)重要。同年[31]，該團(tuán)隊(duì)以3,4,5-三甲氧基苯甲醛為起始原料，按上述方法得到了5個(gè)以2-氯-3-烷基-5,6,7-三甲氧基-1,4-萘醌為主體結(jié)構(gòu)的新型衍生物。得到的化合物整體而言都具有較高的活性和選擇性（對(duì)HL-60的IC50范圍為2.85～12.89 μM），其中化合物2-氯-3-乙基-5,6,7-三甲氧基-1,4-萘醌（16，圖3）具有最強(qiáng)抑癌活性，對(duì)HL-60的IC50為2.85 μM，而對(duì)正常細(xì)胞的IC50為23.81 μM。進(jìn)一步的構(gòu)效關(guān)系實(shí)驗(yàn)則認(rèn)為在苯環(huán)上引入吸電子取代基，可以作為結(jié)構(gòu)修飾的重點(diǎn)。

2019年Liu等[32]合成了一種新型1,4萘醌衍生物，命名為2-（萘-2-硫基）-5,8-二甲氧基-1,4-萘醌（17，圖3），并采用MTT法在肝癌細(xì)胞HepG2、Hep3B和Huh7中進(jìn)行細(xì)胞毒性測(cè)試，該化合物對(duì)三株癌細(xì)胞的IC50分別為0.87、0.90、2.84 μM。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，化合物17還能通過(guò)ROS積累誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞的凋亡，從而引起MAPK、AKT和STAT3信號(hào)通路的激活，并最終導(dǎo)致線粒體相關(guān)的凋亡，表明化合物17可能是治療肝癌的潛在化合物。

圖3 苯環(huán)醌環(huán)均有取代的1,4-萘醌衍生物結(jié)構(gòu)

從表2可以看出，苯環(huán)上的取代位多為5-位單取代或與7-位、8-位共取代，多連有吸電子取代基團(tuán)，如-OH、-OCH3等，醌環(huán)上的取代基團(tuán)仍是-NH2、-Cl、-S等，-SO2NH2也能獲得較強(qiáng)的活性，有較好的研究?jī)r(jià)值。

表2 苯環(huán)醌環(huán)均有取代的1,4-萘醌衍生物活性總結(jié)

2.3 1,4-萘醌并雜環(huán)衍生物

Zhang等[33]設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)環(huán)氧萘醌化合物18a、18b（圖4），采用MTT法測(cè)試了其對(duì)三種肺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性，研究發(fā)現(xiàn)化合物對(duì)A549具有最強(qiáng)的毒性（IC50分別為2.59、7.54 μM），且對(duì)正常細(xì)胞低毒?；衔?8a、18b可以通過(guò)ROS介導(dǎo)的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、Akt和STAT3信號(hào)通路的激活，誘導(dǎo)A549細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯和凋亡，具有很高的研究潛力。

Duchowicz團(tuán)隊(duì)[34]合成了萘醌并呋喃、萘醌并吡喃的衍生物，其中萘醌并呋喃系列的化合物19a、19b、19c、19d、19e（圖4）對(duì)乳腺癌細(xì)胞HBL-100、宮頸癌細(xì)胞HeLa、肺癌細(xì)胞SW1573、結(jié)腸癌細(xì)胞WiDr均有較強(qiáng)的抑制作用（GI50值不超過(guò)3 μM），活性最好的19b、19d甚至達(dá)到納摩爾級(jí)，有很大的參考價(jià)值，而萘醌并吡喃的活性較差一些。

2018年，Acu?a等[35]以2-羥基-1,4-萘醌為原料，合成了一系列1,4-萘醌并雜環(huán)的衍生物，包括萘醌并呋喃、萘醌并吡咯、萘醌并噻唑、萘醌并噻吩，并在人結(jié)直腸癌細(xì)胞HT-29中對(duì)比細(xì)胞毒性，結(jié)果表明萘醌并噻吩系列化合物20a、20b（圖4）具有最強(qiáng)活性，IC50分別為1.73、3.07 μM，且20a擁有與陽(yáng)性藥阿霉素（IC50=1.07 μM）相當(dāng)?shù)幕钚?。除此之外，萘醌并呋喃系列化合?1a（IC50＝2.67 μM，圖4）、21b（IC50=4.16 μM，圖4）也有較強(qiáng)的活性。其余系列則具有中等或中等偏下的活性。同年，Liu等[36]合成了一系列新型1,4-萘醌并咪唑衍生物，得到的化合物22（圖4）對(duì)A549肺癌細(xì)胞的IC50為9.3 μM，但其他化合物只有較弱的抗癌活性。

表3 1,4-萘醌并雜環(huán)衍生物活性總結(jié)

文中總結(jié)了近幾年與1,4-萘醌醌環(huán)相并的簡(jiǎn)單雜環(huán)衍生物的抗腫瘤活性，通過(guò)表3不難發(fā)現(xiàn)三元和五元雜環(huán)的活性比六元雜環(huán)相對(duì)更好，而五元雜環(huán)中，噻吩和呋喃環(huán)具有更優(yōu)越的活性。

2.4 其他衍生物的抗癌活性

2017年Huang等[37]嘗試對(duì)1,4-萘醌醌環(huán)上的羰基進(jìn)行修飾，合成了十八個(gè)6-取代1,4-萘醌肟衍生物，并在四個(gè)癌細(xì)胞系（人結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT-15、胃癌細(xì)胞MGC-803、肝癌細(xì)胞Bel7402、乳腺癌細(xì)胞MCF-7）和正常細(xì)胞（HSF）中進(jìn)行了細(xì)胞毒性篩選，研究結(jié)果顯示該系列化合物對(duì)正常細(xì)胞毒性較低，且對(duì)HCT-15具有更高的敏感性，其中化合物23a、23b、23c（圖4）對(duì)HCT-15的IC50分別為2.52、1.64、2.27 μM，強(qiáng)于陽(yáng)性對(duì)照阿霉素（IC50＝2.74 μM）、5-氟尿嘧啶（IC50＝8.24 μM），具有較高的研究?jī)r(jià)值。

同年[38]該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)萘醌肟系列，以類似的方法合成了一系列6-取代的5,8-二甲氧基-1,4-萘醌肟衍生物，其中化合物24a、24b、24c、25a、25b（圖4）具有與陽(yáng)性藥5-氟尿嘧啶相當(dāng)?shù)目拱┗钚?；?018年[39]該團(tuán)隊(duì)的第三系列化合物中26（圖4）脫穎而出，抗癌活性遠(yuǎn)高于5-氟尿嘧啶，對(duì)白血病細(xì)胞K562、人結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT-15、HCT-116的IC50分別為1.25、1.63、2.47 μM。對(duì)K562的效果最為突出，約是陽(yáng)性藥的12倍。這一系列的研究為6-取代的萘醌肟系列化合物提供了較好的研究參考。這種將醌環(huán)上的羰基進(jìn)行修飾的方法也為1,4-萘醌新型衍生物的設(shè)計(jì)提供了更廣闊的參考空間。

圖4 1,4-萘醌并雜環(huán)衍生物和其他衍生物的結(jié)構(gòu)

3 總結(jié)與展望

本文對(duì)近幾年合成源1,4-萘醌類衍生物的抗腫瘤活性作了簡(jiǎn)單概述，通過(guò)對(duì)這些化合物的結(jié)構(gòu)以及活性分析發(fā)現(xiàn)：1,4-萘醌系列的衍生物大都具有廣譜性，尤其對(duì)乳腺癌、肺癌、宮頸癌、結(jié)直腸癌、白血病等具有更優(yōu)越的選擇性。2-位氨基取代最為常見(jiàn)且具有較強(qiáng)的抑癌活性（主要是仲胺、叔胺），但似乎硫取代比氨基具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，而含有N、S同時(shí)存在的基團(tuán)，比如磺?；蛳盗谢鶊F(tuán)、磺酰胺基等均具有不錯(cuò)的活性，值得進(jìn)一步的研究。苯環(huán)上5-、8-吸電子基取代較多見(jiàn)，5，8-二甲氧基的取代活性也較為出色。目前萘醌并雜環(huán)的合成方法研究也越來(lái)越多，從活性數(shù)據(jù)上看，萘醌并呋喃環(huán)、噻吩環(huán)的活性更加理想，而其他更多雜環(huán)的活性報(bào)道卻并不多見(jiàn)，有待進(jìn)一步的研究。6-取代萘醌肟具有高活性的同時(shí)對(duì)正常細(xì)胞毒性很小，具有良好的選擇性，這在1,4-萘醌抗癌藥物的研究當(dāng)中具有非凡的借鑒意義。盡管目前已發(fā)現(xiàn)一些高活性的1,4-萘醌衍生物，但因其對(duì)癌細(xì)胞和正常細(xì)胞間的選擇性差或代謝毒性、穩(wěn)定性等原因而影響其后期成藥。該類化合物的構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)理、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)等也是進(jìn)一步的研究重點(diǎn)。研究出高效、低毒的1,4-萘醌衍生物仍然是醫(yī)藥行業(yè)的努力方向，相信在不久的將來(lái)，1,4-萘醌衍生物也將迎來(lái)更好的發(fā)展。