查爾酮類化合物的抗腫瘤活性及其構效關系研究進展

陳建忠（聊城市人民醫院藥學部，山東聊城 252000）

查爾酮是廣泛存在于甘草、啤酒花、鐮形棘豆等植物中的一類天然化合物，其基本母核為1，3-二苯基丙烯酮或苯基苯乙烯基酮，具有多種藥理活性，并作為一種天然的有機顏料被廣泛應用于日常生產中。

在結構方面，由于查爾酮類化合物分子具有較大的柔性，能與不同的受體結合，因而擁有廣泛的生物活性[1-2]，如抗腫瘤、抗炎、抗真菌、抗病毒、治療糖尿病等。此外，α、β烯酮結構是軟親電試劑，并不與脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）結構中的硬親核試劑如氨基、羥基發生反應，從而防止了突變或癌癥的發生。de Vincenazo R等[3]和Shibata S[4]分別提出查爾酮類化合物對卵巢癌和胃癌均有明顯的抑制作用。近年來，國內外的科學工作者對查爾酮類化合物的生物活性及其結構修飾進行了廣泛而深入的研究。本文重點對PubMed數據庫中1994－2013年查爾酮類化合物的抗腫瘤活性及其構效關系的研究進展進行闡述。

1 查爾酮類化合物的抗腫瘤活性研究

據報道，查爾酮類化合物可通過誘導腫瘤細胞凋亡和阻滯腫瘤細胞分裂而抑制腫瘤細胞增殖，同時使p53蛋白表達增加，細胞周期素A、B以及細胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）分子的表達減少[5]。也有學者認為，查爾酮是通過作用于雙微小體2（MDM2）影響p21蛋白轉錄而達到抗腫瘤細胞增殖的作用。此外，查爾酮類化合物還能通過抑制蛋白酶的降解來發揮其抗腫瘤作用[6]。

為了系統評價查爾酮類化合物的抗腫瘤活性，根據其母核上有效取代基類型的不同，可將其分為羥基化和甲基化查爾酮、鹵取代查爾酮、硼酸基取代查爾酮和含氮基團取代查爾酮。不同取代基取代的查爾酮類化合物見表1。

1.1 羥基化和甲基化查爾酮

具有較高抗腫瘤活性的查爾酮類化合物多數都含有羥基和甲基結構，如康普立停A-4和秋水仙堿就是最具代表性的化合物。康普立停A-4是一種小分子腫瘤血管破壞藥物[7]，能明顯減少頭頸部癌、食管癌、肺癌等多種腫瘤血管的血流量，使腫瘤組織壞死，但對正常組織的血管不起作用，具有特異性和低毒性，目前我國研發的該類新藥已進入Ⅱ期臨床試驗階段。秋水仙堿[8]是從百合科植物秋水仙中提取出的化合物，對乳腺癌具有較好的療效，能抑制乳腺癌細胞紡錘體的形成，并與微管蛋白二聚體結合，阻止微管蛋白轉換，使腫瘤細胞停滯于有絲分裂中期，從而導致腫瘤細胞凋亡。Devi MA等[9]認為，當體內出現大量的惡性淋巴細胞時，一些天然的多酚羥基查爾酮類化合物（如化合物1）通過自分泌以及旁分泌途徑促進白細胞介素2（IL-2）生成，抑制惡性淋巴細胞的增殖。

Lawrence NJ等[10]合成出了20種羥基和甲基取代位置不同的查爾酮類化合物，其中4′-羥基-2，3′，4，6′-四甲基查爾酮1對慢性髓細胞白血病細胞K562的半數抑制濃度（IC50）達30 nmol/L。Rao YK等[11]提出，2′-OH是化合物保持抗腫瘤活性必不可少的取代基團，其中化合物2是活性最好也是研究最多的一類，其對組織細胞淋巴瘤細胞U937表現出明顯的增殖抑制作用，但其作用機制尚未見報道。Zi X等[12]從一種胡椒科類植物卡瓦根中提取出了一類含有三甲基取代A環的查爾酮類化合物Flawkawain。該化合物通過凋亡相關基因Bax蛋白依賴途徑以及線粒體依賴途徑誘導膀胱癌細胞凋亡，并且對荷瘤小鼠的腫瘤組織也具有明顯的抑制作用。Boumendjel A等[13]合成出了一種羥基和甲基取代的新型查爾酮類化合物，其在5 μg/ml時能阻滯K562細胞于G2/M期，表現出了較好的體外抗腫瘤活性。

Yamazaki S等[14]從甘草中提取出了一種新型查爾酮類化合物異甘草素。研究發現，該化合物能抑制結腸癌HCT116細胞的增殖及轉移，也可誘導乳腺癌、胃癌、肝癌、黑色素瘤等腫瘤細胞凋亡。Saxena HO等[15]證實，查爾酮類化合物能使肺癌A549細胞周期停滯于G1期或G2/M期，同時也能促進這兩個時期的細胞凋亡；此外，該化合物還能促進p53、p21蛋白以及細胞凋亡抑制因子（Fas/APO-1）和Fas配位體的表達，進而誘導細胞凋亡。Hsu YL等[5]報道，異甘草素也能誘導肝癌細胞株HepG2細胞凋亡和細胞周期阻滯，這與p53、p21、Fas/APO-1受體、Fas配位體、Bax蛋白和Noxa等調控因子有關，但又同時指出異甘草素的抗腫瘤作用與凋亡前體蛋白降解無關。Kanazawa M等[16]研究發現，異甘草素對前列腺癌細胞系DU145和LNCaP均具有明顯的細胞毒作用，可將細胞阻滯于S、G2/M期，增強了GADD153 mRNA和蛋白的表達，并且能呈劑量依賴性地促進GADD153啟動子的活性。

Kahyo T等[17]合成出了2′，4′-二羥基-6′-甲氧基-3′，5′-二甲基查爾酮（化合物4）。該化合物能顯著抑制人白血病細胞K562增殖。而合成的另一類新型化合物3，2，3，4-四甲基查爾酮能促進p21蛋白表達的增加以及p53蛋白的高度乙酰化，并且作為一種新型的長效蛋白質去乙酰化酶（Sirtuin type 1，SIRT1）抑制劑抑制SIRT1的脫乙酰化來發揮其抗腫瘤作用。

表1 不同取代基取代的查爾酮類化合物

1.2 鹵取代查爾酮

近年來，采用鹵取代是合成查爾酮類化合物的另一個新途徑。Nakamura C等[18]第一次合成出了氟取代的查爾酮類化合物。將C-6引入氟原子得到3，4-二羥基-2′，4′-二甲氧基-6-氟查爾酮（化合物5）。該化合物的抗腫瘤活性可與經典抗腫瘤藥長春新堿相比，且當腹腔注射（ip）于荷瘤小鼠模型時，抑瘤率更是達到了60%以上。Nam NH等[19]驗證了A環上鹵素、羥基、甲氧基取代都會使查爾酮的抗腫瘤活性增加，其中最有效的化合物是2-氯-2′，5′-二羥基查爾酮（化合物6），其在低濃度時的抑制率達到了60%以上。

1.3 硼酸基取代查爾酮

硼酸基取代查爾酮作為一種熒光探針用來檢測糖類化合物的存在，而Johns Hopkins醫院的專家合成出了一系列硼酸基取代查爾酮類化合物（化合物7）。經體外試驗表明，該類化合物能高度選擇性地、特異性地抑制乳腺癌細胞的增殖。Kumar SK等[20]提出，硼酸基取代查爾酮的抗腫瘤作用與一些大分子蛋白有密切的聯系，該類化合物能分解MDM2/p53蛋白復合物，并且顯著增加p53和p21蛋白的堆積。Modzelewska A等[21]也指出，硼酸基取代的查爾酮類化合物對乳腺癌細胞具有很高的特異性，而在原有的硼酸基取代的基礎上加入一系列的芳香基團（化合物8）后更能增強抗腫瘤療效。

Achanta G等[6]合成出了一系列雙查爾酮類化合物，其中3，5-二-（4-硼酸基-苯甲基）-1-甲基哌啶-4-酮化合物（化合物9）在MTT試驗中作用于結腸癌細胞系SW620、HT-29，其IC50分別為1.5 μmol/L和0.6 μmol/L。在MDM2/p53蛋白復合物復合體未分解的狀態下，此類雙查爾酮類化合物可促進p53和p21蛋白的堆積，尤其在放療的情況下可優先殺死p53+/+細胞株。

Buolamwini JK等[22]認為，硼酸基取代的查爾酮有兩種可能的抗腫瘤作用機制：MDM2/p53復合體的降解和蛋白酶體抑制。由此說明，硼酸基取代的查爾酮是一種具有較大潛力的抗腫瘤化合物。

1.4 含氮基團取代查爾酮

為了改善查爾酮類化合物的理化性質及藥動學活性，許多科學家的研究重點偏向于在查爾酮母核結構中引入含氮雜環。抗腫瘤化合物MDL27048（化合物10）是第1個合成的含氮基團取代的查爾酮，它作用于微管蛋白，并且通過細胞周期阻滯抑制腫瘤細胞的增殖。Xia Y等[23]研究發現，2′-含氮基團是抗腫瘤作用的有效基團。通過體外篩選，6′-氨基-3-甲氧基-4′，5′-亞甲基二氧查爾酮（化合物11）是其中抗腫瘤作用最強的化合物。文獻也報道了含氮的黃酮類似物對CDK1/cyclin B具有抑制作用[24]。

利用已知抗腫瘤藥Flavopiridol的細胞周期依賴性蛋白激酶（CDKs）為先導化合物設計出的一類哌啶基團取代的查爾酮化合物，其B環上有哌啶環取代，且N原子上連有甲基。其中，2-氯-2′，4′-二甲氧基-5-N-甲基哌啶查爾酮（化合物12）的抗腫瘤效果要明顯強于先導化合物CDKs。該化合物主要通過阻滯MCF-7細胞和HCT116細胞的G0/G1和G2/M期的正常分裂以及下調CDK4、細胞周期素B、E2F等調控因子來抑制腫瘤細胞增殖。

Meng CQ等[25]發現了一類新型雜環芳基取代的查爾酮類化合物，該類化合物能抑制腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導的血管分子黏附分子1（VCAM-1）的表達，從而達到殺滅腫瘤組織的效果。

2 構效關系研究

藥物化學家從查爾酮的基本骨架出發，在A、B環不同位置引入不同的取代基團，逐步形成了一個查爾酮類化合物的分子庫，并且通過篩選得到了一系列具有較好抗腫瘤活性的化合物。Kelland LR[26]發現，A環上不同位置取代的2′，5′-二羥基查爾酮的細胞毒性有明顯的不同，當在A環的2、4、6位置上引入鹵素、羥基、甲氧基等吸電子基團時查爾酮的抗腫瘤活性明顯增加，最具代表性的化合物是2-氯-2′，5′-二羥基查爾酮（化合物6），該化合物在體外和體內都有明顯的抗腫瘤活性。A環的多甲氧基結構是一個優良的藥效基團，當在3、4、5位引入三甲氧基結構時，該化合物能顯著抑制微管蛋白聚合活性。此外，引入α甲基、芳基及2′-含氧基團均可增強化合物的抗有絲分裂活性。引入Mannich基團是增強查爾酮類化合物對腫瘤細胞毒活性的一類有效途徑，并且引入位置在A環時比B環抗腫瘤效果更好，如化合物7、化合物8、化合物9是一類含硼查爾酮類化合物，該類化合物對MCF-7細胞具有顯著的細胞毒性。

在B環2′，4′，6′位置上引入并表現出抗腫瘤活性的取代基有酚羥基、羧基、甲氧基、乙氧基、二甲氨基、二乙氨基、異丙基等，其中最典型的是抗腫瘤藥Flavopiridol[6]。Jun N等[27]合成了一系列含多元羥基取代的查爾酮類化合物，其中在骨架結構的2′，4′，6′-位上引入三羥基的化合物蛋白酪氨酸激酶（PTK）抑制作用最明顯，而B環部分的鄰苯二酚結構對抗腫瘤活性無顯著影響。A環3，4，5-三甲氧基的查爾酮類化合物在B環引入硼酸基后明顯增強了對腫瘤的抑制作用，但是其抑制微管蛋白聚合活性幾乎消失。可見，不同基團的相互作用也是開發查爾酮類抗腫瘤藥時應該關注之處。

丙烯酮的結構也會影響化合物的抗腫瘤活性，當碳-碳雙鍵上的氫被甲氧基、氨基、氯取代時，可減弱腫瘤細胞的有絲分裂，抑制細胞增殖[28]。

反式構型的α、β雙鍵在天然提取的以及后期合成的查爾酮類化合物中廣泛存在，且大部分都具有顯著的抗腫瘤活性。當A環引入α甲基時，可將查爾酮類化合物鎖定在反式構象中，使其活性增加約40倍[29]。而順式的α、β雙鍵查爾酮類化合物（以抗腫瘤新藥康普立停A-4為代表）也逐漸引起了人們的廣泛關注[7]。

3 結語

如今，癌癥已成為威脅人類健康的常見病和多發病，因此研制安全、有效的抗腫瘤藥對人類的生存和發展顯得尤為重要。近十多年來，眾多學者圍繞查爾酮進行了大量的結構修飾工作，以期獲得高效、低毒的查爾酮類化合物。研究表明，查爾酮類化合物藥理活性廣泛、安全，且結構簡單、制備方便，是一種良好的藥物開發先導物。

經過十多年的開發，目前已有多個查爾酮類藥上市，如索法酮和美托查酮。該類化合物的抗腫瘤機制大致可分為以下幾個方面：（1）阻滯細胞周期；（2）促進腫瘤細胞凋亡；（3）抑制腫瘤血管生成；（4）促進抑癌基因的表達；（5）蛋白酪氨酸激酶（PTK）表達的增加，從而抑制細胞信號的轉導；（6）誘導淋巴細胞對IL-2的分泌等。因此，進一步研究查爾酮類化合物的結構、藥理活性以及毒性的關系，對開發查爾酮類抗腫瘤藥是一項十分重要和有價值的工作，抗腫瘤新藥的研究也將具有廣闊的前景。

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