含氮雜環甾體化合物的抗腫瘤活性研究進展

蔡曉銳，朱志偉，朱輝德，蔡 奮，許斯琪，陳一村*

( 1．汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院，廣東 汕頭 5 15041；2．汕頭大學醫學院藥理學教研室，廣東 汕頭 515041 )

甾體(steroids)是一類結構特殊的天然產物，其分子母體結構中均含有環戊烷駢多氫菲(cyclopentano-perhydrophenanthrene)碳骨架，此骨架又稱甾核(steroid nucleus)。甾體化合物是一類對生命體具有重要生理功能的化合物，也被稱為生命的荷爾蒙。甾體化合物及其衍生物廣泛存在于自然界，與許多生命過程密切相關。在甾體化學物中，芳雜環與甾體母核稠合，形成新的芳雜環甾體；或者是芳雜環作為附屬基團獨立于甾體母核外而得到一個具有芳雜環結構的甾體化合物。

1 含氮雜環甾體化合物及其衍生物生物活性研究進展

甾體化合物在醫學上應用十分廣泛，特別是甾體激素類藥物，如腎上腺皮質激素能治療或緩解膠原性疾病，也可以治療過敏性休克等難治或危重疾病，對治療阿狄森氏病等內分泌疾病也是不可缺少的藥物。

近幾十年來大量研究表明，甾體藥物在醫療領域中的應用范圍不斷擴大。隨著對甾體化學物研究的深入，科學家們發現在甾體母核或者側鏈引進氮原子或者含氮原子的官能團時，會使生成的甾體化合物有著獨特的甚至超越母體化合物的生理活性[1]，例如具有抗菌、抗病毒、抗炎以及抗腫瘤等多種生理活性。本文按照氮雜環在甾核中的不同取代位置而具有的不同抗腫瘤活性進行闡述，綜述了國內外近5年來有關含氮雜環甾體化合物及其衍生物的合成、抗腫瘤生理活性中具有代表性的研究工作，并對其發展趨勢進行討論。由于本文的化合物結構比較多，因此我們按照化合物出現的順序按“化合物＋數字”來表示。

2 含氮雜環甾體化合物及其衍生物抗腫瘤活性研究進展

近年來，具有甾體芳雜環結構的化合物被廣泛報道，它們大部分通過在甾核的A-環或D-環并聯構成芳雜環或D-環并聯構成芳雜環或在甾體的支鏈上連接芳雜環片段。目前，許多具有芳雜環結構的化合物因具有良好的生理活性而被廣泛用于抗腫瘤等醫藥領域中。17α-羥化酶-C17，20-裂解酶(P45017，CYP17)，是一種細胞色素P450單加氧酶，為雄性激素和腎上腺皮質類脂醇生物合成的關鍵酶。CYP17可以作為前列腺癌的治療靶點，人們發現在甾體化合物的C-17位引入具有含N，S或者O的氮雜原子可以作為CYP17受體抑制劑，因此含此類結構的甾體化合物可以作為前列腺癌的治療藥物[2]。

2.1 含氮雜環與甾核A-環連接的甾體化合物

化合物1(結構式見圖1)是一類在甾體3-位具有氨基甲酸酯的含氮雜環化合物，Lei等[3]對化合物1進行了包括10種體外抗腫瘤細胞活性的測試，結果表明該化合物對10種腫瘤細胞的生長均具有良好的抑制作用，IC50值在0.3～1.09 μmol/L之間。

Szabo等[4]合成在甾體母核3-位具有三氮唑的含氮雜環類化合物2～6(結構式見圖2)，并且將該類化合物作了抗腫瘤活性，包括了HeLa、MCF-7、A2780和A431等4種腫瘤細胞，實驗結果顯示出該類化合物對4種腫瘤細胞均有一定的抑制作用，但是效果遠不如陽性對照物順鉑。

圖2 含氮雜環甾體化合物2～6結構式

Uzzaman等[5]通過3步反應合成了具有3-取代噁二唑，3-取代吡咯，3-取代吡唑結構的芳雜環甾體衍生物7～9(結構式見圖3)，并且測試了它們對人白血病細胞(HL-60)的活性，其中化合物9對抑制人白血病細胞(HL-60)的活性最好，IC50值為14.32 μmol/L，而化合物7，8對HL-60腫瘤細胞生長的IC50值分別為17.33和18.57 μmol/L。

圖3 含氮雜環甾體化合物7～9結構式

化合物10-17(結構式見圖4)是一類在甾核3-位通過酯鍵與多環芳雜環連接的芳雜環甾體化合物，它是由去氫表雄酮合成。化合物13對多種腫瘤細胞均有很強的抑制作用。如對MCF-7(人乳腺癌細胞)、U87(人惡性膠質母細胞瘤細胞)、SHSY5Y(人神經母細胞瘤細胞)、MGC-803(人胃癌細胞)、EC109(人食管癌細胞)的IC 值范圍在4.06～32.25 μmol/L[6]。

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圖4 含氮雜環甾體化合物10～17結構式

2.2 含氮雜環與甾核B-環連接的甾體化合物

黃燕敏等[7]以膽甾醇為原料合成了一系列B-降膽甾醇噻唑化合物(結構式見圖5)，同時，分別采用人肺癌細胞(A549)、宮頸癌細胞(HeLa)、肝癌細胞(HEPG2)和人正常腎上皮細胞(HEK293T)對合成產物進行體外抑制腫瘤細胞增殖活性研究，結果表明具有N-甲基噻唑結構的化合物18和19對A549和HEPG2細胞的生長增殖表現出較好的抑制活性；具有N-苯基噻唑結構的化合物20～24對HeLa細胞表現出選擇性的增殖抑制作用，但對人正常腎上皮細胞卻幾乎沒有作用。

圖5 含氮雜環甾體化合物18～24結構式

Uzzaman等[8]合成了某些6-位側鏈含有四氮唑結構的甾體化合物25～27(結構式見圖6)，同時測試了這類化合物的抗腫瘤活性，包括宮頸癌細胞HeLa，慢性髓樣白血病細胞KCL-22，乳腺癌細胞MDA-MBA-231，結果表明該類化合物有明顯的抗腫瘤活性，其中化合物27的活性最好，并且對正常細胞無毒性作用。

圖6 含氮雜環甾體化合物25～27結構式

2.3 含氮雜環與甾核D-環連接的甾體化合物

Lopes等[9]運用微波加熱實驗合成了具有六環的含氮雜環甾體化合物28～31(結構式見圖7)，并進行了體外抗腫瘤活性實驗研究，結果發現，化合物30，31對EL4(小鼠T淋巴瘤細胞)均具有良好的抑制作用，IC50值在11.1～11.9 μmol/L之間。

圖7 含氮雜環甾體化合物28～31結構式

Agarwal等[10]設計合成了某些結構新穎的17-取代支鏈甾體酰胺化合物32～36(結構式見圖8)，這些化合物的母核具有膽汁酸的結構，其結構差別在于17-取代支鏈上取代基的不同。化合物32～34在17-取代支鏈上分別具有苯基，苯并噻唑，4-甲基苯基，這些化合物對乳腺癌細胞株體外抑制生長增殖活性的IC50值分別為1.35、1.41、4.52 μmol/L。而化合物34～36則對體外惡性膠質瘤細胞的生長具有良好的抑制作用，其IC50值分別為1.62、2.49、2.46 μmol/L，三種化合物對惡性膠質瘤細胞的生長抑制效果優于對照組順鉑和阿霉素。

圖8 含氮雜環甾體化合物32～36結構式

以氫表雄酮為原料，Banday等[11]合成了一類含有異噁唑啉環的甾體化合物37～42(結構式見圖9)和噁唑啉環的甾體化合物43～49(結構式見圖10)。生物活性實驗研究表明：化合物37，40，43對前列腺癌細胞LNCaP、DU-145、PC-3三種腫瘤細胞均有較強的細胞毒活性，其IC50值在2～13 μmol/L。

圖9 含氮雜環甾體化合物37～42結構式

圖10 含氮雜環甾體化合物43～49結構式

Banday等[12]以孕烯醇酮為原料，通過不同的路線合成了兩種在甾體母核側鏈上具有吡唑啉基團的系列化合物(結構式見圖11和圖12)，并且將這兩種系列的化合物去測定它們對5α-還原酶的抑制活性，實驗結果發現化合物51，52和61對5α-還原酶的抑制活性最好，表明該類化合物對前列腺腺癌具有一定的治療作用。

圖11 含氮雜環甾體化合物50～59結構式

圖12 含氮雜環甾體化合物60～63結構式

Fan等[13]以黃體酮為原料合成了化合物64～70(結構式見圖13)，這是一類結構與化合物60～63類似的芳雜環甾體化合物，化合物64～70甾核具有3-羰基-4-烯結構，而化合物60-63甾核卻是3-醇基-5-烯結構。這些化合物對前列腺癌(PC-3)，卵巢癌(SKOV-3)細胞的體外抑制作用結果表明，化合物65、67、70對人體卵巢癌細胞(SKOV-3)的抑制率分別為59%、54%、54%。

圖13 含氮雜環甾體化合物64～70結構式

Fan等[14]合成了另一類含有吡唑啉結構的甾體化合物71～77(結構式見圖14)。生物活性實驗表明：這些化合物對NCIH460、HeLa、HepG2三種腫瘤細胞都有較強的細胞毒性，其中化合物72對HeLa腫瘤細胞的抑制活性最好，IC50值為10.3 μ g/mL。

圖14 含氮雜環甾體化合物71～77結構式

Mernyak等[15]合成了含氮雜環取代的甾體化合物78～83(結構式見圖15)，并研究了這些化合物的體外生物活性。在抗腫瘤細胞研究試驗中，化合物82被認為是最有效的，對HeLa、MCF7、A2780、A431、T47D、MDA-MB-231、MDA-MB-361等多種腫瘤細胞都有良好的抑制作用。

圖15 含氮雜環甾體化合物78～83結構式

化合物84，85(結構式見圖16)是一類去氫表雄酮芳雜環衍生物，是在16-位與17-位直接與一個噻唑環相連。它們對食管癌細胞和胃腺癌細胞具有良好的細胞毒性。如化合物84，85對食管癌細胞(EC109)的IC50值分別為16.41和12.64 μmol/L；對胃腺癌細胞(MGC803)的IC 值分別為10.95和14.47 μmol/L[16]。

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圖16 含氮雜環甾體化合物84～85結構式

有些腫瘤的生長具有激素依賴性，例如乳腺癌和前列腺癌的發生。乳腺癌的發生主要跟孕激素和雌激素受體相關，有報道稱對甾體的D環改造得到的化合物展現出對類固醇硫酸酯酶受體的影響，具備抗乳腺癌的活性[17]。 Rassokhina等[18]合成了一系列在甾體17-位上具有咪唑并吡啶環的結構化合物86，87，88(結構式見圖17)，并且測試了它們對乳腺癌細胞(MCF-7、MDA-MB-231、 HBL-100、 MDA-MB-453)和 前 列 腺 癌 細 胞(LNCaP-LN3、PC-3、DU145)的活性。抗癌活性結果是86，87對MCF-7的抗腫瘤活性最好，IC50值在3～4 μmol/L之間，優于參照物順鉑的6 μmol/L，而化合物88對雌激素受體具有選擇性調節作用。

圖17 含氮雜環甾體化合物86～88結構式

Arenas-Gonzalez等[19]以孕烯醇酮、雌酮、反式雄甾酮為原料，先通過Claisen Schmidt反應，再通過與3-氨基-1，2，4-三唑反應形成一系列的環化加成，構成一類結構新穎的芳雜環甾體化合物(結構式見圖18)，其中化合物90，91對乳腺腫瘤細胞(T-47D)和結腸腫瘤細胞(WiDr)均有良好的細胞毒性，效果優于對照物順鉑。

圖18 含氮雜環甾體化合物89～91結構式

化合物92～99(結構式見圖19)是一類在甾核17-位具有多環芳雜環連接的芳雜環甾體化合物，它們由孕烯醇酮經過一系列的環加成反應得到。這些化合物對惡性腫瘤細胞的增生均有很強的抑制作用。其中化合物94和98對MCF-7人乳腺癌細胞的抑制活性最好，IC50值分別為4和3.9 μmol/L，抗癌活性優于陽性對照物氟尿嘧啶[20]。

圖19 含氮雜環甾體化合物92～99結構式

以孕烯醇酮為原料，LI等[21]成功合成了一系列17-位取代的吡唑啉類甾體化合物100～112(結構式見圖20)，其中化合物101對宮頸癌細胞有很好的細胞毒性，其IC50值為0.53 μmol/L，顯示抗腫瘤細胞的效果優于對照物順鉑。

圖20 含氮雜環甾體化合物100～112結構式

化合物113，114(結構式見圖21)是以孕烯醇酮為基本合成原料，通過不同的官能團轉換合成得到一類在17-支鏈連接一個三氮唑環或者二氮唑環結構的含氮雜環甾體化合物。其中化合物114對人前列腺癌細胞(PC-3)具有很好的細胞毒性，IC50值為2.0 μmol/L[22]。

圖21 含氮雜環甾體化合物113～114結構式

YU等[23]通過實驗設計合成了一個結構新穎的甾體二聚體化合物115(結構式見圖22)，兩個甾核通過一個苯基相連而形成一個甾體二聚體化合物；其中，甾核上的D-環與兩個芳雜環相并，整個甾核構成一個6環并環體系。通過對前列腺癌(PC-3)、胃腺癌(MGC-803)、肝癌(SMMC-7721)、乳腺癌(MCF-7)和食管癌(EC109)細胞的測試結果表明，化合物115對這5種腫瘤細胞EC109、MGC-803、SMMC-7721、PC-3、MCF-7的IC50值分別為2.36、0.13、1.68、3.18和1.19 μmol/L。

圖22 含氮雜環甾體化合物115結構式

Bjedov等[24]以膽汁酸為原料合成了在甾核17-位側鏈上具有噁唑啉環的含氮雜環甾體衍生物116(結構式見圖23)，對化合物116進行抑制腫瘤細胞生長增殖活性結果表明，它對人乳腺癌細胞MDA-MB-231、人前列腺癌細胞PC3、人宮頸癌細胞HeLa具有良好的細胞毒活性，其IC50值為5～21 μmol/L。

圖23 含氮雜環甾體化合物116結構式

化合物117～126(結構式見圖24)是由異噁唑啉與甾核D-環上16-位連接構成的甾體衍生物。它們對宮頸癌細胞(HeLa)，乳腺癌細胞(MCF-7)，人表皮癌細胞(A431)具有不同程度的抑制作用，其中化合物120和125對3種癌細胞的抑制效果最佳[25]，化合物120對HeLa、A431、MCF-7細胞的IC50值分別為7.46、3.42、8.07 μmol/L；化合物125對HeLa、A431、MCF-7細胞的IC50值為7.39、4.20、7.13 μmol/L。

圖24 含氮雜環甾體化合物117～126結構式

化合物127，128(結構式見圖25)是在甾核D-環上連接有一個噁唑啉環的甾體芳雜環化合物，KUZIKOV等[26]通過電化學方法 測 定 化 合 物 127和 128對 17α-羥 化 酶 /C17， 20-裂 解 酶(CYP17)的抑制活性，陽性對照物為化合物129阿比特龍，實驗結果得出化合物127對17α-羥化酶/C17，20-裂解酶(CYP17)具有良好的抑制活性，其IC50值為0.9 μmol/L，活性優于對照物阿比特龍(IC50=1.3 μmol/L)，表明此類化合物具有潛在的抗前列腺癌的活性。

圖25 含氮雜環甾體化合物127～129結構式

Banday和Mir等[27]合成了一系列17-位支鏈雜環取代的甾體化合物130～139(結構式見圖26)，并且研究了這些化合物對結腸癌細胞、肺癌細胞、乳腺癌細胞及神經膠質瘤細胞的體外抑制作用，體外抗腫瘤細胞實驗結果表明化合物131、132、134、135、137、139對HT-29和HCT-15兩種結腸癌細胞有良好的抑制作用，其IC50值在0.24～2.37 μmol/L之間。

圖26 含氮雜環甾體化合物130～139結構式

Ivanyi等[28]同樣也合成了17-位具有吡唑啉結構的含氮雜環甾體化合物130、132、137、140～142(結構式見圖27)。實驗結果表明，化合物130對雄鼠睪丸C17，20-裂解酶具有高度抑制作用；而化合物132和140對人宮頸癌細胞HeLa、人乳腺癌細胞MCF7、人卵巢癌細胞A2780和人肺癌細胞A431等4種腫瘤細胞的生長抑制率都達到90%以上。

圖27 含氮雜環甾體化合物140～142結構式

Mohareb等 以孕烯醇酮為起始原料，合成了一系列具有17-取代噻吩結構的含氮雜環甾體衍生物143～147(結構式見圖28)。MTT實驗表明苯環上氯原子和氰基等帶負電荷的基團引入使化合物的細胞毒性明顯增強。例如144對人胃癌細胞(NUGC)、人結腸癌細胞(DLDI)和人肝癌細胞(HEPG2)具有良好的細胞毒活性，而147的抗癌活性相對144要弱很多。

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圖28 含氮雜環甾體化合物143～147結構式

崔建國等[30]以去氫表雄酮為原料，通過微波一步合成法及常規2步合成方法得到6個新的具有不同結構特征的去氫表雄酮噻唑衍生物(結構式見圖29)。同時選用人宮頸癌細胞(HeLa)、人肝癌細胞(HepG)、人肺癌細胞(A549)和人正常腎上皮細胞(HEK-293T)對合成物的抗腫瘤活性進行了研究，結果表明化合物150對所測試的腫瘤細胞株具有很好的生長增殖抑制活性，對上述腫瘤細胞的IC50值分別為13.2、11.3和8.3 μmol/L，對人腎上皮正常細胞HEK-293T卻沒有表現出明顯的抑制作用。

圖29 含氮雜環甾體化合物148～153結構式

何冬梅等[31]以孕烯醇酮為原料，通過17-位甲基酮與不同的芳香醛反應生成α，β-不飽和酮，再與水合肼反應得到具有吡唑啉結構的甾體芳雜環化合物154～157(結構式見圖30)；體外抗腫瘤實驗結果表明，4個目標物對人體結腸癌細胞HT-29、宮頸癌細胞HeLa和胃癌細胞SGC-7901均表現出很好的生長抑制活性，而且對宮頸癌細胞HeLa的抑制活性優于陽性對照藥順鉑。

圖30 含氮雜環甾體化合物154～157結構式

韋英亮等[32]以鵝脫氧膽酸為原料，通過Jones試劑氧化其3，7-位的羥基，然后與不同的芳雜環氨反應，進一步還原羰基，合成了3個新的具有不同結構特征的甾體芳雜環酰胺衍生物(結構式見圖31)，同時采用人胃癌細胞(SGC-7901)和肝癌細胞(Bel-7404)對合成物進行了體外抑制腫瘤細胞生長增殖活性測試，結果表明3，7-二羥基鵝脫氧膽酸芳雜環酰胺衍生物對所測試腫瘤細胞株具有明顯的抑制活性。

圖31 含氮雜環甾體化合物158～160結構式

目前，有些甾體含氮雜環化合物在臨床上已經得到應用。例如阿比特龍(化合物129)，它是一種在甾核D-環上連接有一個吡啶環的甾體含氮雜環化合物，通過抑制17α-羥化酶/C17，20-裂解酶(CYP17)，從而達到消滅癌細胞的目的。阿比特龍與強的松聯合用于治療晚期(轉移)去勢抵抗前列腺癌患者，其優勢在于能夠延長之前曾接受治療并且幾乎沒有其他有用的治療選擇的晚期前列腺癌患者的生命；但是阿比特龍在治療運用中也存在一些缺點，例如治療指數較低，副作用也相對較多，如關節腫脹或不適、血鉀水平低等[33]。而另外一種與阿比特龍結構類似的新型抗前列腺癌藥物Galeterone(TOK-001)目前處于臨床試驗的第3期[34]。又如VN/85-1，是一種在甾核D-環上連接有1個三氮唑環的甾體含氮雜環化合物(結構式見圖32)，目前也處于治療前列腺癌的臨床前期研究階段，在腫瘤治療中具有很好的應用前景，其合成得到了廣泛關注。

圖32 新型含氮雜環甾體藥物Galeterone和VN/85-1結構式

3 啟示與展望

從最近的文獻報道可以看到，以甾體D環連接或構成一個含氮雜環居多，尤其是在孕烯醇酮17，20，21-位碳原子，去氫表雄酮16，17-位碳原子，許多科研工作者研究了在這些位置碳原子連接或者構成含氮雜環后整個分子的生理活性變化。而通過甾體A環連接或構成一個含氮雜環的文獻報道相對較少，研究主要集中在甾體3-位碳原子外接含氮雜環后的生理活性變化。而在甾體B環連接含氮雜環的文獻報道也是相對較少，研究集中在膽甾醇衍生物的結構改造，主要研究在甾體6-位碳原子外接含氮雜環后的生理活性變化。甾核C-環上連接含氮雜環也極少有研究報道。綜上所述，含氮雜環甾體化合物大多數表現出良好的抗腫瘤生物活性作用，除此之外，這類化合物還具有抗菌活性、抗炎活性或者抑制某些酶活性的作用[2]。通過對其進行結構改造，在甾核或支鏈上引入具有較高生理活性的含氮雜環類如吡唑啉、噻唑、噁唑類等官能團，并進一步對其進行活性篩選，有利于某些抗腫瘤新藥的發現和發明；以這些具有較強生理活性的化合物作為先導氮雜環化合物出發，進行分子設計、合成具有高生物活性、高選擇性及低毒性的含氮雜環甾體類化合物，這將有利于抗腫瘤新藥的研制與開發。鑒于含氮雜環甾體類化合物良好的抗腫瘤生理活性，相信在不久的將來，越來越多的氮雜環甾體類化合物將作為抗癌新藥進入人們的生活，為人類的健康作出貢獻。