β—紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)的改造及其衍生物抗癌活性研究

張華磊 楊杰 劉國運 郭尚敬

中圖分類號 R284.3；R914.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1001-0408（2018）19-2733-04

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2018.19.31

摘 要 目的：為β-紫羅蘭酮衍生物的結(jié)構(gòu)開發(fā)及其抗癌活性的研究提供參考。方法：以“β-紫羅蘭酮衍生物”“抗癌活性”“β-ionone”“Terpenoid compound”“Derivative”“Anticancer”等為關(guān)鍵詞，組合查詢2009年1月-2018年7月在中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、Elsevier、PubMed、ScienceDirect等數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)文獻(xiàn)，對β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)的改造成果以及其衍生物抗癌活性的研究進(jìn)行論述。結(jié)果與結(jié)論：共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)1 589篇，其中有效文獻(xiàn)37篇。通過對β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)中的三甲基環(huán)己烯基、丁烯酮側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)改造及活性亞結(jié)構(gòu)拼接得到β-紫羅蘭酮衍生物，包括查耳酮類、姜黃素類、內(nèi)過氧化物、環(huán)丁酮類、多環(huán)γ-內(nèi)酯類以及縮氨基硫脲類等衍生物。生物活性測定顯示，所得衍生物對前列腺癌、乳腺癌、宮頸癌、肝癌、肺癌、白血病、神經(jīng)母細(xì)胞瘤等腫瘤細(xì)胞都有抑制作用。但是，β-紫羅蘭酮衍生物構(gòu)效關(guān)系對其抗癌活性的影響還未有明確的結(jié)論；現(xiàn)階段對其抗癌活性的研究基本只停留在細(xì)胞試驗水平，對腫瘤細(xì)胞內(nèi)信號通路具體調(diào)節(jié)機制研究尚不夠明確，需要進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞 β-紫羅蘭酮；衍生物；抗癌活性

癌癥是全球范圍內(nèi)嚴(yán)重威脅人類生命健康的疾病，化學(xué)藥治療是目前最為成熟的癌癥治療方法之一，而尋找更強抗癌活性的化學(xué)藥一直是抗癌藥物研發(fā)的熱點[1-2]。β-紫羅蘭酮具有環(huán)化類異戊二烯結(jié)構(gòu)，廣泛存在于果蔬、牛奶以及谷物等動植物食品中[3-5]。藥理研究表明，β-紫羅蘭酮是具有抑制癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡等良好抗癌活性的天然萜類化合物[6-9]，但水溶性差、生物利用度低的特點限制了β-紫羅蘭酮作為抗癌藥物的開發(fā)，因此對β-紫羅蘭酮進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高其活性及成藥性成為該類藥物的研究重點。

天然產(chǎn)物可通過劑型、載藥方式的改變以及結(jié)構(gòu)改造等方式提高生物利用度[10-16]，β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)簡單，易于優(yōu)化改造，筆者分析了β-紫羅蘭酮分子的主要結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)見圖1。

筆者發(fā)現(xiàn)可通過化學(xué)方法對β-紫羅蘭酮主要的2個結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高β-紫羅蘭酮的抗癌活性。為總結(jié)β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)的改造成果以及其衍生物抗癌活性，筆者以“β-紫羅蘭酮衍生物”“抗癌活性”“β-ionone”“Terpenoid compound”“Derivative”“Anticancer”等為關(guān)鍵詞，組合查詢2009年1月-2018年7月在中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、Elsevier、PubMed、ScienceDirect等數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)文獻(xiàn)。結(jié)果，共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)1 589篇，其中有效文獻(xiàn)37篇。現(xiàn)對β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)的改造成果以及其衍生物抗癌活性的研究進(jìn)行論述，以期為β-紫羅蘭酮衍生物的結(jié)構(gòu)開發(fā)及其抗癌活性的研究提供參考。

1 對β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)中三甲基環(huán)己烯基的改造

β-紫羅蘭酮中的環(huán)己烯基可通過環(huán)氧化反應(yīng)生成三元環(huán)，使該類結(jié)構(gòu)的抗癌活性得到提升。早在1978年，Wertz PW等[17]通過將β-紫羅蘭酮的三甲基環(huán)己烯基部分雙鍵氧化，得到化合物2，結(jié)構(gòu)見圖2。

環(huán)氧基團的引入顯著增加了β-紫羅蘭酮作為12-氧-十四烷酰佛波醇-13-乙酸酯（TPA）拮抗藥的活性，降低了TPA對淋巴細(xì)胞的抑制作用，維持了淋巴細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷功效。

2 對β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)中丁烯酮側(cè)鏈的改造

β-紫羅蘭酮的丁烯酮側(cè)鏈可以與不同芳香苯甲醛通過Claisen-Schmidt縮合反應(yīng)，制備β-紫羅蘭酮的姜黃素類衍生物和β-紫羅蘭酮的查耳酮類衍生物。

2.1 β-紫羅蘭酮的姜黃素類衍生物

姜黃素作為多酚類化合物具有良好的抗炎、抗氧化、抗癌活性[18-21]。研究者通過β-紫羅蘭酮與姜黃素的雜合體來尋找具有抗癌活性的化合物。Zhou J等[22]通過β-紫羅蘭酮與不同取代基的芳香苯甲醛反應(yīng)，制備了一系列的β-紫羅蘭酮的姜黃素類衍生物3～10，結(jié)構(gòu)見圖3。

抗癌活性測定結(jié)果顯示，化合物3～6和7～10抑制人前列腺癌細(xì)胞系（LNCaP、PCa-2b、22Rv1和 C4-2B）的半數(shù)抑制濃度（IC50值）分別為6.2～52.2 μmol/L和1.3～17.6 μmol/L，因化合物7～10能與苯環(huán)形成更多氫鍵，使其穩(wěn)定性與極性增大，IC50低于姜黃素的6.1～29.5 μmol/L，化合物3～6和7～10的IC50都低于β-紫羅蘭酮的151 μmol/L。尤其化合物7可以與苯環(huán)的主鏈形成多個氫鍵呈“Y”形構(gòu)象，活性最高。

2.2 β-紫羅蘭酮的查耳酮類衍生物

β-紫羅蘭酮和查耳酮都具有良好的抗癌活性，并且查耳酮的單羰基二烯酮結(jié)構(gòu)可以提升母體藥物的生物利用度[23-24]。因此，將β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)改造為查耳酮類衍生物可以制備具有抗癌活性的化合物。Zhou JM等[25]將β-紫羅蘭酮與不同取代基的芳香苯甲醛通過Claisen- Schmidt縮合反應(yīng)得到查耳酮衍生物，將其作用于人前列腺癌細(xì)胞系（LNCaP、MDA-PCa-2b、22Rv1、C4-2B和PC-3），發(fā)現(xiàn)對LNCaP的IC50值（IC50=2.8～26.8 μmol/L）低于β-紫羅蘭酮的151 μmol/L，對PC-3的IC50值（IC50=7.2～50 μmol/L）也低于β-紫羅蘭酮。

Sharma V等[26]通過β-紫羅蘭酮與不同取代基的芳香苯甲醛的縮合，合成了一系列查耳酮類衍生物11～27，結(jié)構(gòu)見圖4。

抗癌活性測定結(jié)果顯示，化合物11～27的抗癌活性還受到芳環(huán)取代基電負(fù)性、位置因素的影響。（1）芳環(huán)取代基電負(fù)性的影響：帶有吸電子取代基化合物活性（IC50<88.8 μmol/L）優(yōu)于帶供電子取代基（IC50<100 μmol/L）；（2）芳環(huán)取代基位置的影響：由于對位取代比鄰位取代有更明顯的共軛電子效應(yīng)，對位取代的化合物14和18比鄰位取代的化合物21和23對腫瘤細(xì)胞具有更有效的抑制作用，結(jié)果見表1。

取代基變?yōu)殡s環(huán)醛的化合物28～30，其抗癌活性同電負(fù)性也有一定的關(guān)系，結(jié)構(gòu)見圖5。

Sharma V等[26]報道，當(dāng)雜環(huán)為具有吸電性的吡啶環(huán)時（化合物28），對于人前列腺癌PC-3細(xì)胞、人乳腺癌MCF-7細(xì)胞、人神經(jīng)母細(xì)胞瘤IMR-32細(xì)胞、人宮頸癌HeLa細(xì)胞、人肝癌HepG2細(xì)胞等癌細(xì)胞的作用（IC50<50 μmol/L）低于具有供電性的呋喃環(huán)（化合物29）和萘環(huán)（化合物30）（IC50>50 μmol/L），化合物28的IC50值的波動更小（IC50=10.2～45.6 μmol/L）。

3 β-紫羅蘭酮的其他類型結(jié)構(gòu)改造以及亞結(jié)構(gòu)拼接

隨著對β-紫羅蘭酮衍生物探究的深入，對其結(jié)構(gòu)的改造不再僅僅局限于對三甲基環(huán)己烯基或者丁烯酮側(cè)鏈的改造，研究者選擇將更多其他具有良好抗癌活性的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)加入到β-紫羅蘭酮的衍生物設(shè)計之中，以獲得更多具有優(yōu)異活性的化合物。

3.1 內(nèi)過氧化物

包括1，2-二烷、1，2，4-三烷和1，2，4，5-四烷在內(nèi)的內(nèi)過氧化物構(gòu)成具有細(xì)胞毒活性的藥效團[27-29]。Sharma V等[30]通過光照將β-紫羅蘭酮查的耳酮衍生物氧化得到一系列內(nèi)過氧化物，化合物31～40結(jié)構(gòu)見圖6。

活性測定結(jié)果證實，上述所有的化合物對人單核白血病THP-1細(xì)胞、人肺癌A549細(xì)胞、人前列腺癌PC-3細(xì)胞、人乳腺癌MCF-7細(xì)胞等癌細(xì)胞均表現(xiàn)出抑制作用，尤其是攜帶吸電子基團的化合物39（IC50=0.003 μmol/L）和化合物40（IC50=0.001 μmol/L）相較于其他內(nèi)過氧化物（化合物31～38）（IC50>0.02 μmol/L）對人肺癌A549細(xì)胞具有更強的殺傷作用。

進(jìn)一步評估化合物31～40誘導(dǎo)凋亡機制發(fā)現(xiàn)，內(nèi)過氧化物通過ROS途徑誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，靶向促進(jìn)ROS產(chǎn)生[31]。

3.2 環(huán)丁酮類化合物和多環(huán)γ-內(nèi)酯類衍生物

多環(huán)γ-內(nèi)酯是一種天然代謝產(chǎn)物，而環(huán)丁酮是蒽環(huán)型糖苷類抗生素衍生物阿霉素的核心，兩者在抗癌中都有較高研究價值[32-33]。Sharma V等[34]通過光照將β-紫羅蘭酮查耳酮衍生物氧化為環(huán)丁酮類化合物41～46（結(jié)構(gòu)見圖7），再用H2O2-甲酸（Baeyer-Villiger氧化）將其氧化為多環(huán)γ-內(nèi)酯類化合物47～52，結(jié)構(gòu)見圖7。

將其進(jìn)行磺酰羅丹明B比色法測定的結(jié)果顯示，環(huán)丁酮類化合物（化合物41～46）和多環(huán)γ-內(nèi)酯類衍生物（化合物47～52）的抗癌活性優(yōu)于查耳酮系列化合物。特別是與其他化合物相比，化合物44和50的2-甲氧基苯基衍生物對人單核白血病THP-1細(xì)胞、人肺癌A549細(xì)胞、人前列腺癌PC-3細(xì)胞、人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞等腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出更高的生物活性（化合物44：IC50=8～12 μmol/L，化合物50：IC50=10～18 μmol/L），尤其對人肺癌A549細(xì)胞的抑制效果最佳。帶有供電子基團時的兩個系列化合物生物活性明顯優(yōu)于帶有吸電子基團者，這一點與查耳酮類化合物具有明顯區(qū)別。

3.3 縮氨基硫脲類衍生物

作為生物堿類的縮氨基硫脲衍生物具有較高的抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗瘧疾、抗結(jié)核等生物活性，許多天然生物堿，如紫杉醇、長春花堿和喜樹堿已經(jīng)成功開發(fā)成化療藥，迄今共發(fā)現(xiàn)約379種生物堿類化合物[35-36]。

劉長輝等[37]合成了一系列新型含紫羅蘭酮、查爾酮及氨基硫脲3種優(yōu)勢結(jié)構(gòu)單元的雜化體53～60，結(jié)構(gòu)見圖8。

對抗癌活性評價結(jié)果顯示，查爾酮環(huán)上取代基電負(fù)性對抗癌活性有明顯影響，并且吸電子基團的活性強于供電子基團。與化合物53和54相比，化合物57和58對人乳腺癌MCF-7細(xì)胞的抑制活性相對較差，但化合物57對人肺癌A549細(xì)胞的IC50為13.36 μmol/ L，化合物58對人肝癌HepG2細(xì)胞的IC50為8.55 μmol/L，說明紫羅蘭酮的不同結(jié)構(gòu)也會影響其抑制活性。因此，化合物的生物活性與紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)及查爾酮環(huán)上的取代基電子效應(yīng)有關(guān)。

4 結(jié)語

改造β-紫羅蘭酮得到的衍生物對癌細(xì)胞表現(xiàn)出了有效的抑制作用，但是，β-紫羅蘭酮衍生物構(gòu)效關(guān)系對抗癌活性的影響還未有明確的結(jié)論；現(xiàn)階段對其抗癌活性的研究基本只停留在細(xì)胞試驗水平，對癌細(xì)胞內(nèi)信號通路具體調(diào)節(jié)機制研究不夠明確。

綜上所述，對β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)的改造及其衍生物抗癌活性的研究還不夠完善，在結(jié)構(gòu)改造方面，在增加β-紫羅蘭酮水溶性、提高生物活性的同時，還要對電子效應(yīng)、位阻效應(yīng)對化合物的影響作進(jìn)一步探究，明確化合物構(gòu)效關(guān)系以便更準(zhǔn)確地找到β-紫羅蘭酮結(jié)構(gòu)改造的依據(jù)；在抗癌活性研究方面，需要進(jìn)一步探究β-紫羅蘭酮衍生物在抑制癌細(xì)胞增殖，抗癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡等方面的作用以及具體的分子通路。

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（收稿日期：2018-04-23 修回日期：2018-08-21）

（編輯：余慶華）