吳定浩,邢志華,李興楊,王琪琪,包然,程美池,張鳳陽(yáng)
(哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院,中央與地方共建高等學(xué)校藥學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江省預(yù)防與治療老年病藥物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家教育部抗腫瘤天然藥物研究工程中心,黑龍江 哈爾濱 150076)
阿司匹林(aspirin,Asp)自1898年作為解熱鎮(zhèn)痛抗炎藥上市以來(lái),距今已有100多年的應(yīng)用歷史(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1)。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)阿司匹林還具有抗血小板聚集、預(yù)防結(jié)腸癌、防治糖尿病及其并發(fā)癥、防治老年癡呆、預(yù)防老年性白內(nèi)障、防治中風(fēng)及心肌梗死等多種藥理活性[1],是老藥新用的典型藥物之一。阿司匹林藥理作用廣泛,但其副作用也不容忽視,其副作用主要有胃腸道反應(yīng)、過(guò)敏反應(yīng)、水楊酸反應(yīng)、瑞士綜合征、肝損害等,長(zhǎng)期服用會(huì)對(duì)胃腸道、肝、腎和中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成損害,也會(huì)增加心律不齊的風(fēng)險(xiǎn)[2]。為此,人們對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾或改造,以期尋找效果更好、不良反應(yīng)更小的阿司匹林衍生物藥物。本文主要對(duì)阿司匹林衍生物及其藥理活性兩大方面進(jìn)行綜述。

圖1 阿司匹林的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
1.1 阿司匹林-一氧化氮與抗炎、抗腫瘤 一氧化氮(NO)是一種內(nèi)源性的具有調(diào)節(jié)細(xì)胞多功能的信息分子,在舒張血管、降低動(dòng)脈血壓、抗血栓、參與心臟正常生理功能的調(diào)節(jié)、介導(dǎo)胃腸黏膜的自我保護(hù)、保持氣道舒張和維持正常通氣等方面發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用。研究人員將含有NO供體的化合物與阿司匹林反應(yīng)生成阿司匹林-一氧化氮衍生物(NO-Asp)(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2)。較之Asp,NO-Asp對(duì)胃腸道的刺激作用更小,抗炎活性增強(qiáng),同時(shí)可以抑制SW480結(jié)腸癌細(xì)胞和RM-1前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[2]。
Gao等[3]研究顯示,NO-Asp通過(guò)阻止G2/M細(xì)胞周期來(lái)抑制SW480、HT-29、HCT-15、LoVo人結(jié)腸腺癌細(xì)胞,HeLa人宮頸腺癌細(xì)胞、MCF-7人乳腺腺癌細(xì)胞、BxPC-3人胰腺癌-noma細(xì)胞和A431人皮膚癌細(xì)胞的生長(zhǎng);Rao等[4]對(duì)p48-LSL-Krastransgenic雄性小鼠胰腺癌研究顯示,NO-Asp可抑制胰腺上皮內(nèi)瘤(pancreatic intraepithelial neoplasia,PanIN)的生長(zhǎng),阻止胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)的擴(kuò)散。NO-Asp比Asp抑制胰腺癌更安全,有效。

圖2 NO-Asp的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
1.2 阿司匹林-硫化氫與抗白血病、抗高血壓、降低血管內(nèi)皮功能障礙 硫化氫(H2S)是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種內(nèi)源性氣體分子,具有擴(kuò)張血管、抑制平滑肌增殖、傳遞神經(jīng)信號(hào)等功能。Chattopadhyay等[5]將阿司匹林與H2S合成阿司匹林-硫化氫(HS-Asp)衍生物(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖3)。HS-Asp對(duì) β-連環(huán)蛋白(β-catenin)有下調(diào)作用,抑制白血病Jurkat T-leukemia細(xì)胞的生長(zhǎng),其抑制作用比阿司匹林更強(qiáng)。
HS-Asp對(duì)谷胱甘肽合酶抑制劑(buthionine sulfoximine,BSO)引起的胃黏膜損傷比Asp有明顯的保護(hù)作用,可降低BSO引起的高血壓和主動(dòng)脈組織血管內(nèi)皮功能障礙,對(duì)BSO誘導(dǎo)的心血管疾病有保護(hù)作用[6]。

圖3 HS-Asp的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
1.3 阿司匹林-重氮烯吡啶與抗胃潰瘍、抗炎 Basudhar等[7]將重氮烯吡啶與阿司匹林反應(yīng)生成O2-(乙酰水楊酸酰氧基甲基)-1-(N-異丙基氨基)-重氮烯-1-1,2二鹽(IPA/NO-Asp)和O2-(乙酰水楊酸酰氧基甲基)-1-(N,N-二乙氨基)-重氮烯-1-1,2二鹽(DEA/NO-Asp)(合成路線見(jiàn)圖4)。IPA/NO-Asp,DEA/NO-Asp抗胃潰瘍均強(qiáng)于阿司匹林;對(duì)大鼠足部水腫的研究顯示,IPA/NO-Asp的抗炎活性強(qiáng)于Asp;IPA/NO-Asp與小鼠肌細(xì)胞融合時(shí),顯著縮短了肌小節(jié),增強(qiáng)了心室肌細(xì)胞功能。

圖4 IPA/NO-Asp、DEA/NO-Asp的合成路線
1.4 阿司匹林-磷酸復(fù)合物與抗乳腺癌 阿司匹林-磷酸復(fù)合物(phospho-aspirin-2,PA-2)(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖5)可抑制乳腺管癌細(xì)胞(T-47D)和MCF-7細(xì)胞的生長(zhǎng),抑制作用較Asp強(qiáng)。PA-2還可抑制雌激素受體陽(yáng)性(ER+)乳腺癌的生長(zhǎng)[8]。

圖5 PA-2的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
2.1 阿司匹林-酸酐與抗血栓 Roy等[9]將阿司匹林與亞硫酰氯(SOCl2)和脂肪酸反應(yīng),得到3種阿司匹林酸酐:LA anhydride(C1)、EPA anhydride(C2)和 DHA anhydride(C3)(合成路線見(jiàn)圖6)。3種化合物通過(guò)抑制環(huán)氧化酶-血栓素合酶(cyclooxygenase-thromboxane synthase COX-TXAS)途徑起到抗血小板聚集作用,其中C3抗血小板聚集效果最好,有望開(kāi)發(fā)成新型抗血栓藥物。

圖6 LA anhydride(C1)、EPA anhydride(C2)和 DHA anhydride(C3)的合成路線
2.2 阿司匹林-磷脂復(fù)合物與抗血栓 阿司匹林與磷脂復(fù)合物(主要成分為磷脂酰膽堿)反應(yīng)生成阿司匹林-磷脂復(fù)合物(Asp-PC)[10]。該磷脂復(fù)合物能有效改善阿司匹林對(duì)胃腸道的刺激性[11]。臨床研究顯示,阿司匹林-磷脂酰膽堿復(fù)合物的抗血小板活性與阿司匹林等效,但對(duì)胃十二指腸潰瘍的風(fēng)險(xiǎn)比Asp低[12]。
3.1 精氨酸-阿司匹林與抗炎 精氨酸-阿司匹林,具有抗氧化作用,通過(guò)降低體內(nèi)血清腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-ɑ )及白細(xì)胞介素-10(interleukin-10,IL-10)水平,減輕炎癥反應(yīng),從而減輕了肝、腎和肺的損傷程度[13]。對(duì)百草枯(paraquat,PQ)中毒有很好的治療作用。
3.2 賴氨酸-阿司匹林與保護(hù)PQ中毒肺損傷 賴氨酸-阿司匹林(lysine acetylsalicylate,LAS)通過(guò)免疫保護(hù)作用,抑制脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)和肺組織細(xì)胞的凋亡,降低了急性PQ中毒大鼠肺損傷[14]。
Asp可與某些金屬離子配位,在增強(qiáng)或拓展Asp自身藥理作用的情況下,還可使金屬離子的毒性和Asp的副作用明顯降低。
4.1 阿司匹林-鋅與抗炎、預(yù)防心肌損傷 研究表明,阿司匹林-鋅[Zn(Asp)2]具有比Asp更好的抗炎活性和更低的致潰瘍副作用[15]。研究人員對(duì)其預(yù)防糖尿病性心肌病進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)Zn(Asp)2在降低糖尿病大鼠的血漿葡萄糖濃度的同時(shí),還可通過(guò)激活心肌蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信號(hào)通路來(lái)減輕2型糖尿病對(duì)大鼠心肌組織的損傷[16]。而在預(yù)防缺血心肌功能障礙研究中發(fā)現(xiàn),Zn(Asp)2在預(yù)防急性心肌缺血后的電、機(jī)械和組織學(xué)變化方面優(yōu)于Asp,其中抗氧化酶的誘導(dǎo)和抗炎細(xì)胞因子(transforming growth factor,TGF-β1)可能起著關(guān)鍵作用[15]。
4.2 阿司匹林-煙酰胺-鋅與抗胃癌 蒲其松等[17]將阿司匹林-鋅與維生素?zé)燉0贩磻?yīng),合成了阿司匹林-煙酰胺-鋅絡(luò)合物(Wuyisa,WUY)(合成路線見(jiàn)圖7)。所得絡(luò)合物WUY的水溶性比Asp強(qiáng)約20倍,鎮(zhèn)痛抗炎作用比Asp強(qiáng)5倍以上[18],抗實(shí)驗(yàn)性血栓形成和抗血小板聚集活性均比Asp強(qiáng)[19]。在小鼠體內(nèi)抗腫瘤研究中發(fā)現(xiàn),WUY能抑制H22移植瘤的生長(zhǎng),并改善小鼠的胃腸道反應(yīng)[20]。在研究其對(duì)人胃癌細(xì)胞SGC-7901的生長(zhǎng)抑制作用時(shí)發(fā)現(xiàn),WUY對(duì)SGC-7901的抑制作用有一定的濃度依賴性[21]。
4.3 阿司匹林-銅、阿司匹林-鈣與抗炎、抗血栓 研究人員將水楊酸、醋酸酐和醋酸銅反應(yīng)生成了阿司匹林-銅配合物,該配合物對(duì)MCF-7和胃癌MGC-803細(xì)胞有較強(qiáng)的抑制作用[22]。較之Asp,該配合物在抗炎、抗血小板聚集和抗血栓方面活性更好[23]。
Zhen等[24]以納米羥基磷灰石對(duì)Asp進(jìn)行修飾后得到阿司匹林-鈣(Ca-Asp)化合物(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖8)。該化合物具有與Asp相似的抗血栓活性,且引起胃黏膜損傷的副作用較小,其作用機(jī)制與Ca-Asp抑制COX-2而非COX-1,進(jìn)而刺激前列腺素(prostaglandin,PG)E2的合成有關(guān)。
4.4 阿司匹林-鉑與抗腫瘤 順鉑(cisplatin)作為第一代鉑類藥物,是治療睪丸癌、卵巢癌、膀胱癌、宮頸癌、頭頸癌、小細(xì)胞及非小細(xì)胞肺癌的首選藥物之一。但是由于其缺乏腫瘤組織選擇性,致使其毒副作用較大。研究人員以順鉑、H2O2和乙酰水楊酸酐合成了阿司匹林-鉑(asplatin)化合物(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖9)。MTT實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)asplatin在多種(包括HeLa細(xì)胞、MCF-7細(xì)胞、肝癌HepG2細(xì)胞、肺癌A549和A549順鉑耐藥細(xì)胞系A(chǔ)549R)人源腫瘤細(xì)胞系中的細(xì)胞毒性時(shí),發(fā)現(xiàn)Asplatin較順鉑有更顯著的細(xì)胞毒性,抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),從而體現(xiàn)出更好的抗腫瘤性能[25]。

圖8 Ca-Asp 的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖9 阿司匹林鉑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
4.5 阿司匹林-釤與鎮(zhèn)痛 稀土金屬具有特殊的電子結(jié)構(gòu)、成鍵特征和高配位數(shù),與某些藥物配位后在治療燒傷、抗凝血、抑菌消炎、抗動(dòng)脈硬化和保護(hù)胃黏膜作用等方面具有特殊療效。研究人員以Asp為原料和稀土金屬釤(Sm)配位得到阿司匹林-釤配合物[Sm(Asp)3(H2O)3]。在小鼠醋酸扭體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),其鎮(zhèn)痛效果優(yōu)于Asp,與罌粟堿接近。研究還發(fā)現(xiàn)Sm(Asp)3(H2O)3通過(guò)抑制下丘腦PG的合成和釋放來(lái)發(fā)揮外周鎮(zhèn)痛作用。由于絡(luò)合中心的Sm與細(xì)胞磷脂有較強(qiáng)的親和力,與溶酶體膜結(jié)合后穩(wěn)定了溶酶體膜及細(xì)胞膜,抑制溶酶體釋放PG、激肽類致痛因子,體現(xiàn)出中樞鎮(zhèn)痛活性[26]。
4.6 阿司匹林-六羰基二鈷與抗惡性胸膜間皮瘤 Zanellato等[27]對(duì)阿司匹林-六羰基二鈷衍生物(Co-ASS)(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖10)進(jìn)行了惡性胸膜間皮瘤細(xì)胞株的抗增殖活性研究,發(fā)現(xiàn)Co-ASS的抗癌增殖效果比順鉑好。而且Co-ASS能顯著降低細(xì)胞內(nèi)的活性氧/氮(ROS/RNS)水平,降低亞硝酸鹽含量,減少亞硝酸鹽致癌風(fēng)險(xiǎn)。
4.7 阿司匹林-Zeise鹽與抗結(jié)腸癌、抗乳腺癌 Weninger等[28]將Asp和4種相應(yīng)不同烷基鏈長(zhǎng)的1-羥基烯基烷酯化后,與Zeise鹽(含Pt配位)合成Asp亞結(jié)構(gòu)的Zeise鹽衍生物1a、2a、3a、4a (合成路線見(jiàn)圖11)。發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)烷基鏈結(jié)構(gòu)的阿司匹林-Zeise鹽對(duì)COX有較強(qiáng)的抑制作用。較之Asp和Zeise鹽本身,4種衍生物是更有效的COX酶抑制劑,對(duì)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞和乳腺癌MCF-7細(xì)胞產(chǎn)生抗增殖作用。

圖10 Co-ASS的化學(xué)結(jié)構(gòu)式
5.1 阿司匹林-齊墩果酸與抗骨質(zhì)疏松、鎮(zhèn)痛、抗炎 齊墩果酸(oleanolic acid,OA)具有抑制腸源血清素(5-羥色胺,5-HT)活性。吉璐宏等[29]將Asp與OA駢合成5種阿司匹林-齊墩果酸(OA-Asp)(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖12)。研究發(fā)現(xiàn)OA-Asp能明顯地降低小鼠血清、小腸中血清素和細(xì)胞中色氨酸羥化酶-1(tryptophan hydroxylase 1,TPH-1)的含量,抑制效果均強(qiáng)于Asp、OA及 OA和Asp聯(lián)合用藥,有較優(yōu)良的促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖效果,其中化合物3效果最佳,有望開(kāi)發(fā)成抗骨質(zhì)疏松的新藥。
Barbara等[30]通過(guò)3-羥基亞胺-17-N-甲酰嗎啉齊墩果酸和阿司匹林在二惡烷中縮合生成OAO-Asp(合成路線見(jiàn)圖13),研究發(fā)現(xiàn),OAO-Asp具有良好的鎮(zhèn)痛和抗炎活性,與Asp聯(lián)合用藥效果更佳,其作用機(jī)制需要進(jìn)一步研究。
5.2 阿司匹林-熊果酸酯與抗乳腺癌 熊果酸(ursolic acid,UA)有良好的抗腫瘤生長(zhǎng)和擴(kuò)散以及抵制致癌物質(zhì)突變作用。湯喬[31]以鄰乙酰水楊酰氯和UA縮合成UA-Asp(合成路線見(jiàn)圖14)。研究發(fā)現(xiàn),與UA和Asp相比,UA-Asp在抑制MCF-7、4T1乳腺癌細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的黏附、遷移運(yùn)動(dòng)及侵襲穿膜的效果更顯著,其分子機(jī)制是通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞侵襲關(guān)鍵蛋白酶MMP-2/MMP-9及相關(guān)酶COX-2的表達(dá)、調(diào)控參與乳腺癌細(xì)胞黏附轉(zhuǎn)移中α6β1整合素信號(hào)通路及上下游CD44、EGFR、ERK和PTEN等信號(hào)傳導(dǎo)蛋白的表達(dá)、調(diào)節(jié)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換(epithelial-mesenchymal transition,EMT)信號(hào)通路中E-cadherin、β-catenin等蛋白的表達(dá)從而抑制乳腺癌的轉(zhuǎn)移。

圖11 阿司匹林Zeise鹽的合成路線

圖12 5種阿司匹林-齊墩果酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖13 OAO-Asp的合成路線

圖14 阿司匹林-熊果酸的合成路線
丁香酚是丁香油的主要成分,具有抗凝血、鎮(zhèn)痛、抗炎、殺菌、抗氧化、止瀉以及抗血小板聚集等藥理作用,但其結(jié)構(gòu)中的酚羥基使其具有刺激性且容易被氧化。為了改善阿司匹林的不良反應(yīng)和增強(qiáng)丁香酚的穩(wěn)定性,研究人員將Asp與SOCl2反應(yīng)生成酰氯化合物,再與丁香酚酯化合成阿司匹林-丁香酚酯(aspirin eugenol ester,AEE)[32],合成路線見(jiàn)圖15。

圖15 阿司匹林-丁香酚酯的合成路線
6.1 AEE與解熱鎮(zhèn)痛抗炎 所得的化合物AEE的解熱作用速效持久,明顯優(yōu)于Asp與丁香酚,其作用機(jī)制可能是與降低下丘腦中環(huán)磷酸腺苷的含量和腹中隔區(qū)、血漿中精氨加壓素含量有關(guān)[33]。AEE的鎮(zhèn)痛作用有效持久,且優(yōu)于Asp與丁香酚,可能與降低小鼠全腦中的前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)含量有關(guān)[34]。
在抗炎方面,AEE能有效減少PGE2、5-HT及NO含量,但對(duì)丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量無(wú)影響[35]。Ma等[36]研究發(fā)現(xiàn),AEE對(duì)大鼠體內(nèi)的COX-1、COX-2、C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)、凝血酶原(prothrombin,F(xiàn)II)、5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,ALOX5)5種蛋白質(zhì)的作用強(qiáng)于Asp和丁香酚。從化學(xué)-蛋白相互作用的角度看,AEE具有抗炎、抗血栓形成的積極作用,且作用強(qiáng)于阿司匹林和丁香酚。
6.2 AEE與抗血小板聚集、抗血栓 AEE具有抗血小板聚集作用,作用優(yōu)于Asp和丁香酚。研究表明,AEE通過(guò)降低血小板胞內(nèi)鈣離子濃度和血小板內(nèi)容物三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)ATP的釋放量,以及抑制MAPK通路中ERK2磷酸化,從而抑制二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)誘導(dǎo)的血小板聚集。相比于Asp和丁香酚,AEE增加了一條新的作用途徑,即降低血小板ATP釋放量[37]。
AEE具有抗血栓形成作用,能增強(qiáng)血栓形成引起的肺栓塞小鼠的保護(hù)作用,以及顯著抑制κ-角叉菜聚糖(kappa-Carrageenan)誘導(dǎo)的大鼠尾部血栓的形成,其效果強(qiáng)于Asp、丁香酚以及聯(lián)合用藥。其可能是通過(guò)修復(fù)能量代謝(TCA循環(huán)、檸檬酸代謝等)損傷,顯著減少補(bǔ)體和凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)中相關(guān)肝臟蛋白的合成,抑制血小板激活以及調(diào)節(jié) HIF-1、MAPK等信號(hào)通路從而抑制血栓形成[38-40]。
AEE具有抗血瘀作用,其作用機(jī)制可能主要與調(diào)節(jié)氨基酸、脂肪酸、能量和甘油磷脂的代謝有關(guān)[41]。
6.3 AEE與抗動(dòng)脈粥樣硬化 AEE具有抗動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)活性,可顯著降低高脂肪飲食AS金黃地鼠的動(dòng)脈粥樣硬化指數(shù),從而顯著改善肝組織和主動(dòng)脈弓的病理變化,對(duì)肝臟、血漿、尿液和糞便中的代謝差異物(包括氨基酸、谷胱甘肽、DHA、壬二酸、泛酸、輔酶A、核黃素和甘油磷脂等)具有很好的調(diào)節(jié)作用[40]。AEE抗AS作用的機(jī)制可能與改善調(diào)節(jié)代謝物的代謝、抑制氧化應(yīng)激和減少黏附分子水平而介導(dǎo)血管內(nèi)皮功能障礙的減少有關(guān)[42]。
6.4 AEE與防治高脂血癥 AEE能夠有效地預(yù)防高血脂,并且其作用強(qiáng)于辛伐他汀、Asp和丁香酚,而且能改善大鼠高脂肪飲食對(duì)盲腸微生物群的負(fù)面影響。研究發(fā)現(xiàn)AEE能顯著增加高密度脂蛋白(HDL)水平,降低甘油三酯(TG)、總膽固醇(TCH)和低密度脂蛋白(LDL)水平,其治療高脂血癥作用機(jī)制可能與對(duì)脂質(zhì)代謝、能量代謝及氨基酸代謝的調(diào)節(jié)作用有關(guān)[43-45]。
6.5 AEE與抗血管內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷 AEE具有抗人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷的活性,可能與其增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞 Nrf2和 Bcl2的表達(dá),提升內(nèi)皮抗氧化能力、減少內(nèi)皮細(xì)胞活性氧/活性氮(ROS/RNS)的積累、降低血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)有關(guān)[46-47]。
本文主要介紹了30種阿司匹林衍生物,并總結(jié)了主要衍生物的合成路線、結(jié)構(gòu)及藥理活性。從藥理活性報(bào)道中發(fā)現(xiàn),阿司匹林衍生物主要集中在解熱鎮(zhèn)痛、抗炎、抗骨質(zhì)疏松、防治心腦血管疾病及抗腫瘤活性等方面。其中阿司匹林-丁香酚酯在防治心腦血管疾病方面具有很好的開(kāi)發(fā)前景。另外,阿司匹林-釤配合物具有很好的中樞鎮(zhèn)痛作用,這對(duì)于開(kāi)發(fā)非成癮性的非阿片類的中樞鎮(zhèn)痛藥提供了一條新思路。