去氫樅酸菲環(huán)結(jié)構(gòu)改性及衍生物活性研究進(jìn)展*

韋有杰，馬 璐，莫秀慶，雷 祿

(百色學(xué)院 預(yù)科教育學(xué)院,廣西 百色 533000 )

松香是我國(guó)具有優(yōu)勢(shì)可再生的林化資源，經(jīng)歧化改性后可得到歧化松香，去氫樅酸是歧化松香的主要成分[1-2]。去氫樅酸含有三環(huán)菲骨架結(jié)構(gòu)，本身具有良好的生物活性，因而成為天然產(chǎn)物改性研究的熱點(diǎn)化合物。據(jù)報(bào)道，去氫樅酸及其衍生物具有抗菌、抗癌、消炎、抗衰老、抗?jié)兊萚3-10]多種生物活性。其結(jié)構(gòu)中的羧基，因易于酰氯化、還原胺化、酯化等反應(yīng)，而成為去氫樅酸改性的熱點(diǎn)活性中心。通過對(duì)羧基進(jìn)行改性，可以引入噁唑、噻唑、三唑、咔唑、咪唑、喹啉、吲哚和呋喃等基團(tuán)，得到去氫樅酸基系列雜環(huán)衍生物。隨著研究的深入，人們逐漸對(duì)去氫樅酸菲環(huán)結(jié)構(gòu)的改性產(chǎn)生了濃厚興趣，其中以B環(huán)和C環(huán)為重點(diǎn)。改性途徑主要是對(duì)B環(huán)C7用CrO3氧化引入羰基[11-12]，或?qū)環(huán)的C12和C14進(jìn)行傅克酰基化[13]、鹵化[14-15]、硝基化[15-16]、磺化[17]，對(duì)C13上異丙基進(jìn)行脫去[18]等，得到的目標(biāo)化合物也表現(xiàn)出良好的生物活性或光學(xué)活性。本文對(duì)2015年以來在菲環(huán)結(jié)構(gòu)改性上取得的研究成果進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，為去氫樅酸菲環(huán)結(jié)構(gòu)改性的深入研究提供參考。去氫樅酸的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 去氫樅酸的結(jié)構(gòu)

1 基于B環(huán)的改性及其衍生物活性

目前，基于去氫樅酸B環(huán)的改性主要集中于C7上，通過CrO3將之氧化成羰基，再與硫脲、氨基脲、肼、苯肼、羥胺等反應(yīng)，進(jìn)一步制得所需要的目標(biāo)化合物。

Luo 等[19]以去氫樅酸為原料，用CrO3將B環(huán)上C7氧化得到羰基，再與苯肼反應(yīng)，最后得到一種新型N取代1H-二苯并[a,c]咔唑衍生物1(圖2)。該課題組采用CCK-8法和流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)了衍生物1對(duì)胃癌細(xì)胞的殺傷作用，發(fā)現(xiàn)其對(duì)胃癌細(xì)胞具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，質(zhì)量濃度為 10 μg/mL 時(shí)完全抑制達(dá) 48 h 甚至更久。研究認(rèn)為其作用機(jī)理是通過劑量和時(shí)間依賴性抑制細(xì)胞增殖，破壞細(xì)胞膜的完整性，并激活鈣蛋白酶-1抗體自溶，以達(dá)到誘導(dǎo)凋亡蛋白分裂。Chen等[12]也合成了一系列含不同N-(哌嗪-1-基)烷基側(cè)鏈的去氫松香酸基1H-二苯[a,c]并咔唑衍生物，并研究了衍生物對(duì)3種人肝癌細(xì)胞系(SMMC-7721、HepG2和Hep3B)的體外抗癌活性。其中，化合物2(圖2)抗癌活性最強(qiáng)，IC50值分別為(1.39±0.13)、(0.51±0.09)mmol/L和0.73±0.08 mmol/L。還發(fā)現(xiàn)該化合物可提高細(xì)胞內(nèi)ROS水平，降低線粒體膜電位，破壞細(xì)胞膜完整性，并最終導(dǎo)致HepG2細(xì)胞的癌性和凋亡。

圖2 Luo等和Chen等合成的衍生物

Huang等[20]對(duì)B環(huán)C7進(jìn)行氧化后與羥胺反應(yīng)，并最終合成得到一系列新型具有抗腫瘤活性的去氫樅酸基手性二肽衍生物3(圖3)。并采用MTT法測(cè)定化合物對(duì)人肺癌NCIeH460、宮頸癌上皮細(xì)胞HeLa和胃癌MGC-803細(xì)胞的體外抑制活性。抗腫瘤活性測(cè)試表明，多個(gè)化合物對(duì)這三種腫瘤細(xì)胞株均表現(xiàn)出中高水平的抑制活性。大部分化合物的抑腫瘤活性高于商業(yè)抗癌藥物5-氟尿嘧啶(5-FU)。Vahermo 等[21]先將去氫樅酸C7氧化改性成羰基，再與羥胺反應(yīng)，得到一系列具有不同側(cè)鏈氨基酸骨架的去氫松香酸衍生物4(圖3)。衍生物對(duì)多氏利什曼原蟲和克氏錐蟲具有較強(qiáng)的抗原蟲活性。其中，4a和4b殺死細(xì)胞內(nèi)多氏利什曼原蟲IC50值分別為2.3、6.6 μmol/L。4a、4b和4c殺死細(xì)胞內(nèi)克氏錐蟲IC50值分別為4.2、3.9、5.8 μmol/L。

圖3 Huang等和Vahermo等合成的衍生物

2016年，陳乃源等[7]以去氫樅酸為原料，經(jīng)對(duì)B環(huán)C7氧化成羰基后，再對(duì)羰基α碳進(jìn)行溴化并與硫脲等反應(yīng)，最后合成得到一系列新型去氫樅酸基B環(huán)并噻唑-酰胺化合物。并研究了化合物對(duì)黃瓜枯萎、番茄早疫、蘋果輪紋、花生褐斑及小麥赤霉等5種病原菌的抑制活性。結(jié)果表明，化合物5(圖4)及其中間體(去氫樅酸基環(huán)并噻唑-胺)在50 mg/L下對(duì)蘋果輪紋病菌的抑制活性均達(dá)A級(jí)，抑制率分別為90.0%和92.4%。2020年，陳乃源等[11]又在5的基礎(chǔ)上合成得到一系列新型(芳基)甲基胺脫氫樅酸基B環(huán)融合噻唑衍生物6(圖4)，以CCK-8法研究了它們對(duì)HepG2、SCC9和293T的體外細(xì)胞毒活性。其中，化合物6a和6b對(duì)癌細(xì)胞具有一定的抑制活性，而對(duì)正常細(xì)胞毒性較弱，同時(shí)對(duì)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路有抑制活性。

圖4 文獻(xiàn)[7]和[11]合成的衍生物

2 基于C環(huán)的改性及其衍生物活性

C環(huán)為苯環(huán)。對(duì)C環(huán)的改性方法主要是利用親電試劑與苯環(huán)進(jìn)行如鹵化、硝化、磺化、傅克酰基化和脫異丙基等親電取代反應(yīng)，最后合成得到苯并雜環(huán)、氨基取代物等具有生物活性的衍生物。

Gu 等[15]對(duì)去氫樅酸C環(huán)進(jìn)行鹵化、脫異丙基化、硝化等改性后，合成得到化合物7(圖5)，并通過X射線單晶衍射研究了化合物的晶體結(jié)構(gòu)，證實(shí)該化合物為單斜晶系。初步抗腫瘤實(shí)驗(yàn)表明，該化合物對(duì)HepG2和SMMC-7721細(xì)胞具有較強(qiáng)的抑制活性，IC50值分別為17.1、10.2 μmol/L。

圖5 文獻(xiàn)[16]、[17]合成的衍生物

Huang 等[17]對(duì)C環(huán)進(jìn)行磺化后，合成得到一系列含有磺胺基的去氫松香酸二肽衍生物8(圖5)。抗腫瘤活性研究表明，部分化合物具有較好的抑制活性，甚至優(yōu)于商品化抗癌藥物5-FU。其中,8a對(duì)HepG2細(xì)胞的抑癌活性最好，IC50為(4.18±1.08) μmol/L。研究發(fā)現(xiàn),8a是通過抑制MMP-3活性和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對(duì)HepG2細(xì)胞系產(chǎn)生了最強(qiáng)的抑制作用。

Wei等[16]在去氫樅酸C14硝化還原胺化后，并最終制備一系列新穎的C-14 1,2,3-三唑去氫樅酸衍生物9(圖6)。體外抗增殖活性評(píng)價(jià)表明，大多數(shù)化合物對(duì)癌細(xì)胞均有較強(qiáng)的抑制活性。其中，9a、9b和9c在低濃度下對(duì)耐阿霉素MCF-7生物同樣有效，且呈劑量相關(guān)。特別是，結(jié)構(gòu)中具有3-(叔丁基羰基氨基)苯基取代的三唑基團(tuán)的最有效化合物9c，不僅對(duì)癌細(xì)胞抑制效果明顯，IC50值在0.7～1.2 mmol/L 之間，且對(duì)正常細(xì)胞表現(xiàn)出非常弱的細(xì)胞毒性。

圖6 文獻(xiàn)[16]、[22]合成的衍生物

Miao 等[22]對(duì)去氫樅酸C12進(jìn)行鹵化，脫去C13上異丙基并對(duì)C13，C14進(jìn)行硝化后，最終合成得到多個(gè)新型2-芳基苯并咪唑衍生物。采用MTT法測(cè)定了目標(biāo)化合物對(duì)肝癌細(xì)胞株SMMC-7721、MDA-MB-231、HeLa、CT-26和正常肝細(xì)胞QSG-7701的體外細(xì)胞毒活性。其中，化合物10(圖6)的細(xì)胞毒活性最強(qiáng)，其IC50值分別為0.08±0.01、0.19±0.04、 0.23±0.05、0.42±0.07 μmol/L，且對(duì)人正常肝細(xì)胞QSG-7701的抗腫瘤活性相對(duì)安全。微管蛋白聚合抑制實(shí)驗(yàn)和免疫熒光染色進(jìn)一步證實(shí)化合物10可明顯抑制微管聚合，從而破壞癌細(xì)胞的微管網(wǎng)絡(luò)。研究還發(fā)現(xiàn)，該化合物10可誘導(dǎo)SMMC-7721細(xì)胞凋亡。

Pilar 等[18]報(bào)道，以去氫樅酸為原料，首次合成了cassane型二萜taepeenin F11(圖7)。并對(duì)合成反應(yīng)關(guān)鍵步驟甲酰基取代脫氫樅烷衍生的異丙基進(jìn)行了補(bǔ)充研究，提出了該反應(yīng)的假定機(jī)理。

檀貫?zāi)莸萚23]以去氫樅酸為起始物，能過酯化、溴化、硝化、還原和C-N 偶聯(lián)反應(yīng)合成得到 13-[N, N-(4-萘基苯基)-苯基]胺基-脫異丙基脫氫樅酸甲酯12a及13-[N, N-雙(4-萘基苯基)-苯基]胺基-脫異丙基脫氫樅酸甲酯12b兩個(gè)化合物(圖7)。并利用Gaussina 09程序采用密度泛函DFT/B3LYP等方法，研究了化合物結(jié)構(gòu)與光譜性能之間的關(guān)系。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，去氫樅酸骨架和萘環(huán)的引入對(duì)化合物平面性有影響，而萘環(huán)則會(huì)增大化合物的共軛程度。在甲醇、二氧六環(huán)等5種溶劑中的熒光及紫外光譜測(cè)試表明，化合物在不同極性的溶劑中熒光及紫外均變化較大，表明它們均存在溶致變色效應(yīng)。該課題組[24]又以同樣的方法合成得到一種含雙萘的脫氫樅酸三芳胺化合物13-[N，N-雙(α-萘)]胺基-脫異丙基脫氫樅酸甲酯13(圖7)，熒光及紫外光譜測(cè)試同樣表明其具有溶致變色效應(yīng)。

Yang等[25]合成系列2-芳基硫代和2-芳基胺- 1H -苯并[d]咪唑去氫樅酸衍生物，其中2-芳基胺- 1H -苯并[d]咪唑去氫樅酸衍生物14(圖7)對(duì)四種癌細(xì)胞(HCT-116、MCF-7、HeLa和HepG2)抑制活性最強(qiáng)，IC50值分別為0.18±0.03、0.43±0.05、0.71±0.08、0.63±0.09 μmol/L，對(duì)人胃黏膜細(xì)胞系gs -1的細(xì)胞毒性顯著降低，IC50為 21.95±0.73 μmol/L。此外，該化合物還可增加細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，降低線粒體膜電位，上調(diào)Bax和cleaved caspase-3 - 9水平，下調(diào)Bcl-2水平，并以劑量依賴性的方式誘導(dǎo)HCT-116細(xì)胞凋亡。

圖7 文獻(xiàn)[18]、[23]、[24]、[25]合成的衍生物

3 同時(shí)對(duì)B環(huán)和C環(huán)的改性及其衍生物活性

Damir等[4]首次報(bào)道了從去氫樅酸甲酯出發(fā)，在C14和C7分別引入羥基和羰基，半合成得到一種二萜類化合物(+)-流相-萜酸15(圖8)及若干個(gè)類似物。根據(jù)不同的官能團(tuán)對(duì)以上化合物進(jìn)行了生物學(xué)比較，得出了一些基本的構(gòu)效關(guān)系(SAR)。通過對(duì)6種具有代表性的人類腫瘤實(shí)體細(xì)胞(A549、HBL-100、HeLa、SW1573、T-47D和WiDr)、5種白血病細(xì)胞模型(nom -06、KOPN-8、SUP-B15、UoCB1和BCR-ABL)和4種利什曼原蟲(L. infantum、L. donovani、L. amazonensis和L. guyanensis)的生物學(xué)特性進(jìn)行研究，表明這些樅烷二萜類化合物可從廉價(jià)的手性化合物庫中獲得具有良好藥理特性的新型生物活性分子。

圖8 文獻(xiàn)[4]、[26]、[27]、[14]合成的衍生物

Liu 等[26]以在去氫樅酸B環(huán)中引入肟結(jié)構(gòu)和C環(huán)引入芳酰基得到16(DHAD)(圖8)，并與ZnAlTi-LDH組裝得到DHAD/ZnAlTi -LDH復(fù)合材料。研究表明，該復(fù)合材料具有顯著的活性氧(ROS)生產(chǎn)能力，在可見光照射下均能殺滅革蘭氏陰性菌和陽性菌。同時(shí)，能有效保護(hù)皮膚免受紫外線的傷害。

Zhang 等[27]以去氫樅酸為原料在B環(huán)C7引入肟和在C14進(jìn)行溴化，最后合成了一系列脫氫樅酸的7- N -酰氨乙基/丙肟衍生物，并對(duì)其對(duì)金黃色葡萄球菌紐曼株和多藥耐藥株(NRS-1、NRS -70、NRS-100、NRS-108和NRS-271)的抑菌活性進(jìn)行了研究。大多數(shù)含三氟甲基苯基/芐基、鹵素取代噻吩基、苯并噻吩基和吡咯基的目標(biāo)化合物都表現(xiàn)出較強(qiáng)的體外抗菌活性。其中，化合物17a、17b和17c(圖8)對(duì)5種耐多藥金黃色葡萄球菌具有較高的抑菌活性，最低抑菌質(zhì)量濃度(MIC)為1.25～3.13 mg/mL。Zhang 等[14]于2017年合成得到一系列去氫樅酸的N-磺胺乙基肟衍生物，并研究了化合物對(duì)金黃葡萄球菌紐曼株和耐多藥菌株的抗菌活性。大多數(shù)含氯、溴、三氟甲基苯基的目標(biāo)化合物具有較強(qiáng)的體外抗葡萄球菌活性。其中，化合物18(圖8)對(duì)金黃葡萄球菌紐曼株表現(xiàn)出最高的抑菌活性，MIC為0.39～0.78 μg/mL。對(duì)5種耐多藥金黃色葡萄球菌的抑菌活性在0.78～1.56 μg/mL 之間。

Cui等[28]以去氫樅酸為原料一系列脫氫樅酸的N -酰基氨基烷基肟衍生物19(圖9)，并在CHO-K1細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中評(píng)估了對(duì)BK通道的開啟活性。構(gòu)效研究表明，2-噻吩的S原子與羰基O原子之間的非共價(jià)相互作用可能對(duì)其與離子通道的相互作用造成限制。

圖9 文獻(xiàn)[28]合成的衍生物

4 展望

去氫樅酸本身具有多種生物活性，且又是天然產(chǎn)物，具備較好的改性研究先天條件。根據(jù)當(dāng)前對(duì)菲環(huán)結(jié)構(gòu)的改性取得的研究成果，對(duì)菲環(huán)進(jìn)行改性是尋找具有優(yōu)良生物活性的較好選擇。菲環(huán)改性有B環(huán)及C環(huán)兩個(gè)區(qū)域可供選擇，也可同時(shí)進(jìn)行改性，具有較為廣闊的研究前景。因C環(huán)是苯環(huán)可進(jìn)行鹵化、酰基化、烷基化、硝化、磺化等反應(yīng)，取得的成果相較B環(huán)要多，活性類型不只有生物活性還有光學(xué)活性。可以預(yù)見，對(duì)C環(huán)的改性的研究仍會(huì)較B環(huán)多，找到具有優(yōu)良生物活性的先導(dǎo)物也不是不可能。引入的雜環(huán)多見含氮雜環(huán)，或多見單個(gè)雜原子的雜環(huán)，具有優(yōu)良生物活性的含硫，含氧多雜原子雜環(huán)引入還比較少，這方面的研究具有較大前景。