陳 剛，郝小江

（1.西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；2.中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所 植物化學(xué)與西部植物資源持續(xù)利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650204）

吲哚-2，3-二酮是一種廣泛存在于天然產(chǎn)物中結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的生物堿，在傘形科植物當(dāng)歸、十字花科植物菘藍(lán)（俗稱Chinese woad）、草大青的根和爵床科植物馬藍(lán)的根、莖中都有發(fā)現(xiàn)，也是著名中藥青黛中的一種重要成份［1-3］.此外，其在人體器官、體液，尤其在腦內(nèi)海馬等部位有較多分布［4-6］.吲哚-2，3-二酮及其衍生物具有多種生物活性，對(duì)其在抗腫瘤、抗病毒、神經(jīng)保護(hù)等方面的活性進(jìn)行研究非常有意義［7-9］.吲哚-2，3-二酮由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前可以采用苯胺為原料大量合成，其價(jià)格也相對(duì)較低，并且在吲哚-2，3-二酮的1，2，3位及苯環(huán)上可以發(fā)生不同類型的反應(yīng)，為其衍生物的合成提供了便利的條件，因此目前其合成和活性的研究備受關(guān)注.本文對(duì)近年來吲哚-2，3-二酮衍生物的抗病毒活性研究進(jìn)行介紹和綜述.

1 抗HIV活性

AIDS病是由艾滋病病毒，即人類免疫缺陷病毒（HIV）感染而引起的一種傳染性疾病.HIV病毒進(jìn)入人體后破壞人體的免疫功能，繼而發(fā)生一系列不易治愈的機(jī)會(huì)性感染（OI）和腫瘤，最后導(dǎo)致患者死亡.OI的感染與發(fā)展導(dǎo)致的疾病伴隨有HIV復(fù)制的加快，使得攜帶HIV病毒的人迅速轉(zhuǎn)化為典型的艾滋病人，因此理論上理想的藥物應(yīng)該既能抑制HIV的復(fù)制又能夠治療像肺結(jié)核這樣的機(jī)會(huì)性感染.SRIRAMA等［10-15］基于此設(shè)想在吲哚-2，3-二酮的1，3位引入了有較好生物活性的噻唑環(huán)、嘧啶、磺胺類、喹諾酮類諾氟沙星等化合物來尋找一種既能抑制HIV復(fù)制又能抑制其他病菌感染的藥物.

噻唑環(huán)及其衍生物廣泛存在于具有生物活性的分子中，常見于抗生素類藥物.PANDEYA等［10］通過縮合反應(yīng)和Mannich反應(yīng)得到了圖1所示的I類Schiff堿-Mannich堿化合物，化合物中R為H或者Cl、Br，N原子上為通過Mannich反應(yīng)得到的胺甲基結(jié)構(gòu)單元.這一類化合物雖對(duì)沙門氏菌等微生物和HIV病毒有一定的抑制作用，但是活性并不高，尤其是對(duì)HIV病毒的選擇性系數(shù)（SI）小于1.他們將喹諾酮類引入到吲哚-2，3-二酮的3位合成了如圖1所示的II類吲哚-2，3-二酮Schiff堿-Mannich堿衍生物［11］.通過對(duì)這些合成的化合物抑制人MT-4細(xì)胞中HIV-1的復(fù)制活性評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)：該類化合物的EC50和CC50在＞8～＞54μmol/L，但SI均小于1，這一類化合物在顯示出明顯毒性時(shí)還未表現(xiàn)出有效的活性.

圖1 PANDEYA和SELVAM合成的Schiff堿-Mannich堿化合物Fig.1 The Schiff base and Mannich base synthesized by PANDEYA and SELVAM

嘧啶類化合物具有較好的生物活性，SELVAM等［12］將氨基嘧啶引入該類化合物得到了圖1所示的III類化合物.該類化合物對(duì)鼠傷寒沙門氏菌等28種細(xì)菌的抑制活性，與甲氧芐啶和磺胺甲噁唑相比，除對(duì)綠膿桿菌和腸炎沙門氏菌的活性較低外，對(duì)其他26種細(xì)菌的抑制活性均高于后兩者或者相當(dāng).從所有化合物的活性來看，R取代基的活性順序?yàn)锽r＞Cl＞H.對(duì)白色念珠菌等8種真菌的抑制作用與克霉唑相比，除對(duì)奧杜盎小孢子菌、石膏樣毛癬菌、石膏小孢子菌的抑制作用相當(dāng)或者略低，對(duì)其他的真菌的抑制作用都低于后者.通過對(duì)這些合成的化合物抑制人MT-4細(xì)胞中HIV-1的復(fù)制活性的評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)：該類化合物的EC50為＞1～＞10μmol/L，但SI均小于1.

磺胺類藥物是常用的殺菌藥物，SELVAM等［13］將磺胺類化合物與吲哚-2，3-二酮通過縮合反應(yīng)合成了如圖2所示的吲哚-2，3-二酮Schiff堿衍生物，其中R1為H或者乙?；?，R2為H、CH3或者Cl、Br.這些化合物在嚴(yán)重感染的人MT-4細(xì)胞中都有抑制HIV-1、HIV-2復(fù)制的活性，乙酰基取代的R1活性有所下降，鹵素取代的R2也使底物的活性下降；當(dāng)R1為甲基、R2為H時(shí)對(duì)HIV-1抑制活性最高，EC50＝8.1mg/L；當(dāng)R1、R2為H時(shí)對(duì)HIV-2抑制活性最高，EC50＝41.5mg/L.這些化合物對(duì)HIV-1的抑制活性（EC50）高于HIV-2，雖活性高于X類化合物但明顯的低于ATZ，而CC50卻高于ATZ（＞125∶65.9）.

圖2 SELVAM合成的吲哚-2，3-二酮磺胺類Schiff堿化合物Fig.2 The Schiff base of sulfonamide and indole-2，3-dione synthesized by SELVAM

諾氟沙星（Norfloxacin）也是常用的殺菌消炎藥物，具有廣譜低毒的特點(diǎn).SURENDRA等［14］首先將吲哚-2，3-二酮與磺胺類化合物縮合得到Schiff堿化合物，進(jìn)而通過Mannich反應(yīng)將Norfloxacin結(jié)合到吲哚酮上得到如圖3所示的Schiff堿-Mannich堿化合物.該類化合物有較廣譜的抑菌活性，除對(duì)葡萄狀球菌等28種細(xì)菌的抑制活性較差外，對(duì)新型隱球菌等8種真菌都有較好抑制活性，活性高于Norfloxacin或者與之相當(dāng)，并且對(duì)莢膜組織孢漿菌的抑制作用高于克霉唑（Clotrimazol）.當(dāng)R為鹵素、R′為第三個(gè)取代基的化合物S8、S9顯示了良好的抗HIV-1活性，其EC50為11.3、13.9，并且SI也較高，分別為5和4.

圖3 SURENDRA合成的吲哚-2，3-二酮Schiff堿-Mannich堿化合物Fig.3 The Schiff base-Mannich base synthesized by SURENDRA

TANUSHREE等［15］通過對(duì)一系列抗HIV病毒藥物結(jié)構(gòu)的研究，推測(cè)圖4中所示的蝶形單元（butterfly-like）為藥物的藥效中心：一個(gè)親水點(diǎn)A為母體，兩個(gè)疏水點(diǎn)B、C為翅膀.而后以3-縮氨基硫脲為先導(dǎo)化合物通過Mannich反應(yīng)得到了圖5所示的化合物，R為通過Mannich反應(yīng)得到的胺甲基結(jié)構(gòu)單元.該類化合物對(duì)HIV-1都有一定的抑制作用，EC50在2.62～＞14.50μmol/L.具有圖示R1、R3取代基的化合物對(duì)HIV-1有較好的抑制作用，其EC50在3μmol/L左右，并且SI也較高（4.12、17.14、12.02）.

肺結(jié)核?。═B）是艾滋病人最常感染的病，能最終導(dǎo)致死亡.感染HIV的病人其初期的癥狀多數(shù)是肺結(jié)核，因此是否具有抗TB活性也是抗HIV藥物的重要評(píng)價(jià)指標(biāo).拉米夫定（Lamivudine）能有效抑制活躍的病毒繼續(xù)繁殖，對(duì)慢性B型肝炎患者控制病情有顯著療效.DHARMARAJAN等［16］將Lamivudine與吲哚-2，3-二酮縮合得到Schiff堿化合物，再與甲醛和諾氟沙星衍生物在微波促進(jìn)下經(jīng)Mannich反應(yīng)得到了如圖6所示的Schiff堿-Mannich堿化合物.合成的所有化合物都對(duì)HIV-1有一定的抑制作用，但Mannich堿單元并未使活性提高；化合物3b（R1為F，N上H未被取代）則顯示了很高的活性：EC50＝（0.074 2±0.04）μmol/L，并且SI大于2 100；對(duì)照實(shí)驗(yàn)品Lamivudine的EC50＝（0.1±0.05）μmol/L，SI大于2 000.同時(shí)對(duì)肺結(jié)核病毒抑制活性的研究發(fā)現(xiàn)：在6.25mg·L–1時(shí)化合物3對(duì)病毒的抑制率達(dá)到82%，而Lamivudine在此濃度下對(duì)病毒沒有抑制作用.該化合物活性雖好，但前體藥物的利用不但要依靠其穿過細(xì)胞膜時(shí)的穩(wěn)定性，還要看在細(xì)胞體內(nèi)向母體化合物的轉(zhuǎn)化情況.離體實(shí)驗(yàn)表明這兩類化合物較易水解，其水解半衰期為120～240min，還需對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化.

圖4 目前治療艾滋病藥物和先導(dǎo)化合物中的蝶形單元Fig.4 The butterfly-like unit in anti-ADIS drugs and lead compound

圖5 具有蝶形單元的吲哚酮類似物Fig.5 The indole analogues with the butterfly-like unit

圖6 DHARMARAJAN合成的吲哚-2，3-二酮Schiff堿-Mannich堿化合物Fig.6 The Schiff base-Mannich base synthesized by DHARMARAJAN

2 抗痘病毒活性

痘病毒（Orthopoxviruses）為病毒粒最大的一類DNA病毒，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜.病毒粒呈磚形或橢圓形，大小為（300～450）nm×（170～260）nm.有核心、側(cè)體和包膜，核心含有與蛋白結(jié)合的病毒DNA.DNA為線型雙鏈，相對(duì)分子質(zhì)量為（85～240）×106，鳥嘌呤和胞嘧啶的堿基含量低.病毒粒中有30種以上的結(jié)構(gòu)蛋白和幾種酶，核心蛋白中含依賴于DNA的RNA多聚酶.病毒在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)增殖，形成包涵體，病毒粒由微絨毛或細(xì)胞裂解而釋放.感染人和動(dòng)物后常引起局部或全身化膿性皮膚損害，昆蟲、鳥類、哺乳動(dòng)物都能感染，并可能在種間傳播，因此高致病的痘病毒害有可能用作生物武器.吲哚-2，3-二酮-3-縮氨基硫脲（IBT）和N-甲基吲哚-2，3-二 酮-3-縮氨基硫脲（marboran或者methisazone）是痘病毒的一種強(qiáng)的抑制劑，早期用來治療天花［17］.后來體內(nèi)和離體的實(shí)驗(yàn)都沒有能夠確切地證實(shí)IBT類衍生物的功效，尤其是在疾病傳播模型試驗(yàn)中［18-19］.后來BORYSIEWICZ等［20-22］在離體和Swiss鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明methisazone能夠抑制天花病毒（VV）并能夠降低腦內(nèi)接種VV-IHD的Swiss鼠死亡率.Cidofovir（CDV）等抑制痘病毒的藥物的作用機(jī)制是干擾DNA聚合酶的活性［23］，但是如果天花作為生物武器使用那就必須要具有多種作用機(jī)制的治療藥物［24］.PRICHARD等［25-26］的研究顯示IBT和marboran能夠中止病毒信使核苷酸的形成，在病毒轉(zhuǎn)錄伸長(zhǎng)時(shí)IBT和marboran直接作用在DNA聚合酶復(fù)合物，或者在轉(zhuǎn)錄過程中作為上調(diào)或者下調(diào)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)因子.MICHAEL等［27］對(duì)IBT又從苯環(huán)取代基和1位取代基進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到了如圖7所示的4個(gè)化合物.這4個(gè)化合物對(duì)VV的抑制作用除3｛8，4｝稍差之外其余3個(gè)活性和IS值均高于CDV、IBT和marboran；對(duì)CV的抑制作用3｛8，4｝、3｛8，9｝活性稍差與marboran相當(dāng)，3｛8，1｝、3｛8，10｝活性和IS值均 高 于CDV、IBT和marboran.前人的研究表明IBT和marboran具有預(yù)防和治療天花病的作用.DEBRA等［22］通過腹膜內(nèi)對(duì)感染VV或者CV的小鼠給藥，發(fā)現(xiàn)這兩種藥物降低了VV的致死量，marboran能夠延遲或抑制病毒在肝、脾、腎部的復(fù)制但是IBT卻不能；這兩種藥物對(duì)皮膚感染VV或者CV的小鼠不能降低病毒復(fù)制或者減輕癥狀.結(jié)果顯示這類藥物由于缺乏體內(nèi)抑制CV活性，用來治療“原痘病毒”（orthopox）的可能性不大.

圖7 MICHAEL對(duì)IBT結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到的4個(gè)化合物Fig.7 The 4compounds optimized from IBT by MICHAEL

3 抗SARS病毒活性

非典型肺炎給人類健康帶來極大的危害，引起全球關(guān)注.導(dǎo)致嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥（SARS）的病毒屬于冠狀病毒科，病毒粒子多呈圓形，有囊膜，外周有冠狀排列的纖突，病毒直徑在80～120 nm之間.病毒分布于細(xì)胞漿中，感染病毒的細(xì)胞線粒體腫脹，部分線粒離體膜或嵴溶解.2003年SARS在中國(guó)的爆發(fā)引起了巨大的恐慌，研究SARS病毒的抑制劑為將來防治SARS提供保障意義重大.CHEN等［28-29］的研究發(fā)現(xiàn)N-取代的吲哚-2，3-二酮化合物對(duì)SARS冠狀病毒有抑制作用.他們合成了一系列苯環(huán)上取代的和N原子上有取代基的吲哚-2，3-二酮衍生物，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該類化合物選擇性 抑 制SARS冠 狀 病 毒3CL蛋 白（SARS-CoV 3CLpro，圖8），并且活性較高，其中如圖所示的兩個(gè)化合物的IC50值達(dá)到了0.98和0.95μmol/L，并且對(duì)其他半胱氨酸和絲氨酸蛋白也有較好的抑制活性.

LIU等［30］通過圖9和圖10的途徑合成了兩類吲哚酮衍生物，并評(píng)價(jià)了其對(duì)SARS-CoV 3CLpro的抑制活性，結(jié)果顯示具有磺酸基的吲哚-2，3-二酮結(jié)構(gòu)的8k1具有最好的活性，IC50達(dá)到1.04μmol/L.總體來看關(guān)于SRAS病毒的研究比較薄弱，目前也僅停留在對(duì)其CoV 3CL蛋白的抑制作用的研究方面，如需成藥還要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn).

4 其他病毒

柯薩奇病毒B3（CVB3）是一類常見的經(jīng)呼吸道和消化道感染人體的病毒，感染后人會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、打噴嚏、咳嗽等感冒癥狀.妊娠期感染可引起非麻痹性脊髓灰質(zhì)炎性病變，并致胎兒宮內(nèi)感染和致畸.ZHANG等［31］合成了一系列吲 哚-2，3-二酮腙（圖11），研究發(fā)現(xiàn)ID45抑制CVB3復(fù)制的活性最高.用ID45處理CVB3感染前后的細(xì)胞，都可以顯著減小病毒顆粒的大小，可以起到保護(hù)細(xì)胞，減小受到病毒誘導(dǎo)凋亡的風(fēng)險(xiǎn).同時(shí)，ID45可以引起細(xì)胞葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（GRP78）活性的顯著上調(diào)，活化蛋白激酶樣ER激酶（PERK），不能上調(diào)eIF2α磷酸化，但激活了核轉(zhuǎn)錄因子Nrf2.

圖8 化合物4k和4o及其與SARS CoV 3CLpro結(jié)合的模擬Fig.8 The combination model of 4kand 4owith SARS CoV 3CLpro

圖9 LIU等合成的羧基和環(huán)烷基吲哚-2，3-二酮Fig.9 The carboxyl and naphthenic indole-2-3-dione synthesized by LIU

圖10 LIU等合成的磺酸基吲哚-2，3-二酮Fig.10 The sulfo indole-2-3-dione synthesized by LIU

圖11 ZHANG等合成的吲哚-2，3-二酮腙類化合物Fig.11 The indole-2-3-dione hydrazone synthesized by ZHANG

煙草花葉病毒列全球十大植物病毒之首，被稱 為“植物癌癥”，可感染煙草等多種重要的經(jīng)濟(jì)作物，全球每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失一億美元以上，迄今為止尚未有特效藥.昆明植物研究所郝小江課題組受植物在進(jìn)化過程中能夠形成抵御病蟲害的化學(xué)防御體系這一學(xué)術(shù)思想的啟發(fā)，經(jīng)多方合作，從馬蘭中發(fā)現(xiàn)了煙草系統(tǒng)獲得抗性的新型化學(xué)激活劑3-丙酮基-3-羥基羥吲哚（AHO，圖12左），闡明了其依賴于水楊酸途徑的作用機(jī)制［32-34］，大田試驗(yàn)表明AHO對(duì)植物病毒和病原菌的防治效果突出，具有發(fā)展為新型植保素的前景.該課題組以AHO為先導(dǎo)化合物，合成了系列3-羥基-吲哚-2-酮衍生物（圖12右），篩選了其作為植物系統(tǒng)獲得抗性的化學(xué)激活劑，用于防治煙草及其他經(jīng)濟(jì)作物感染病毒病或病原菌，有效防治煙草花葉病及白粉，發(fā)現(xiàn)了若干具有良好活性的化合物［35］.進(jìn)一步的研究表明：含1%AHO二甲基亞砜溶液1 000倍液、含0.4%苦木素的2%AHO微乳液500倍液兩種制劑在接種煙草花葉病毒4周后仍然保持44.04%和47.71%的相對(duì)防效［36］；多肽保與AHO種誘導(dǎo)劑的組合應(yīng)用對(duì)控制TMV有良好效果，能明顯推遲帶毒隱癥煙株TMV的發(fā)病時(shí)間，移栽后70d對(duì)以清水和東旺毒消為對(duì)照的大田期煙株TMV的平均防效分別達(dá)到69.64%和43.25%，且在株高、葉數(shù)方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，葉片生長(zhǎng)發(fā)育狀況良好，防治效果明顯優(yōu)于對(duì)照藥劑［37］.最近研究還發(fā)現(xiàn)AHO對(duì)大田煙株番茄斑萎病毒屬病毒病有很好的防控效果，其對(duì)番茄斑萎病毒屬病毒病的效果優(yōu)于部分市售藥劑，具有開發(fā)成為防控番茄斑萎病毒屬病毒病抗病毒劑的潛力［38］.該項(xiàng)成果“以植物之道，還治植物之身”，建立了一種新的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，使植物抗病毒藥物的靶點(diǎn)更加精準(zhǔn)，揭開了抗煙草花葉病毒新型植保素的神秘面紗.

圖12 3-丙酮基-3-羥基羥吲哚（AHO，左）及其類似物（右）Fig.12 3-Acetonyl-3-hydroxyoxindole（AHO，left）and analogues（right）

5 結(jié)論

綜上所述，基于吲哚-2，3-二酮結(jié)構(gòu)的特殊性，其衍生物在抗病毒活性方面的研究已經(jīng)成為藥物化學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一.目前存在的問題是：吲哚-2，3-二酮衍生物結(jié)構(gòu)多樣，但是用來研究其抗病毒活性的僅占很少一部分，大部分化合物都未進(jìn)行生物活性研究；篩選的病毒類型相對(duì)集中，缺乏較為全面的研究；抗病毒活性研究還不夠深入，目前還未有進(jìn)入臨床的藥物報(bào)道.因此，在該領(lǐng)域需要從廣度和深度兩方面開展研究，其中廣度既包括吲哚-2，3-二酮衍生物的結(jié)構(gòu)，也包括篩選病毒的種類，這樣才更有可能發(fā)現(xiàn)新的藥物先導(dǎo)化合物.

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