劉 巖，饒國武（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

查爾酮衍生物抗腫瘤作用機制及其構(gòu)效關(guān)系研究進展

劉 巖，饒國武*
（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

查爾酮化合物由于結(jié)構(gòu)簡單、易于合成且具有抗腫瘤活性而得到廣泛研究。本文歸納總結(jié)了查爾酮化合物的抗腫瘤機制及其構(gòu)效關(guān)系，為其結(jié)構(gòu)修飾提供了理論基礎(chǔ)。

查爾酮；抗腫瘤；作用機制；構(gòu)效關(guān)系

0 前言

癌癥已經(jīng)成為威脅人類生命健康的常見病、多發(fā)病。隨著分子腫瘤學(xué)，分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，以及納米技術(shù)在藥物中的不斷應(yīng)用，高效低毒的分子靶向抗腫瘤藥物成為藥物學(xué)家研究的熱點。查爾酮作為黃酮化合物的重要前體，已經(jīng)報道其具有非常廣泛的生理活性，特別是在抗腫瘤方面已經(jīng)取得了初步進展。本文主要對查爾酮的抗腫瘤機制及其構(gòu)效關(guān)系進行了總結(jié)。

Figure1 查爾酮骨架

1 查爾酮的抗腫瘤作用機制

1.1 抗血管生成

血管生成在腫瘤細胞的生長和代謝中起著非常關(guān)鍵的作用，新血管可以為腫瘤細胞和組織的生長提供充足的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，因此，以VEGF/VEGFR作為靶點的抗腫瘤藥物成為臨床試驗中癌癥治療的一個關(guān)鍵策略。

王治愈等[1]從甘草根中提取出了異甘草素（化合物1，F(xiàn)igure 2），體外毛細管形成試驗證明化合物1可以抑制血管內(nèi)表皮生長因子誘導(dǎo)的細胞增殖。并通過雞主動脈環(huán)模型進一步證實了其抗血管生成活性。同時研究了其抑制機理。結(jié)果表明，化合物1可以通過促進缺氧誘導(dǎo)因子蛋白酶體的降解和抑制VEGFR-2信號通路來抑制血管內(nèi)表皮生長因子的表達，以此抑制腫瘤細胞的生長。

L.Varinska， S.Emami等[2]使用苯乙酮或環(huán)酮與取代苯甲醛，在氫氧化鈉或哌啶的催化下合成了一系列查爾酮或環(huán)狀的查爾酮類似物（Scheme 1）。通過血管生成模型測試了化合物2（Figure 2）的抗血管生成活性，展現(xiàn)了顯著的抑制活性。機理研究證明化合物2通過抑制b-FGF和VEGF誘導(dǎo)的AKT和ERK的磷酸化來抑制血管生成。

Ku等[3]研究了查爾酮衍生物4’-乙酰氨基-4-羥基查爾酮（化合物3，F(xiàn)igure 2）的抗腫瘤活性及機理。通過體外的人臍靜脈內(nèi)皮細胞測試了其抗血管生成活性。發(fā)現(xiàn)化合物3可以顯著抑制VEGF誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞的遷移和入侵。

Figure 2 查爾酮化合物的結(jié)構(gòu)

Scheme 1

1.2 抑制細胞周期

細胞的生長分裂必須經(jīng)過完整的細胞周期，細胞周期的運行受控于精密的細胞周期調(diào)控機制，其中細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）是調(diào)控系統(tǒng)的核心蛋白酶，還包括CDC25B，aurora等激酶。細胞癌變過程中，通常伴隨著CDK活性失去控制，細胞周期會處于失控狀態(tài)。由于微管蛋白參與有絲分裂過程紡錘體的形成，故可以通過抑制微管蛋白來抑制細胞的有絲分裂過程，從而產(chǎn)生抗腫瘤活性。

胡永洲等[4]以夫拉平度（Flavopiridol，F(xiàn)igure 2）為先導(dǎo)化合物，設(shè)計合成了化合物4（Figure 2），以間苯三酚為起始原料，通過傅克?；?，烷基化合成取代苯乙酮，再與取代苯甲醛縮合生成目標化合物（Scheme 2）。體外CDK/Cyclic B抑制活性試驗表明，多數(shù)衍生物對CDK/Cyclic B具有強效的抑制活性。李艷玲等[5]合成了一系列類黃酮類化合物（化合物5，F(xiàn)igure 2），體外 HCT116抑制 IC50均在 2～5 μmol/L。 當 R=p-Cl，p-OCH3，p-Br時，體外CDK1抑制活性均高于參照藥物夫拉平度。

Scheme 2

Yuan等[6]研究了甘草查爾酮（化合物6，F(xiàn)igure 2）的抗腫瘤作用機理。體外和體內(nèi)的抗惡性膀胱癌細胞株試驗表明化合物6可以明顯抑制細胞株增殖，使細胞株細胞分裂期的S期停滯，減少cyclinA和CDK1、CDK2，CDC25A/B蛋白的表達。

Aurora激酶是絲氨酸/蘇氨酸激酶家族的新成員，在很多腫瘤細胞中過表達，在細胞周期的控制中起著重要作用。Shin等[7]合成了一系列苯并吡喃查爾酮衍生物 （Scheme 3），體外HCT116結(jié)直腸癌細胞株存活實驗表明化合物7（Figure 2）的IC50可達到93.1 nmol/L。體外的結(jié)合試驗發(fā)現(xiàn)此化合物可以抑制Aurora激酶。

Scheme 3

文獻報道[8-10]，吲哚衍生查爾酮化合物8（R=H）可以選擇性抑制膀胱癌細胞的增殖，分子對接結(jié)果表明，化合物8在秋水仙堿結(jié)合部位與微管蛋白有較強相互作用。體外抑制腫瘤細胞增殖試驗表明化合物9（R=OCH3）可以通過使細胞周期的S期停滯來抑制細胞增殖。

Scheme 4

1.3 阻礙信號通路

細胞生長不僅與細胞周期的相關(guān)激酶的控制有關(guān)，而且還受到細胞內(nèi)外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的調(diào)控。生長因子等胞外信號與受體結(jié)合產(chǎn)生的刺激通過信號通路傳遞到細胞內(nèi)，從而調(diào)控細胞的增殖、分化等進程。其中，最重要的三條通路為：由磷酯酰肌醇3-激酶（PI3K）和其下游的蛋白激酶B（PKB/Akt）、雷帕霉素靶體蛋白（mTOR）組成的PI3K-AKT-mTOR通路；絲蘇氨酸蛋白激酶Ras和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）三級級聯(lián)激酶組成的Ras-MAPK通路；以及下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子STAT家族。

Sun等[11]報道了甲氧基查爾酮衍生物（化合物10，F(xiàn)igure 2）可以阻礙蛋白質(zhì)的合成，抑制mTOR信號傳導(dǎo)通路。該化合物對mTOR通路的抑制主要歸因于線粒體應(yīng)激下調(diào)蛋白質(zhì)存活水平。

BRAF蛋白是RAS/MAPK信號通路的一部分，其調(diào)控著細胞的增殖和分化。突變型BRAF基因允許BRAF單獨上調(diào)下游信號，通過MEK和ERK使下游信號高度活化，反過來導(dǎo)致細胞的過度增殖和存活。Li等設(shè)計并合成了一系列的（E）-α-苯磺?；闋柾苌?（合成路線見Scheme5）?；衔?11（Figure1）顯示了有潛力的抑制活性，對B-RAFV600E的IC50值達到0.17μmol/L。

Scheme 5

JAK/STAT信號級聯(lián)介導(dǎo)許多重要的細胞功能，如細胞增殖，凋亡和免疫應(yīng)答等。這條通路的突然激活會導(dǎo)致惡性腫瘤的轉(zhuǎn)化和異常生長。通過減少此通道的異常磷酸化可以抑制腫瘤細胞的生長[12-13]。 Pinz等[14]報道了 α-溴-2，3’，4，4’-三甲氧基查爾酮（化合物12，F(xiàn)igure 2）可以通過抑制JAK2和STAT5的磷酸化來抑制JAK/STAT信號通路。染色質(zhì)免疫沉淀反應(yīng)試驗證明該化合物可以減少RNA聚合酶Ⅱ與STAT5靶向基因的結(jié)合。

1.4 其他作用機制

查爾酮及其衍生物除上述抗腫瘤作用機制外，還具有廣泛的細胞毒性[15-16]，誘導(dǎo)細胞凋亡[17-18]，抗多藥耐藥性[19]等作用機制。

2 構(gòu)效關(guān)系研究

由于查爾酮結(jié)構(gòu)具有廣泛的藥理活性，故化學(xué)家在保持查爾酮基本骨架的同時，對丙烯酮連接的兩個苯環(huán)進行結(jié)構(gòu)修飾。并通過體外或體內(nèi)的活性篩選得到了許多具有較好抗腫瘤活性的化合物。以夫拉平度作為先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)改造時發(fā)現(xiàn)，哌啶環(huán)被一個連有亞甲基的胺基環(huán)代替后同樣得到較好的CDK抑制活性，且B環(huán)的對位引入鹵素、甲氧基等基團時，化合物同樣具有較好的抑制活性。

吲哚是一個優(yōu)良的藥效基團，將查爾酮的B環(huán)替換為吲哚環(huán)后發(fā)現(xiàn)該化合物可以顯著抑制微管蛋白聚合，2，4位的甲氧基同樣具有重要作用，6位的甲氧基不是必需基團。當在A環(huán)引入多甲氧基基團結(jié)構(gòu)，化合物在JAK/STAT通路中有著顯著的抑制作用。此外，對丙烯酮結(jié)構(gòu)的修飾同樣可以影響化合物的抗腫瘤活性。當將亞砜基接入碳碳雙鍵，發(fā)現(xiàn)該化合物對BRAF細胞具有明顯的抑制作用；當雙鍵氫被甲氧基或氨基取代時，化合物可以明顯減弱細胞的有絲分裂，抑制細胞的增殖。

3 總結(jié)

隨著分子生物學(xué)和腫瘤科學(xué)的不斷發(fā)展，腫瘤發(fā)生的作用機制逐漸被揭開，促進了分子靶向藥物的發(fā)展。查爾酮及其衍生物由于結(jié)構(gòu)簡單，合成難度較小，且具有廣泛的抗腫瘤活性及其多種抗腫瘤機制，成為抗腫瘤藥物研發(fā)過程中的重要研究方向。本綜述對查爾酮的作用機制及構(gòu)效關(guān)系做了簡要介紹，為以后查爾酮的結(jié)構(gòu)修飾和改造提供理論依據(jù)。

[1] Bertl E，Becker H，Eicher T，et al.Inhibition of endothelial cell functions by novel potential cancer chemopreventive agents[J].Biochemical and biophysical research communications， 2004，325（1）：287-295.

[2] Varinska L，Van Wijhe M，Belleri M，et al.Anti-angio-genic activity of the flavonoid precursor 4-hydroxychalcone[J].European journal of pharmacology， 2012， 691 （1）：125-133.

[3]Ku B M，Ryu H W，Lee Y K，et al.4′-Acetoamido-4-hydroxychalcone， a chalcone derivative， inhibits glioma growth and invasion through regulation of the tropomyosin 1 gene[J].Biochemical and biophysical research communications， 2010， 402（3）：525-530.

[4] 杜立林.含氮查爾酮衍生物CDK1抑制劑的設(shè)計、合成及構(gòu)效關(guān)系研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[5] 李艷玲，方浩，徐文芳 類黃酮細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑的合成與抗癌活性研究[J].包頭醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2011， 27（4） ：12-14.

[6]Yuan X， Li T， Xiao E， et al.Licochalcone B inhibits growth of bladder cancer cells by arresting cell cycle progression and inducing apoptosis[J].Food and Chemical Toxicology， 2014， 65：242-251.

[7]Shin S Y，Yoon H，Ahn S，et al.Chromenylchalcones showing cytotoxicity on human colon cancer cell lines and in silico docking with aurora kinases[J].Bioorganic&medicinal chemistry， 2013， 21（14）：4250-4258.

[8] Boumendjel A，McLeer-Florin A，Champelovier P，et al.A novel chalcone derivative which acts as a microtubule depolymerising agent and an inhibitor of P-gp and BCRP in in-vitro and in-vivo glioblastoma models[J].BMC cancer， 2009， 9（1）：242.

[9] Martel-Frachet V，Areguian J，Blanc M，et al.Investigation of a new 1，3-diarylpropenone as a potential antimitotic agent targeting bladder carcinoma[J].Anti-cancer drugs， 2009， 20（6）：469-476.

[10]Martel-Frachet V，Keramidas M，Nurisso A，et al.IPP51，a chalcone acting as a microtubule inhibitor with in vivo antitumor activity against bladder carcinoma[J].Oncotarget， 2015， 6（16）：14669-14686.

[11]Sun Y W，Huang W J，Hsiao C J，et al.Methoxychalcone induces cell-cycle arrest and apoptosis in human hormone-resistant prostate cancer cells through PI 3-kinaseindependent inhibition of mTOR pathways[J].The Prostate，2010， 70（12）：1295-1306.

[12]Harrison D A.The jak/stat pathway[J].Cold Spring Harbor perspectives in biology， 2012， 4（3）：a011205.

[13]Zhang Q，Raje V，Yakovlev V A，et al.Mitochondrial localized Stat3 promotes breast cancer growth via phosphorylation of serine 727[J].Journal of Biological Chemistry，2013， 288（43）：31280-31288.

[14]Pinz S， Unser S， Brueggemann S， et al.The synthetic αbromo-2′， 3， 4， 4′-tetramethoxychalcone （α-Br-TMC）inhibits the JAK/STAT signaling pathway[J].PloS one，2014， 9（3）：e90275.

[15]Kamal A，Ramakrishna G，Raju P，et al.Synthesis and anti-cancer activity of chalcone linked imidazolones[J].Bioorganic&medicinal chemistry letters， 2010， 20（16）：4865-4869.

[16]Miranda C L，Stevens J F，Helmrich A，et al.Antiproliferative and cytotoxic effects of prenylated flavonoids from hops （Humulus lupulus） in human cancer cell lines[J].Food and Chemical Toxicology， 1999， 37（4）：271-285.

[17]Fang X，Yang B，Cheng Z，et al.Synthesis and antitumor activity of novel nitrogen mustard-linked chalcones[J].Archiv der Pharmazie， 2013， 346（4）：292-299.

[18]Shenvi S， Kumar K，Hatti K S，et al.Synthesis， anticancer and antioxidant activities of 2， 4， 5-trimethoxy chalcones and analogues from asaronaldehyde：Structureactivity relationship[J].European journalofmedicinal chemistry， 2013， 62：435-442.

[19]Winter E， Gozzi G J， Chiaradia-Delatorre L D，et al.Quinoxaline-substituted chalcones as new inhibitors of breast cancer resistance protein ABCG2：polyspecificity at B-ring position[J].Drug design，development and therapy，2014， 8：609.

Advances in Anti-tumor Mechanism and Structure-activity Relationship of Chalcone Derivatives

LIU Yan，RAO Guo-wu*
（College of Pharmaceutical Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014， China）

Chalcone compounds are extensively studied due to their simplicity， ease of synthesis and extensive antitumor activity.This thesis summarized the anti-tumor mechanism and structure-activity relationship of chalcone compounds，and provided the theoretical basis for the subsequent structural modification.

chalcone；antitumor；mechanism；structure-activity relationship

1006-4184（2017）11-0015-05

2017-04-09

劉巖（1990-），男，山東泰安人，碩士研究生在讀，主要從事藥物分子設(shè)計與合成研究。*

饒國武，E-mail： rgw@zjut.edu.cn。