劉從軍，劉盼萍，柯 明

(鄭州工程技術(shù)學(xué)院 化工食品學(xué)院，河南 鄭州 450044)

異斯特維醇(isosteviol)是由天然產(chǎn)物甜菊苷在酸性條件下水解得到的四環(huán)二萜類化合物，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。早期研究發(fā)現(xiàn)，該化合物具有降血壓、降血糖等藥理功效。近年來，隨著對其研究的深入，大量的異斯特維醇衍生物被設(shè)計和合成，一些新的性能也被開發(fā)，如：抗腫瘤活性、小分子催化性能、超分子自組裝性能等[1]。尤其是部分衍生物展現(xiàn)出比其自身更好的抗腫瘤功效，促使研究者更進一步設(shè)計新型異斯特維醇衍生物，以期在抗腫瘤新藥開發(fā)領(lǐng)域有更深層次的突破?；诖?，本文綜述異斯特維醇及其衍生物在抗腫瘤活性方面的最新研究進展，以期為此類化合物的抗腫瘤新藥開發(fā)研究提供參考。

圖1 異斯特維醇結(jié)構(gòu)

1 異斯特維醇抗腫瘤活性

2006年，Wong[2]首先報道了異斯特維醇通過改變活性氧的生成來抑制血管緊縮素-II誘導(dǎo)的細胞增殖，從而推論出異斯特維醇具有抗腫瘤細胞增生的能力。

2015年，Al-Dhabi[3]利用不同濃度的異斯特維醇作用于Vero和MCF7 細胞，結(jié)果顯示：異斯特維醇對兩株腫瘤細胞的抑制呈現(xiàn)出時間和劑量的依賴性，對Vero和MCF7 細胞的IC50值分別為2.18 μg/mL和2.50 μg/mL。

2016年，王小俠[4]考察異斯特維醇對骨肉瘤細胞U-2OS生長的影響，結(jié)果顯示：異斯特維醇對骨肉瘤細胞U-2OS的抑制呈現(xiàn)出時間和劑量依賴性。進一步機制研究發(fā)現(xiàn)：異斯特維醇通過促進活性氧的產(chǎn)生，降低細胞膜電位，破壞細胞膜完整性，上調(diào)Bax的表達和下調(diào)Bcl-2的表達而促進U-2OS細胞的凋亡。

2 異斯特維醇衍生物抗腫瘤活性

異斯特維醇自身的抗腫瘤活性吸引了研究者對其衍生物的進一步開發(fā)，以期獲得抗腫瘤性能更好的新型衍生物。在研究異斯特維醇抗腫瘤活性過程中，研究者通過微生物轉(zhuǎn)化、電化學(xué)法、化學(xué)合成法等對異斯特維醇的D環(huán)，19位羧基進行重點結(jié)構(gòu)修飾，獲得了大量的、結(jié)構(gòu)新穎的異斯特維醇衍生物，并評價了部分新型衍生物的抗腫瘤活性，一些作用機制也被進一步探索。

2.1 D環(huán)修飾的異斯特維醇衍生物抗腫瘤活性

2009年，Wu[5]首先以異斯特維醇為原料，重點對其D環(huán)進行結(jié)構(gòu)修飾，經(jīng)酯化、還原、羥醛縮合、康尼查羅、1,3-偶極環(huán)加成等反應(yīng)，合成出單羥基(1)、雙羥基(2)、四氫異噁唑環(huán)(3)和吡唑環(huán)(4)駢異斯特維醇衍生物(圖 2)，評價了它們對B16-F10黑色素瘤細胞的抑制活性，結(jié)果顯示這些化合物均表現(xiàn)出較好的細胞毒活性，尤其是化合物3和4對B16-F10黑色素瘤的抑制濃度IC50值分別達到15 μM/mL和19 μM/mL。并提出在異斯特維醇分子骨架上引入羥基或雜環(huán)能提高其抗腫瘤活性。

圖2 D環(huán)修飾的羥基、雜環(huán)駢異斯特維醇衍生物1-4

在上述工作的基礎(chǔ)上，2012年，Zhang等人[6]繼續(xù)在異斯特維醇D環(huán)上引入羥基，合成出新型雙羥基(5，6)、氨基醇(7，8)駢異斯特維醇衍生物(圖3)，評價了它們對EC9706，Eca109，PC-3和HCT-116四株腫瘤細胞的抑制活性，結(jié)果顯示：含有多羥基的異斯特維醇衍生物對四組癌細胞表現(xiàn)出中等的抗腫瘤效果，而含有氨基醇亞結(jié)構(gòu)單元的衍生物8表現(xiàn)出突出的抑制活性(IC50=4.01，5.02，15.31和12.25 μM/mL)，并詳細分析了羥基、氨基醇駢異斯特維醇衍生物結(jié)構(gòu)與活性間的構(gòu)效關(guān)系。

圖3 D環(huán)修飾的羥基、氨基醇駢異斯特維醇衍生物5-8

基于D環(huán)修飾的氨基醇駢異斯特維醇衍生物具有較好的抗腫瘤功效，2016年，Liu[7]對異斯特維醇D環(huán)繼續(xù)結(jié)構(gòu)修飾，合成了與化合物8結(jié)構(gòu)類似的化合物9和10，同時，對氨基醇亞結(jié)構(gòu)單元又進一步改造，將一系列硫脲結(jié)構(gòu)引入到氨基上(圖4)，評價了它們對HCT-116，HGC-27和JEKO-1三組腫瘤細胞的抑制活性，結(jié)果顯示：含有硫脲結(jié)構(gòu)片段的異斯特維醇衍生物表現(xiàn)出比前體化合物10更好的抗腫瘤效果，尤其是化合物11對HCT-116細胞的抑制活性IC50值達1.450 μM/mL。

圖4 D環(huán)修飾的氨基醇、硫脲駢異斯特維醇衍生物9-11

2013年，Zhu[8]重點將活性雜環(huán)亞結(jié)構(gòu)單元引入到異斯特維醇的D環(huán)區(qū)域，首先通過異斯特維醇酯化、Tollens反應(yīng)，氧化、開環(huán)、縮合、環(huán)合等反應(yīng)，將吡唑啉、吡唑和異噁唑環(huán)引入到異斯特維醇D環(huán)上，隨后又將不同取代的苯環(huán)(12，13)、苯基硫脲(14)亞結(jié)構(gòu)單元引入到雜環(huán)結(jié)構(gòu)上(圖5)，合成出100多個新型衍生物，測試了衍生物對四株腫瘤細胞SGC7901，A549，Raji和Hela的抑制活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些化合物對Raji細胞具有顯著的抑制效果，尤其是2,4-二氯苯基吡唑取代的異斯特維醇衍生物對Raji細胞的IC50達到1.09 μM/mL。

圖5 D環(huán)修飾的吡唑啉、吡唑和異噁唑駢異斯特維醇衍生物12-14

2014-2016年，Khaybullin[9]和Liu[10]等人分別對異斯特維醇D環(huán)羰基和羥甲基進行結(jié)構(gòu)修飾引入疊氮基；隨后，利用“Huisgen click”反應(yīng)將1,2,3-三氮唑結(jié)構(gòu)單元引入到異斯特維醇的D環(huán)區(qū)域，合成了20余個1,2,3-三氮唑駢異斯特維醇衍生物，評價了16位羰基修飾的1,2,3-三氮唑駢異斯特維醇衍生物對MDA-231，A-549，ASPC-1，PC-3，HCT-116和HeLa腫瘤細胞的抑制活性，其中化合物15(圖6)對HeLa細胞的抑制效果最好，IC50值達(29.62±1.52) μM/mL。15羥甲基修飾的1,2,3-三氮唑駢異斯特維醇衍生物抑制HCT-116和JEKO-1細胞的作用結(jié)果顯示：化合物16(圖6)對HCT-116細胞的抑制效果最好，IC50值達(2.987±0.098)μM/mL。

圖6 D環(huán)修飾的1,2,3-三氮唑駢異斯特維醇衍生物15,16

D環(huán)區(qū)域引入α，β-環(huán)外不飽和酮、酯等亞結(jié)構(gòu)單元也被證實能夠提高其抗腫瘤活性。自2011年以來，Li研究小組[11]相繼在異斯特維醇D環(huán)上引入α，β-環(huán)外不飽和酮、酯等結(jié)構(gòu)單元合成出10多個α，β-環(huán)外不飽和酮、酯駢異斯特維醇衍生物(圖7)，其中抗腫瘤活性較好的化合物18對MDA-MB-231和MGC-803細胞的抑制濃度IC50值分別為1.58和2.22 μM/mL；化合物19在對PC-3，HCT-116，MDA-MB-231，K-562，HepG-2和MGC-803腫瘤細胞的活性評價中，選擇性地抑制MGC-803細胞的生長(IC50= 11.23 μM/mL)。

圖7 D環(huán)修飾的α，β-環(huán)外不飽和酮、酯駢異斯特維醇衍生物17-19

Liu[12]發(fā)現(xiàn)在異斯特維醇D環(huán)區(qū)域引入氮氧化物結(jié)構(gòu)片段也能提高其抗腫瘤活性。該小組通過多步反應(yīng)，合成出了系列新型D環(huán)修飾的氮氧化物駢異斯特維醇衍生物，評價了其對HepG-2，B16-F10，HCT-116，Huh-7和SW6-20細胞的抑制活性，結(jié)果顯示，化合物20和21(圖8)對B16-F10細胞生長具有較好的抑制作用。從進一步的構(gòu)效關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)，化合物分子中的NO釋放量與化合物的抗腫瘤效果呈現(xiàn)正比關(guān)系，說明氮氧化物亞結(jié)構(gòu)在其抗腫瘤過程中扮演著極其重要的作用。

圖8 D環(huán)修飾的氮氧化物駢異斯特維醇衍生物20,21

D環(huán)開環(huán)也能夠提高異斯特維醇的抗腫瘤活性。2013年，Das[13]從毛茛科草本植物白頭翁(Pulsatilla nigricans)中提取得到異斯特維醇D環(huán)開環(huán)產(chǎn)物22(圖9)，其抑制HeLa細胞的IC50值為 50.8 μg/mL。進一步機制研究結(jié)果顯示，化合物22促使HeLa細胞細胞核固縮和核小體間DNA斷裂，從而導(dǎo)致癌細胞的凋亡。

圖9 D環(huán)開環(huán)的異斯特維醇衍生物22-24

2016年，劉燕[14]以異斯特維醇為原料，經(jīng)酯化、肟化、開環(huán)、氧化、選擇性還原、脫氫等反應(yīng)，合成得到10余個異斯特維醇D環(huán)開環(huán)的衍生物，并評價其對HepG2，HCT116，Huh7，SW620四株腫瘤細胞的抑制活性，結(jié)果顯示：化合物23(圖9)對四株腫瘤細胞具有較好的抑制活性，IC50值均低于10 μM/L，化合物24(圖9)選擇性抑制HCT116細胞，其IC50值達3.57 μM/L。

2.2 19位羧基修飾的異斯特維醇衍生物抗腫瘤活性

異斯特維醇19位羧基處于A，B環(huán)組成的凹型區(qū)域，同時，20位甲基和D環(huán)的空間效應(yīng)給19位羧基也帶了一定的影響，致使19位羧基表現(xiàn)出一些特殊的性能，如19位羧基反應(yīng)活性相對較低，與醇形成酯后結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定性，在強酸、強堿下均不宜水解等。這些因素導(dǎo)致早期的異斯特維醇結(jié)構(gòu)修飾主要發(fā)生在其D環(huán)區(qū)域。然而，隨著對異斯特維醇研究的深入，發(fā)現(xiàn)19位羧基的修飾在異斯特維醇生物活性中也扮演著非常重要的作用。

2013年，Ukiya[15]通過多步反應(yīng)將19位羧基還原成羥基，與取代的羧酸反應(yīng)合成了一系列19位羧基修飾的酯類化合物。對HL60，A549，AZ521和SK-BR-3腫瘤細胞研究結(jié)果顯示：化合物25(圖10)對四株腫瘤細胞抑制作用較為顯著，IC50分別為(6.6±2.1)，(5.7±1.6)，(4.2±0.6)，(25.2±0.5)μM/mL。2017年，Malki研究小組[16]利用相似的合成方法得到了系列酯類化合物，其中化合物26(圖10)對肝癌細胞的抑制活性最優(yōu)，作用機制研究發(fā)現(xiàn)，該化合物導(dǎo)致癌細胞凋亡的主要階段發(fā)生在細胞分裂的G1期。2019年，郭永泰[17]保留19位處的羰基，將羧基酰氯化后與醇反應(yīng)生成相應(yīng)的酯，評價對Colo-16和A549的細胞毒活性，結(jié)果顯示，化合物27(圖10)對Colo-16細胞的活性最好，IC50為(53.03±0.0343)μM/L。

圖10 19位羧基修飾的異斯特維醇酯衍生物25-27

2019年，Strobykina[18]重點對異斯特維醇19位羧基進行結(jié)構(gòu)修飾引入酯基，隨后進一步在酯基上引入磷/膦酸酯亞結(jié)構(gòu)單元，通過調(diào)節(jié)磷原子與19位碳間的脂肪鏈長度，相繼合成了2個系列19位羧基修飾的磷/膦酸酯駢異斯特維醇酯衍生物(圖11)?？鼓[瘤活性結(jié)果顯示：抗腫瘤效果較好的化合物28對M-HeLa，MCF-7和WI-38細胞的IC50分別為(14.2±1.1)，(37±3.1)和(37±3.2)μM/L；化合物29對M-Hela，MCF7和Chang liver細胞的IC50均為60 μM/L。

圖11 19位羧基修飾的磷/膦酸酯駢異斯特維醇酯衍生物28,29

此外，該小組[19]利用相同的方法，合成了2個系列19位羧基修飾的糖駢異斯特維醇酯衍生物(圖12)?？鼓[瘤活性結(jié)果顯示：化合物30對MCF-7，Hep G2，Panc-1，PC-3，Wi-38和Chang liver細胞具有中等的抑制能力，而化合物30和31對M-Hela細胞效果較為顯著,IC50分別為(10.0±0.7)μM/L和(13.0±1.0)μM/L，均優(yōu)于陽性對照他莫昔芬(28.0±2.5)μM/L。

圖12 19位羧基修飾的糖駢異斯特維醇酯衍生物30,31

通過對19位羧基修飾，引入雜環(huán)亞結(jié)構(gòu)單元，有利于提高異斯特維醇的抗腫瘤活性。2017年，Liu[20]通過19位羧基酰氯化、親核取代、親核加成、環(huán)合反應(yīng)合成出23個19位羧基修飾的噁二唑駢異斯特維醇衍生物，抗腫瘤活性結(jié)果顯示，化合物32(圖13)對HCT-116和JEKO-1活性較好，IC50分別為(5.00±0.6)μM/mL和(3.73±0.3) μM/mL。進一步定量構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，噁二唑環(huán)對抑制HCT-116細胞活性具有積極的正貢獻。

圖13 19位羧基修飾的雜環(huán)駢異斯特維醇酯衍生物32-34

2016～2018年，Liu[10]和Luan等人[21]分別對異斯特維醇19位羧基修飾，將炔基引入到19位羧基上，然后通過“Huisgen click”反應(yīng)分別合成出系列19位羧基修飾的1,2,3-三氮唑駢異斯特維醇衍生。腫瘤活性結(jié)果顯示：化合物33(圖13)對HCT-116細胞活性最佳，IC50=(19.310±0.818)μM/mL，而化合物34(圖13)對HCT-116，BEL-7402和HepG2細胞均具有較好的抑制活性。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，異斯特維醇具有抗腫瘤作用，尤其是利用化學(xué)合成方法，對異斯特維醇D環(huán)和19位羧基進行結(jié)構(gòu)修飾，引入羥基、氨基醇、硫脲、α，β-環(huán)外不飽和酮、磷/膦酸酯、糖基以及雜環(huán)等活性結(jié)構(gòu)單元，得到的新型異斯特維醇衍生物表現(xiàn)出更為顯著的抗腫瘤功效。此外，盡管目前合成了大量的衍生物，并進行了抗腫瘤活性試驗，但結(jié)構(gòu)修飾主要集中在異斯特維醇的D環(huán)和19位羧基處，A，B和C環(huán)區(qū)域改造涉及相對較少；抗腫瘤活性研究主要是體外細胞毒活性評價，相應(yīng)化合物的臨床試驗研究依然缺乏。因此，在豐富異斯特維醇衍生物結(jié)構(gòu)類型的基礎(chǔ)上，后期重點開展構(gòu)效關(guān)系、抗腫瘤作用機制以及臨床試驗研究，從而開發(fā)出高效低毒的異斯特維醇抗腫瘤新藥。