新型CombretastatinA-4类似物的设计合成与抗肿瘤药物活性

新型CombretastatinA-4类似物的设计、合成与抗肿瘤药物活性单媛媛1，刘红雁2，刘兆鹏1（1山东大学药学院，山东济南，250012；2招远市中医院，山东招远，265400）摘要：目的设计、合成新型CombertastatinA-4类似物，研究其抗肿瘤活性。方法采用环状化合物构象限制的策略，结合磺酰胺类结构片段的生物、化学特点，设计苯并磺酰胺类新型CombertastatinA-4类似物；以N-取代邻甲苯磺酰胺为原料，通过邻位金属化作用，与芳香醛偶合；在利用我们开发的、由三甲基硅氯/NaI/乙腈试剂诱导的新型环合反应，合成一系列构象限制的CA-4类似物；通过SRB（磺酰罗丹明B）显色法，研究所合成的化合物对正常乳腺（MCF12A）细胞、人乳腺癌MCF7与耐药乳腺癌NCI/ADR-RES细胞生长的影响。结果设计、合成了7个新型的苯并磺内酰胺类化合物，其结构经核磁共振氢谱及质谱确定；部分化合物体外细胞生长抑制活性试验表明，化合物4d对人乳腺癌MCF7具有较高的选择性，而对正常乳腺细胞没有影响。结论：新型苯并磺内酰胺类CA-4类似物对人乳腺癌细胞有抑制活性和选择性，值得进一步研究。关键词：苯并磺内酰胺，CombertastatinA-4，抗肿瘤，活性研究Design,synthesis,andantitumoractivitystudiesofnovelcombertastatinA-4analoguesShanYuan-yuan1,LiuHong-yan2,LiuZhao-peng1(1SchoolofPharmaceuticalSciences,ShandongUniversity,Ji’nan250012;ZhaoyuanChineseMedicalHospital,Zhaoyuan265400)ABSTRACT:OBJECTIVEDesignandsynthesisofaseriesofnovelcombertastatinA-4analoguesandstudytheirinhibitoryactivitiestowardstumorcellgrowth.METHODSBasedonthestructure-activityrelationshipstudiesofcombertastatinA-4derivatives,andcombiningthebiologicalcharacteristicsofbenzenesulfonamidepharmacophore,aseriesofnovelconformationallyrestrictedCA-4analoguesweredesigned.ThebenzosultamsweresynthesizedfromN-arylsubstitutedbenzenesulfonamidesviaortho-mettalation,couplingwitharylaldehedes,oxidationandcyclizationmediatedbyourTMSCl-NaI-MeCNreagentsystem.TheinhibitionofcellgrowthofsomeofthenewlysynthesizedbenzosultamswereassayedemployingMCF7cells(breastcancercells,Pgp-),NCI/ADR-REScells(breastcancercells,Pgp++),andMCF12Acells(immortalizednormalbreastcells,Pgp-).RESULRS7newCA-4analoguesweresynthesizedandcharacterizedby1H-NMRandMSstudies.Severalcompoundsexhibitedpotentinhibitoryactivitiestowardstumorcellgrowth.CONCLUSIONSThenovelCA-4analoguesshowedanunusualprofileinthatitinhibitedthegrowthoftheprototypicalbreastcancercellline(MCF7)moreeffectivelythantherepresentativenormalbreastcellline(MCF12A)andisworthyoffurtherinvestigation.KEYWORDS:Benzosultams;CombertastatinA-4;Antitumor;activitystudy近几年来，肿瘤化疗取得了相当的进步,肿瘤患者生存时间明显延长，特别是对白血病、恶性淋巴瘤等的治疗有了突破，但对危害人类生命健康最严重的、占恶性肿瘤90%以上的实体瘤的治疗未能达到满意的效果。因此，抗肿瘤药物的研究与开发仍是目前药学领域的热点与难点问题之一。从天然产物中寻找有效抗肿瘤活性成分，并通过结构修饰开发抗肿瘤药物仍是药物化学家重要的研究方法与手段。CombretastatinA-4(CA-4)是从南非的一种灌木(Combretumcaffrum)中分离得到的抗肿瘤有效活性成分，它对各种肿瘤细胞株都有较强的抑制作用，包括多药耐药细胞株，而且发现它对增生的上皮细胞有很高的选择性。但由于CA-4分子水溶性较差，在小鼠体内的抗肿瘤活性较差。药物化学家以CA-4为先导化合物进行结构修饰，合成了数百个CA-4衍生物，并且对这类化合物的构效关系进行了研究。一般认为，（1）A-环4位的甲氧基是活性必需基团，但是也可以用一些小分子的取代基如甲基，卤素等取代;3位羟基不是活性必需的，结构修饰的选择性不大；（2）三甲氧基苯环(B环)对于获得细胞毒性和抑制微管蛋白活性是必需的；（3）由于CA-4分子中烯键的存在，必然存在双键的顺反异构问题，研究发现CA-4分子乙烯双键顺式构型比反式构型有更好的细胞毒行和微管蛋白抑制活性[1]。H3COH3COOCH3OCH3OHABCombretastatinA-4(1)SNOOR1R2benzosultams磺酰胺基是一类重要的药效团。含有磺酰胺基的化合物，具有丰富多彩的生物学功能，并具有活性高、毒性低、生物利用度好等特点，在抗菌，抗病毒，利尿，抗肿瘤等诸多方面发挥着独特的作用[2]。基于磺酰胺类药物的特点和CA-4衍生物的构效关系，我们设计了新型苯并磺内酰胺类CA-4分子衍生物，以刚性的苯并磺内酰胺环代替CA-4分子中的乙烯桥，使其构象固定，限制乙烯双键的异构化，保持其必需的活性构型；同时在CA-4分子中引入了磺酰胺基药效团，探讨该类化合物生物活性，寻找新型结构的抗肿瘤药物与先导化合物。1合成方法与结果六元环苯并磺内酰胺的有效合成方法很少[3]。本研究以N-取代邻甲基苯磺酰胺为原料，利用磺酰胺基的邻位金属化作用，在无水THF中与正丁基锂作用，再与芳香醛发生加成反应，合成仲醇2a-g;仲醇2a-g经PDC氧化，生成酮3a-g;再利用我们开发的、由三甲基硅氯/NaI/乙腈试剂诱导的新型环合反应[4]，合成一系列构象限制的CA-4类似物4a-g。合成路线如下：O2SCH3NHR11)BuLi,THF,0°C2)OHCR2O2SNHR1HOR2PDCCH2Cl2O2SNHR1OR2TMSCl/NaIMeCN,refluxNO2SR1R212a-g3a-g4a-gScheme1.CA-4类似物4a-g的合成Scheme1.ThesyntheticroutestoCA-4analogues4a-g通过上述合成路线的研究，我们确立了合成六元环苯并磺内酰胺的新方法。各步的合成结果如下（表1）表1化合物的结构、收率Table1.StructuresandyiledsEntryYields(%)R1R22a-f3a-f4a-fabcdefg4-OMe3,4-(OMe)23,4,5-(OMe)34-OMe4-OMe4–OMe4-OMe3,4,5-(OMe)33,4,5-(OMe)34-N(CH3)23,4-(OMe)24-Cl4–OMe4–Me845393857088988165794872766497457387697251各中间体、目标化合物4a-g的结构均经核磁共振氢谱及质谱确定。2初步活性试验结果以鬼臼毒素、秋水仙碱为对照，采用SRB（磺酰罗丹明B）显色法，测定所合成的化合物对乳腺癌MCF7细胞、正常乳腺MCF12A细胞和耐药乳腺癌NCI/ADR细胞生长的有效半数抑制浓度，及在100µM时的细胞存活率。所有的活性数据为至少六次独立、平行实验测得数据的平均值。表2列出了三个化合物的活性试验结果。表2目标化合物抑制肿瘤生长活性数据Table2ThevitrocellgrowthinhibitoryactivityofcompoundsGI50(µM)PercentofControlGrowthat100µMTestAgentMCF7MCF12ANCI/ADRMCF7MCF12ANCI/ADRPodophyllotoxin0.0120.0220.01830±210±10Colchicine180.0140.0160.7121±219±14b4c4d1501843150141501501915062±110±428±662±2-1±466±677±32±663±63讨论从活性数据上我们可以看到，4b对三种细胞系的GI50都大于150µM，没有活性。化合物4c对乳腺癌MCF7细胞、正常乳腺MCF12A细胞和耐药乳腺癌NCI/ADR细胞也有很强的抑制活性，其对乳腺癌细胞（MCF7）的GI50与秋水仙碱相当，但对三种细胞的GI50差别不大，表明该化合物的细胞选择性较差。化合物4d对乳腺癌MCF7细胞的有效半数抑制浓度为43µM，而对正常乳腺细胞MCF12A和耐药性乳腺癌NCI/ADR细胞的有效半数抑制浓度均大于150µM，表现出较高的选择性，而鬼臼毒素、秋水仙碱则选择性较差。另外，虽然化合物4d的GI50值高于鬼臼毒素、秋水仙碱，但100µM浓度下，与鬼臼毒素相比，乳腺癌细胞（MCF7）的存活率与鬼臼毒素相当，而正常乳腺细胞MCF12A细胞存活率为鬼臼毒素的六倍，表明4d具有高的选择性和较低的毒性。因此通过对化合物4d进一步结构修饰，研究该类化合物的抗肿瘤作用机制，探讨该类化合物的购销关系，对寻找高效低毒的抗肿瘤药物具有重要的意义。另外，本研究以取代邻甲基苯磺酰胺为起始原料，利用磺酰胺基的邻位金属化作用与芳香醛的加成，经PDC氧化以及三甲基氯硅烷/NaI/乙腈试剂诱导的环合反应，开辟了合成苯并磺内酰胺类CA-4类似物的新方法。参考文献：[1]单媛媛，刘兆鹏.CombretastatinA-4类微管蛋白抑制剂的研究进展[J].中国药学杂志(Inpress）[2]ClaudiuT.Supuran,AngelaCasini.ProteaseInhibitorsoftheSulfonamideType:Anticancer,Antiinflammatory,andAntiviralAgents[J].MedicinalResearchReview.2003,23(5):535-558.[3](a)YoshioTakeuchi,*AkiraSatoh,ZhaopengLiu.YoshioTakeuchi,*AkiraSatoh,ZhaopengLiu.TheExpeditiousSynthesisof3,4-Dihydro-2H-16-benzo[e][1,2]thiazine1,1-Dioxides[J]Chem.Pharm.Bull.1999,47(12),1730–1733.(b)DeepakKumarBarange.Regioselectiveconstructionofsix-memberedfusedheterocyclicringsviaPd/C-mediatedC–C