靛红杂合体在抗肿瘤领域的应用

(黄淮学院,驻马店 463000)

1 前言

靛红(图1)，又称吲哚-2,3-二酮或吲哚满二酮，广泛存在于自然界中[1]。靛红类化合物可与各种药物变电通过形成氢键、范德华力、金属螯合、偶合作用和π-π共轭等多种非共价键作用相结合，具有包括抗肿瘤在内的多种生物活性[2-3]。靛红可供修饰的位点较多，几乎各个位点均可引入取代基，使得靛红母核已成为药物化学家竞相研究的热点骨架。研究表明，靛红类化合物可通过抑制血管内皮细胞生长因子受体2(VEGFR-2)、成纤维细胞生长因子受体1(FGFR-1)、血小板衍生生长因子受体β(PDGFR-β)、P-糖蛋白(P-gp)、人多药耐药相关蛋白1(ABCC1)、酪氨酸激酶、碳酸酐酶和微管蛋白等诱导肿瘤细胞凋亡，因此该类化合物对药敏型和耐药型肿瘤细胞都具有潜在活性[4-5]。特别值得一提的是，以舒尼替尼和尼达尼布为代表的靛红类抗肿瘤药物已广泛用于各种癌症的临床治疗。显而易见，靛红类化合物在抗肿瘤新药研发领域是不可或缺的。

众所周知，杂合体分子具有克服耐药性和提高特异性的潜力，是新型抗肿瘤药物的重要来源，故杂合体分子引起了药物化学家的极大兴趣。本文综述了自2015年以来所发展的靛红杂合体在抗肿瘤领域中的最新研究进展，与此同时，还探讨了这类化合物的作用机制和构-效关系(SAR)，以期为科学家合理设计更有效的候选药提供思路。

2 靛红-杂合体的抗肿瘤活性

通过靛红N-1位连接的靛红-1,2,3-三氮唑杂合体1(图2,IC50:9.78～25.21μmol/L)具有潜在的抗TE-1,MCF-7,SW780和MGC-803肿瘤细胞活性，且活性与对照药5-氟尿嘧啶(IC50:6.99～17.32μmol/L)相当[6]。作用机制的研究结果表明，此杂合体能通过包含线粒体介导的内在途径和死亡受体介导的外源性途径在内的多种途径诱导肿瘤细胞凋亡。进一步研究发现，双靛红-1,2,3-杂合体2(IC50:0.18～49.26μmol/L)对HepG2、HeLa、A549、DU145、SKOV3、MCF-7和耐阿霉素MCF-7/ADR肿瘤细胞的活性优于对照药依托泊苷(IC50:6.94～＞50μmol/L)，且耐药性指数为0.32，提示这类杂合体可能具有全新的作用机制，具有抗耐药肿瘤的潜力[7-8]。

C-3位连接的靛红-1,2,3-三氮唑杂合体3(IC50:6.22～9.94μmol/L)不仅具有潜在的抗HepG2,MCF-7和MDA-MB-435s肿瘤细胞活性，而且对正常HEK293细胞未显示出任何毒性(IC50:＞200μmol/L)，选择性指数＞20.1[9]。作用机制研究结果表明，此杂合体可促进活性氧(ROS)的产生，抑制肿瘤细胞迁移，诱导肿瘤细胞凋亡。对一系列烯键连接的顺式和反式靛红-1,2,3-三氮唑杂合体的体外抗肿瘤活性研究结果表明，杂合体4(IC50:3.7～17.2μmol/L)的抗A549,BT549,DU145,HeLa,MDA-MB-231和PC-3肿瘤细胞活性与对照药舒尼替尼(IC50:10.4～16.3μmol/L)相当或更优，但该杂合体对正常RWPE-1细胞也显示出一定的毒性(IC50:21.4μmol/L)，仍需进一步优化[10]。

靛红-1,2,3-三氮唑-硝基咪唑杂合体5a～d(IC50:16.06～70.71μmol/L)的抗MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞活性与对照药他莫昔芬(IC50:50和75μmol/L)相当或更优[11]。SAR显示，向靛红的C-3位引入氨基硫脲取代羰基对活性不利，但延长靛红与1,2,3-三氮唑之间的烷基碳链长度对活性有利。代表物5b(IC50:20.76和16.06μmol/L)的抗MCF-7和MDA-MB-231肿瘤细胞活性尽管是他莫昔芬的2.4和4.6倍，但该化合物对正常HEK-293细胞的毒性较高(IC50:12.11μmol/L)，仍需进一步优化。

靛红-噻唑杂合体6a(IC50:1.16～4.29μmol/L)的抗A-549,ZR-75和HT-29肿瘤细胞活性是舒尼替尼(IC50:5.87～10.14μmol/L)的1.3～7.1倍，而杂合体6b(IC50:16μmol/L)则对耐多药NCI-H69AR肺癌细胞活性具有潜在的活性，故二者可作为先导物进一步优化[12]。杂合体7(IC50:4.7nmol/L)具有极高的抗MCF-7乳腺癌细胞活性，其活性是阿霉素(IC50:1.2μmol/L)的255倍，极具进一步开发价值[13]。靛红-苯并噻唑杂合体8(IC50:34.31μmol/L)的抗MCF-7细胞活性与舒尼替尼(IC50:33.80μmol/L)相当，且作用机制研究结果表明，该杂合体可高效的抑制VEGFR-2、PDGFR-β和FGFR-1，IC50分别为160、90和350nmol/L[14]。

靛红-吡唑杂合体9(IC50:1.37～16.0μmol/L)具有潜在的抗A-549、ZR-75、HT-29和耐多药NCIH69AR肿瘤细胞活性，其(IC50:1.37～2.75μmol/L)抗A-549,ZR-75和HT-29肿瘤细胞活性是舒尼替尼(IC50:5.87～10.14μmol/L)的2.1～6.0倍[12]。杂合体10a,b(IC50:30.41和29.69μmol/L)的抗A549细胞SAR研究结果显示，向靛红的C-6位引入卤素对活性有利[15]。作用机制研究结果表明，这类杂合体能够通过线粒体途径诱导A549细胞凋亡，从而发挥抗肿瘤活性，但对细胞周期没有影响。

靛红-1,3,4-噻二唑杂合体11 (IC50:10.46～21.41μmol/L)具有潜在的抗MCF-7细胞活性，且SAR显示，R1和R2位上的取代基对活性影响不大[16]。杂合体12(IC50:1.61～25.46μmol/L)的抗HepG-2,AsPc-1和HeLa肿瘤细胞活性与吉非替尼(IC50:5.19～16.41μmol/L)相当，可作为先导物进一步优化[17]。杂合体13a,b(IC50:0.65～17.09μmol/L)对源自白血病、非小细胞肺癌、中枢神经系统癌、结肠癌、乳腺癌、肾癌、前列腺癌、卵巢癌和黑色素瘤等60株肿瘤细胞具有良好的广谱活性，值得进一步研究[18]。

图1 靛红母核、舒尼替尼和尼达尼布的化学结构

图2 靛红-唑杂合体1～13的化学结构

靛红-苯并呋喃杂合体14(图3)的体外抗肿瘤细胞SAR研究结果显示，这类杂合体的活性与靛红和苯并呋喃母核之间连接子的碳链长度及R1和R2位的取代基息息相关，且长碳链连接子、R1位为卤素和R2位为甲氧基对活性有利[19-21]。代表物14a,b(IC50:47.6～76.9μmol/L)的抗DU145,MCF-7和MCF-7/ADR肿瘤细胞活性与舒尼替尼(IC50:18.9～＞100μmol/L)相当或更优，且对正常HEK-293细胞的毒性(IC50:256和128μmol/L)低于舒尼替尼(IC50:64μmol/L)。作用机制研究结果表明，这类杂合体(IC50:0.23～1.43μmol/L)可通过抑制VEGFR-2诱导肿瘤细胞凋亡。进一步研究发现，向靛红的C-3位引入甲氧亚胺基并不会明显改善抗肿瘤活性[21]。代表物15a～e(IC50:65.4～92.0μmol/L)的抗HepG2、HeLa、A549、PC-3和MCF-7肿瘤细胞活性与伏立诺他(IC50:64.2～＞100μmol/L)相当或更优，值得进一步优化。

香豆素-查耳酮杂合体16a,b(IC50:3.59～9.91μmol/L)的抗MCF-7,MDA-MB-231和MDA-MB-468乳腺癌细胞活性优于对照药顺铂(IC50:23.65～31.02μmol/L)，可作为抗乳腺癌候选物进一步优化[22]。杂合体17(IC50:3.2～5.7μmol/L)的抗BGC-823,SGC-7901和NCI-H460肿瘤细胞活性高于姜黄素(IC50:19.5～26.2μmol/L)和黄腐酚(IC50:6.9～10.0μmol/L)，且作用机制研究结果表明，该杂合体可阻滞肿瘤细胞G2/M期，诱导肿瘤细胞凋亡[23]。在移植NCI-H460的小鼠模型中，该杂合体可抑制体内56%的肿瘤细胞生长，活性优于姜黄素(28%)。不仅如此，所测试小鼠未显示出任何严重副作用，提示其安全性良好。

靛红-喹唑啉杂合体18(IC50:1.0～＞100μmol/L)具有潜在的抗MCF-7、HepG2、HT-29和MDAMB-231肿瘤细胞活性，其中，代表物18a,b(IC50:1.0和1.8μmol/L)的抗HepG2活性优于对照药阿霉素(IC50:2.9μmol/L)[24-25]。作用机制研究结果表明，这类杂合体可激活半胱天冬酶-3，提升凋亡相关基因Bax表达，诱导HepG2细胞凋亡。杂合体19a,b(IC50:1.31～22.72μmol/L)的抗SW480、A549、A431和NCI-H1975肿瘤细胞活性与对照药拉帕替尼(IC50:4.80～14.90μmol/L)相当，值得进一步研究[26]。杂合体20(IC50:0.35和1.38μmol/L)的抗MCF-7和MDAMBA-231肿瘤细胞活性与对照药吉非替尼(IC50:0.9和1.30μmol/L)相当[27]。作用机制研究结果表明，该杂合体可抑制微管蛋白聚合和EGFR，故可作为双重抑制剂进行研究。

靛红-甾体杂合体21(图4,IC50:5.97～16.22μmol/L)对所测的HepG2、Huh-7、A875和耐5-氟尿嘧啶BEL-7402/5-FU肿瘤细胞均显示出良好的活性，而对照药5-氟尿嘧啶(IC50:＞100μmol/L)则未显示出任何活性[28]。含有过氧桥的杂合体22(IC50:5.69～20.42μmol/L)具有潜在的抗HepG2、HT-29、MCF-7和HeLa肿瘤细胞活性，且其(IC50:5.69～9.05μmol/L)抗HepG2,MCF-7和HeLa肿瘤细胞活性与顺铂(IC50:3.04～6.56μmol/L)相当[29]。作用机制研究结果表明，该杂合体可以阻滞HepG2细胞G1期，诱导肿瘤细胞凋亡。杂合体23(IC50:1.25～7.39μmol/L)不仅对MCF-7,B16-F10,OVCAR 3,MDA-MB-231,PANC1和A549肿瘤细胞具有潜在的活性，而且对正常CHO和NIH 3T3细胞无毒性(IC50:＞200μmol/L)[30]。作用机制研究结果表明，该杂合体可促使ROS产生，进而诱导肿瘤细胞凋亡。

图3 靛红-苯并呋喃/查耳酮/喹唑啉杂合体14～20的化学结构

图4 靛红-甾体/喹诺酮/二茂铁/脲杂合体21～26的化学结构

对一系列靛红-1,2,3-三氮唑-环丙沙星/加替沙星/莫西沙星的体外抗A549、HepG2、MCF-7、PC-3、SW620、SF-268、MGC-803和PANC-1肿瘤细胞活性研究结果表明，喹诺酮母核对活性有显著影响，且加替沙星优于环丙沙星和莫西沙星[31,32]。其中，杂合体24a,b(IC50:41.1～98.3μmol/L)对所测肿瘤细胞的活性优于对照药伏立诺他(IC50:64.32～＞100μmol/L)，可作为先导物进一步优化。

靛红-1,2,3-三氮唑-二茂铁杂合体25(IC50:14.62和79.63μmol/L)的抗MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌细胞活性与对照药他莫昔芬(IC50:50和75μmol/L)相当，可作为抗乳腺癌候选物进一步研究[33]。研究发现，靛红-氨基硫脲杂合体26(IC50:1.51～6.73μmol/L)的抗HeLa和COS-7肿瘤细胞活性与对照药阿霉素(IC50:2.05和3.04μmol/L)处于同一水平[34-35]。在接种埃希利腹水癌的小鼠模型中，代表物26a(肿瘤体积减小7.33mL，小鼠寿命延长189.6%)可显著地减小肿瘤体积和延长小鼠寿命，但活性略弱于对照药5-氟尿嘧啶(肿瘤体积减小8.25mL,小鼠寿命延长237.9%)。

靛红-鬼臼毒素杂合体27(图5,IC50:19～241nmol/L)具有极为优秀的抗K562和耐阿霉素K562/ADR肿瘤细胞活性，其活性是对照药依托泊苷(IC50:413和2025nmol/L)和阿霉素(IC50:220和18779nmol/L)的2.6～276.1倍[36]。其中，代表物27a(IC50:19和67nmol/L)的活性与鬼臼毒素(IC50:6和85nmol/L)相当，且其可以通过阻滞G2/M期发挥抗K562/ADR细胞活性。显然，该杂合体具有抗耐药肿瘤的潜力。

靛红-酞嗪杂合体28a～c(IC50:5.31～13.25μmol/L)的抗HT-29,ZR-75和A549肿瘤细胞活性与舒尼替尼(IC50:5.87～10.14μmol/L)相当，且杂合体28b(IC50:9.5μmol/L)也具有潜在的抗耐多药NCI-H69AR肺癌细胞活性[37]。作用机制研究结果表明，该杂合体可阻滞肿瘤细胞的G1期，诱导肿瘤细胞凋亡。靛红-泊马度胺杂合体29(IC50:2.50～21.33μmol/L)的抗骨髓癌细胞U266B1和RPMI 8226活性与泊马度胺(IC50:7.49和15.54μmol/L)相当或更优，其中，化合物29a(IC50:2.50和6.70μmol/L)的活性是泊马度胺的2倍以上，可作为先导物进一步优化[38]。靛红-β-D-葡萄糖杂合体30(IC50:2.75～18.41μmol/L)具有潜在的抗LU-1、HepG2、MCF-7、P338、SW480和KB肿瘤细胞活性，但活性弱于对照药玫瑰树碱(IC50:0.52～1.27μmol/L)，仍需进一步结构优化[39]。

图5 靛红杂合体27～30的化学结构

3 结束语

本文综述了近年以来所发展的靛红杂合体在抗肿瘤领域的最新研究进展，探讨了作用机制和SAR，发现靛红类杂合体可作用于肿瘤细胞的多个作用靶点，对包括耐药肿瘤细胞在内的众多肿瘤细胞具有良好的活性。因此，靛红杂合体极具进一步研究价值。

图6 靛红杂合体抗肿瘤细胞的SAR

SAR(图6)显示，靛红的N-1位和C-3位尤其是C-3位最适合引入其它抗肿瘤药效团。事实上，目前所发展的绝大多数具有优秀抗肿瘤活性的靛红杂合体均是对N-1位或C-3位进行修饰的结果。除此之外，靛红的C-5位取代基的电子效应对此类化合物的抗肿瘤活性也有显著影响，值得关注。