查爾酮類化合物的抗腫瘤活性及其構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

陳建忠（聊城市人民醫(yī)院藥學(xué)部，山東聊城 252000）

查爾酮是廣泛存在于甘草、啤酒花、鐮形棘豆等植物中的一類天然化合物，其基本母核為1，3-二苯基丙烯酮或苯基苯乙烯基酮，具有多種藥理活性，并作為一種天然的有機(jī)顏料被廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)中。

在結(jié)構(gòu)方面，由于查爾酮類化合物分子具有較大的柔性，能與不同的受體結(jié)合，因而擁有廣泛的生物活性[1-2]，如抗腫瘤、抗炎、抗真菌、抗病毒、治療糖尿病等。此外，α、β烯酮結(jié)構(gòu)是軟親電試劑，并不與脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）結(jié)構(gòu)中的硬親核試劑如氨基、羥基發(fā)生反應(yīng)，從而防止了突變或癌癥的發(fā)生。de Vincenazo R等[3]和Shibata S[4]分別提出查爾酮類化合物對卵巢癌和胃癌均有明顯的抑制作用。近年來，國內(nèi)外的科學(xué)工作者對查爾酮類化合物的生物活性及其結(jié)構(gòu)修飾進(jìn)行了廣泛而深入的研究。本文重點(diǎn)對PubMed數(shù)據(jù)庫中1994－2013年查爾酮類化合物的抗腫瘤活性及其構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 查爾酮類化合物的抗腫瘤活性研究

據(jù)報(bào)道，查爾酮類化合物可通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和阻滯腫瘤細(xì)胞分裂而抑制腫瘤細(xì)胞增殖，同時(shí)使p53蛋白表達(dá)增加，細(xì)胞周期素A、B以及細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）分子的表達(dá)減少[5]。也有學(xué)者認(rèn)為，查爾酮是通過作用于雙微小體2（MDM2）影響p21蛋白轉(zhuǎn)錄而達(dá)到抗腫瘤細(xì)胞增殖的作用。此外，查爾酮類化合物還能通過抑制蛋白酶的降解來發(fā)揮其抗腫瘤作用[6]。

為了系統(tǒng)評價(jià)查爾酮類化合物的抗腫瘤活性，根據(jù)其母核上有效取代基類型的不同，可將其分為羥基化和甲基化查爾酮、鹵取代查爾酮、硼酸基取代查爾酮和含氮基團(tuán)取代查爾酮。不同取代基取代的查爾酮類化合物見表1。

1.1 羥基化和甲基化查爾酮

具有較高抗腫瘤活性的查爾酮類化合物多數(shù)都含有羥基和甲基結(jié)構(gòu)，如康普立停A-4和秋水仙堿就是最具代表性的化合物?？灯樟⑼-4是一種小分子腫瘤血管破壞藥物[7]，能明顯減少頭頸部癌、食管癌、肺癌等多種腫瘤血管的血流量，使腫瘤組織壞死，但對正常組織的血管不起作用，具有特異性和低毒性，目前我國研發(fā)的該類新藥已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)階段。秋水仙堿[8]是從百合科植物秋水仙中提取出的化合物，對乳腺癌具有較好的療效，能抑制乳腺癌細(xì)胞紡錘體的形成，并與微管蛋白二聚體結(jié)合，阻止微管蛋白轉(zhuǎn)換，使腫瘤細(xì)胞停滯于有絲分裂中期，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。Devi MA等[9]認(rèn)為，當(dāng)體內(nèi)出現(xiàn)大量的惡性淋巴細(xì)胞時(shí)，一些天然的多酚羥基查爾酮類化合物（如化合物1）通過自分泌以及旁分泌途徑促進(jìn)白細(xì)胞介素2（IL-2）生成，抑制惡性淋巴細(xì)胞的增殖。

Lawrence NJ等[10]合成出了20種羥基和甲基取代位置不同的查爾酮類化合物，其中4′-羥基-2，3′，4，6′-四甲基查爾酮1對慢性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞K562的半數(shù)抑制濃度（IC50）達(dá)30 nmol/L。Rao YK等[11]提出，2′-OH是化合物保持抗腫瘤活性必不可少的取代基團(tuán)，其中化合物2是活性最好也是研究最多的一類，其對組織細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞U937表現(xiàn)出明顯的增殖抑制作用，但其作用機(jī)制尚未見報(bào)道。Zi X等[12]從一種胡椒科類植物卡瓦根中提取出了一類含有三甲基取代A環(huán)的查爾酮類化合物Flawkawain。該化合物通過凋亡相關(guān)基因Bax蛋白依賴途徑以及線粒體依賴途徑誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞凋亡，并且對荷瘤小鼠的腫瘤組織也具有明顯的抑制作用。Boumendjel A等[13]合成出了一種羥基和甲基取代的新型查爾酮類化合物，其在5 μg/ml時(shí)能阻滯K562細(xì)胞于G2/M期，表現(xiàn)出了較好的體外抗腫瘤活性。

Yamazaki S等[14]從甘草中提取出了一種新型查爾酮類化合物異甘草素。研究發(fā)現(xiàn)，該化合物能抑制結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移，也可誘導(dǎo)乳腺癌、胃癌、肝癌、黑色素瘤等腫瘤細(xì)胞凋亡。Saxena HO等[15]證實(shí)，查爾酮類化合物能使肺癌A549細(xì)胞周期停滯于G1期或G2/M期，同時(shí)也能促進(jìn)這兩個(gè)時(shí)期的細(xì)胞凋亡；此外，該化合物還能促進(jìn)p53、p21蛋白以及細(xì)胞凋亡抑制因子（Fas/APO-1）和Fas配位體的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Hsu YL等[5]報(bào)道，異甘草素也能誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞株HepG2細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯，這與p53、p21、Fas/APO-1受體、Fas配位體、Bax蛋白和Noxa等調(diào)控因子有關(guān)，但又同時(shí)指出異甘草素的抗腫瘤作用與凋亡前體蛋白降解無關(guān)。Kanazawa M等[16]研究發(fā)現(xiàn)，異甘草素對前列腺癌細(xì)胞系DU145和LNCaP均具有明顯的細(xì)胞毒作用，可將細(xì)胞阻滯于S、G2/M期，增強(qiáng)了GADD153 mRNA和蛋白的表達(dá)，并且能呈劑量依賴性地促進(jìn)GADD153啟動子的活性。

Kahyo T等[17]合成出了2′，4′-二羥基-6′-甲氧基-3′，5′-二甲基查爾酮（化合物4）。該化合物能顯著抑制人白血病細(xì)胞K562增殖。而合成的另一類新型化合物3，2，3，4-四甲基查爾酮能促進(jìn)p21蛋白表達(dá)的增加以及p53蛋白的高度乙?；⑶易鳛橐环N新型的長效蛋白質(zhì)去乙?；福⊿irtuin type 1，SIRT1）抑制劑抑制SIRT1的脫乙?；瘉戆l(fā)揮其抗腫瘤作用。

表1 不同取代基取代的查爾酮類化合物

1.2 鹵取代查爾酮

近年來，采用鹵取代是合成查爾酮類化合物的另一個(gè)新途徑。Nakamura C等[18]第一次合成出了氟取代的查爾酮類化合物。將C-6引入氟原子得到3，4-二羥基-2′，4′-二甲氧基-6-氟查爾酮（化合物5）。該化合物的抗腫瘤活性可與經(jīng)典抗腫瘤藥長春新堿相比，且當(dāng)腹腔注射（ip）于荷瘤小鼠模型時(shí)，抑瘤率更是達(dá)到了60%以上。Nam NH等[19]驗(yàn)證了A環(huán)上鹵素、羥基、甲氧基取代都會使查爾酮的抗腫瘤活性增加，其中最有效的化合物是2-氯-2′，5′-二羥基查爾酮（化合物6），其在低濃度時(shí)的抑制率達(dá)到了60%以上。

1.3 硼酸基取代查爾酮

硼酸基取代查爾酮作為一種熒光探針用來檢測糖類化合物的存在，而Johns Hopkins醫(yī)院的專家合成出了一系列硼酸基取代查爾酮類化合物（化合物7）。經(jīng)體外試驗(yàn)表明，該類化合物能高度選擇性地、特異性地抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖。Kumar SK等[20]提出，硼酸基取代查爾酮的抗腫瘤作用與一些大分子蛋白有密切的聯(lián)系，該類化合物能分解MDM2/p53蛋白復(fù)合物，并且顯著增加p53和p21蛋白的堆積。Modzelewska A等[21]也指出，硼酸基取代的查爾酮類化合物對乳腺癌細(xì)胞具有很高的特異性，而在原有的硼酸基取代的基礎(chǔ)上加入一系列的芳香基團(tuán)（化合物8）后更能增強(qiáng)抗腫瘤療效。

Achanta G等[6]合成出了一系列雙查爾酮類化合物，其中3，5-二-（4-硼酸基-苯甲基）-1-甲基哌啶-4-酮化合物（化合物9）在MTT試驗(yàn)中作用于結(jié)腸癌細(xì)胞系SW620、HT-29，其IC50分別為1.5 μmol/L和0.6 μmol/L。在MDM2/p53蛋白復(fù)合物復(fù)合體未分解的狀態(tài)下，此類雙查爾酮類化合物可促進(jìn)p53和p21蛋白的堆積，尤其在放療的情況下可優(yōu)先殺死p53+/+細(xì)胞株。

Buolamwini JK等[22]認(rèn)為，硼酸基取代的查爾酮有兩種可能的抗腫瘤作用機(jī)制：MDM2/p53復(fù)合體的降解和蛋白酶體抑制。由此說明，硼酸基取代的查爾酮是一種具有較大潛力的抗腫瘤化合物。

1.4 含氮基團(tuán)取代查爾酮

為了改善查爾酮類化合物的理化性質(zhì)及藥動學(xué)活性，許多科學(xué)家的研究重點(diǎn)偏向于在查爾酮母核結(jié)構(gòu)中引入含氮雜環(huán)?？鼓[瘤化合物MDL27048（化合物10）是第1個(gè)合成的含氮基團(tuán)取代的查爾酮，它作用于微管蛋白，并且通過細(xì)胞周期阻滯抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。Xia Y等[23]研究發(fā)現(xiàn)，2′-含氮基團(tuán)是抗腫瘤作用的有效基團(tuán)。通過體外篩選，6′-氨基-3-甲氧基-4′，5′-亞甲基二氧查爾酮（化合物11）是其中抗腫瘤作用最強(qiáng)的化合物。文獻(xiàn)也報(bào)道了含氮的黃酮類似物對CDK1/cyclin B具有抑制作用[24]。

利用已知抗腫瘤藥Flavopiridol的細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶（CDKs）為先導(dǎo)化合物設(shè)計(jì)出的一類哌啶基團(tuán)取代的查爾酮化合物，其B環(huán)上有哌啶環(huán)取代，且N原子上連有甲基。其中，2-氯-2′，4′-二甲氧基-5-N-甲基哌啶查爾酮（化合物12）的抗腫瘤效果要明顯強(qiáng)于先導(dǎo)化合物CDKs。該化合物主要通過阻滯MCF-7細(xì)胞和HCT116細(xì)胞的G0/G1和G2/M期的正常分裂以及下調(diào)CDK4、細(xì)胞周期素B、E2F等調(diào)控因子來抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

Meng CQ等[25]發(fā)現(xiàn)了一類新型雜環(huán)芳基取代的查爾酮類化合物，該類化合物能抑制腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導(dǎo)的血管分子黏附分子1（VCAM-1）的表達(dá)，從而達(dá)到殺滅腫瘤組織的效果。

2 構(gòu)效關(guān)系研究

藥物化學(xué)家從查爾酮的基本骨架出發(fā)，在A、B環(huán)不同位置引入不同的取代基團(tuán)，逐步形成了一個(gè)查爾酮類化合物的分子庫，并且通過篩選得到了一系列具有較好抗腫瘤活性的化合物。Kelland LR[26]發(fā)現(xiàn)，A環(huán)上不同位置取代的2′，5′-二羥基查爾酮的細(xì)胞毒性有明顯的不同，當(dāng)在A環(huán)的2、4、6位置上引入鹵素、羥基、甲氧基等吸電子基團(tuán)時(shí)查爾酮的抗腫瘤活性明顯增加，最具代表性的化合物是2-氯-2′，5′-二羥基查爾酮（化合物6），該化合物在體外和體內(nèi)都有明顯的抗腫瘤活性。A環(huán)的多甲氧基結(jié)構(gòu)是一個(gè)優(yōu)良的藥效基團(tuán)，當(dāng)在3、4、5位引入三甲氧基結(jié)構(gòu)時(shí)，該化合物能顯著抑制微管蛋白聚合活性。此外，引入α甲基、芳基及2′-含氧基團(tuán)均可增強(qiáng)化合物的抗有絲分裂活性。引入Mannich基團(tuán)是增強(qiáng)查爾酮類化合物對腫瘤細(xì)胞毒活性的一類有效途徑，并且引入位置在A環(huán)時(shí)比B環(huán)抗腫瘤效果更好，如化合物7、化合物8、化合物9是一類含硼查爾酮類化合物，該類化合物對MCF-7細(xì)胞具有顯著的細(xì)胞毒性。

在B環(huán)2′，4′，6′位置上引入并表現(xiàn)出抗腫瘤活性的取代基有酚羥基、羧基、甲氧基、乙氧基、二甲氨基、二乙氨基、異丙基等，其中最典型的是抗腫瘤藥Flavopiridol[6]。Jun N等[27]合成了一系列含多元羥基取代的查爾酮類化合物，其中在骨架結(jié)構(gòu)的2′，4′，6′-位上引入三羥基的化合物蛋白酪氨酸激酶（PTK）抑制作用最明顯，而B環(huán)部分的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)對抗腫瘤活性無顯著影響。A環(huán)3，4，5-三甲氧基的查爾酮類化合物在B環(huán)引入硼酸基后明顯增強(qiáng)了對腫瘤的抑制作用，但是其抑制微管蛋白聚合活性幾乎消失?？梢?，不同基團(tuán)的相互作用也是開發(fā)查爾酮類抗腫瘤藥時(shí)應(yīng)該關(guān)注之處。

丙烯酮的結(jié)構(gòu)也會影響化合物的抗腫瘤活性，當(dāng)碳-碳雙鍵上的氫被甲氧基、氨基、氯取代時(shí)，可減弱腫瘤細(xì)胞的有絲分裂，抑制細(xì)胞增殖[28]。

反式構(gòu)型的α、β雙鍵在天然提取的以及后期合成的查爾酮類化合物中廣泛存在，且大部分都具有顯著的抗腫瘤活性。當(dāng)A環(huán)引入α甲基時(shí)，可將查爾酮類化合物鎖定在反式構(gòu)象中，使其活性增加約40倍[29]。而順式的α、β雙鍵查爾酮類化合物（以抗腫瘤新藥康普立停A-4為代表）也逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注[7]。

3 結(jié)語

如今，癌癥已成為威脅人類健康的常見病和多發(fā)病，因此研制安全、有效的抗腫瘤藥對人類的生存和發(fā)展顯得尤為重要。近十多年來，眾多學(xué)者圍繞查爾酮進(jìn)行了大量的結(jié)構(gòu)修飾工作，以期獲得高效、低毒的查爾酮類化合物。研究表明，查爾酮類化合物藥理活性廣泛、安全，且結(jié)構(gòu)簡單、制備方便，是一種良好的藥物開發(fā)先導(dǎo)物。

經(jīng)過十多年的開發(fā)，目前已有多個(gè)查爾酮類藥上市，如索法酮和美托查酮。該類化合物的抗腫瘤機(jī)制大致可分為以下幾個(gè)方面：（1）阻滯細(xì)胞周期；（2）促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡；（3）抑制腫瘤血管生成；（4）促進(jìn)抑癌基因的表達(dá)；（5）蛋白酪氨酸激酶（PTK）表達(dá)的增加，從而抑制細(xì)胞信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)；（6）誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞對IL-2的分泌等。因此，進(jìn)一步研究查爾酮類化合物的結(jié)構(gòu)、藥理活性以及毒性的關(guān)系，對開發(fā)查爾酮類抗腫瘤藥是一項(xiàng)十分重要和有價(jià)值的工作，抗腫瘤新藥的研究也將具有廣闊的前景。

[1]陳季武，胡天喜，朱大元.11種黃銅化合物清除超氧陰離子的構(gòu)效關(guān)系研究[J].中國藥學(xué)雜志，2004，37（1）：57.

[2]廖頭根，汪秋安，方偉琴，等.新型查爾酮類化合物的合成及其生物活性研究[J].有機(jī)化學(xué)，2006，26（5）：685.

[3]de Vincenazo R，F(xiàn)erlini C，Distefano M，et al.In vitro evaluation of newly developed chalcone analogues in human cancer cells[J].Cancer Chemother Pharmacol，2000，46（4）：305.

[4]Shibata S.Antitumor igenic chalcone[J].Stem Cell，1994，12（1）：44.

[5]Hsu YL，Kuo PL，Lin CC.Isoliquiritigenin induces apoptosis and cell cycle arrest through p53-dependent pathway in HepG2 cells[J].Life Sci，2005，77（3）：279.

[6]Achanta G，Modzelewska A，F(xiàn)eng L，et al.A boronicchalcone derivative exhibits potent anticancer activity through inhibition of the proteasome[J].Mol Pharmacol，2006，70（1）：426.

[7]Bruce CB.Antivascular therapy of cancer：DMXAA[J].Lancet Oncol，2003，4（3）：141.

[8]Nguyen TL，Mcgrath C，Hermone AR，et al.A common pharmacophore for a diverse set of colchicine site inhibitors using a structure-based approach[J].J Med Chem，2005，48（19）：6017.

[9]Devi MA，Das NP.In vitro effects of natural plant polyphenols on the proliferation of normal and abnormal human lymphocytes and their secretions of interleukin-2[J].Cancer Lett，1993，69（3）：191.

[10]Lawrence NJ，Rennison D，McGown AT，et al.Linked parallel synthesis and MTT bioassay screening of substituted chalcones[J].J Comb Chem，2001，3（5）：421.

[11]Rao YK，F(xiàn)ang SH，Tzeng YM.Differential effects of synthesized 2′-oxygenated chalcone derivatives：modulation of human cell cycle phase distribution[J].Bioorg Med Chem，2004，12（10）：2679.

[12]Zi X，Simoneau AR.Flavokawain A.A novel chalcone from kava extract，induces apoptosis in bladder cancer cells by involvement of bax protein-dependent and mitochondria-dependent apoptotic pathway and suppresses tumor growth in mice[J].Cancer Res，2005，65（8）：3479.

[13]Boumendjel A，Sotoing TG，Ngo BE，et al.Occurrence of the synthetic analgesic tramadol in an African medicinal plant[J].Angew Chem Int Ed Engl，2013，52（45）：11780.

[14]Yamazaki S，Morita T，Endo H，et al.Isoliquiritigenin suppresses pulmonary metastasis of mouse renal cell carcinoma[J].Cancer Lett，2002，183（1）：23.

[15]Saxena HO，F(xiàn)aridi U，Kumar JK，et al.Synthesis of chalcone derivatives on steroidal framework and their anticancer activities[J].Steroids，2007，72（13）：892.

[16]Kanazawa M，Satomi Y，Mizutani Y，et al.Isoliquiritigenin inhibits the growth of prostate cancer[J].Eur Urol，2003，43（5）：580.

[17]Kahyo T，Ichikawa S，Hatanaka T，et al.A novel chalcone polyphenol inhibits the deacetylase activity of SIRT1 and cell growth in HEK293T cells[J].J Pharmacol Sci，2008，108（3）：364.

[18]Nakamura C，Kawasaki N，Miyataka H，et al.Synthesis and biological activities of fluorinated chalcone derivatives[J].Bioorg Med Chem Lett，2002，12（3）：699.

[19]Nam NH，Kim Y，You Y，et al.Cytotoxic 2′，5′-dihydroxychalcones with unexpected antiangiogenic activity[J].Eur J Med Chem，2003，38（2）：179.

[20]Kumar SK，Hager E，Pettit C，et al.Design，synthesis，and evaluation of novel boronic-chalcone derivatives as antitumor agents[J].J Med Chem，2003，46（14）：2813.

[21]Modzelewska A，Pettit C，Achanta G，et al.Anticancer activities of novel chalcone and bis-chalcone derivative[J].Bioorg Med Chem，2006，14（10）：3491.

[22]Buolamwini JK，Addo J，Kamath S，et al.Small molecule antagonists of the MDM2 oncoprotein as anticancer agents[J].Curr Cancer Drug Targets，2006，5（1）：57.

[23]Xia Y，Yang ZY，Xia P，et al.Antitumor agents.Part 202：novel 2′-amino chalcones：design，synthesis and biological evaluation[J].Bioorg Med Chem Lett，2000，10（8）：699.

[24]Zhang SX，Ma JG，Bao YM，et al.Nitrogen-containing flavonoid analogues as CDK1/cyclin B inhibitors：synthesis，SAR analysis，and biological activity[J].Bioorg Med Chem，2008，16（15）：7127.

[25]Meng CQ，Zheng XS，Ni L，et al.Discovery of novel heteroaryl-substituted chalcones as inhibitors of TNF-α-induced VCAM-1 expression[J].Bioorg Med Chem Lett，2004，14（6）：1513.

[26]Kelland LR.Farnesyl transferase inhibitors in the treatment of breast cancer[J].Expert Opin Investig Drugs，2003，12（3）：413.

[27]Jun N，Gao H，Jun K.Synthesis and evaluation of 2′，4′，6′-trihydroxychalcones as a new class of tyrosinase inhibitors[J].Bioorg Med Chem，2007，15（6）：2396.

[28]Cabrera M，Simoens M，F(xiàn)alchi G，et al.Synthetic chalcones，flavanones，and flavones as antitumoral agents：biological evaluation and structure-activity relationships[J].Bioorg Med Chem，2007，15（10）：3356.

[29]Sikander M，Malik S，Yadav D，et al.Cytoprotective activity of a trans-chalcone against hydrogen peroxide induced toxicity in hepatocellular carcinoma（HepG2） cells[J].Asian Pac J Cancer Prev，2011，12（10）：2513.