許 悅 (山東省武城縣人民醫(yī)院ICU，山東 德州 253300)

微管是由α-微管蛋白和β-微管蛋白的異二聚體形成的蛋白質類多聚物，具有中空管狀結構，在維持細胞形態(tài)、細胞分裂及物質運輸?shù)鹊倪^程中起重要作用。微管的破壞可誘導細胞周期阻滯在G2/M 期，并形成不正常的有絲分裂紡錘體，這也使其成為抗腫瘤藥的重要靶點之一。近年來，一些新型微管蛋白聚合抑制劑的合成和發(fā)現(xiàn)越來越引起人們的關注。本綜述根據(jù)化合物臨床研究階段及其結構的不同，總結了已進入臨床應用的15 種靶向抑制微管聚合藥物，以及新合成的查爾酮類、二鬼臼毒素類衍生物和其他雜環(huán)取代的29 種化合物的抗腫瘤活性，現(xiàn)綜述如下。

1 微管蛋白聚合靶向藥物的作用機制

微管靶向藥物通過破壞微管聚合功能，將誘導細胞周期阻滯于G2/M 期，產(chǎn)生非正常有絲分裂的紡錘體來發(fā)揮其對細胞增殖的影響。微管靶向藥物通常也被稱為抗有絲分裂藥，通常根據(jù)該類藥物的對微管蛋白的穩(wěn)定性和動力學參數(shù)來劃分［1］。秋水仙堿位點和長春新堿位點是該類藥物常見的藥物結合位點。雖然結合位點不同，但二者的作用機制相近，均能可逆性地與微管蛋白結合形成復合物，阻礙了其他微管蛋白的聚合從而抑制微管的形成，同時微管聚合抑制劑還能通過誘導微管的解聚抑制紡錘體的形成，將細胞阻滯在M 期，并最終誘導細胞凋亡［2］。

2 臨床應用的靶向微管蛋白聚合抑制劑

目前已有多種化合物已進入了臨床研究階段，其中秋水仙素是首個進入臨床研究的靶向微管蛋白聚合抑制劑。秋水仙素是從百合科植物秋水仙的種子和鱗莖中提取出的一種卓酚酮類生物堿，能夠與微管蛋白上的秋水仙堿位點結合，使α 與β 微管蛋白變形，阻斷微管蛋白的組裝，繼而形成了非正常狀態(tài)的紡錘體，最終阻滯細胞有絲分裂。體內外藥效學實驗發(fā)現(xiàn)，秋水仙堿對乳腺癌、白血病、皮膚癌療效顯著［3］，但因在臨床研究中毒性太大而較少用于腫瘤的治療。

為降低毒性、提高其臨床應用可能性，阿斯利康公司研發(fā)的N-乙酰基取代的秋水仙醇的磷酸酯類前藥ZD6126 對實體瘤具有明顯的抑制作用。研究其作用機制發(fā)現(xiàn)，該化合物可靶向作用于血管內皮細胞內的微管蛋白，阻礙微管蛋白聚合，破壞內皮細胞骨架結構而造成腫瘤血管系統(tǒng)選擇性閉塞和大規(guī)模的損傷壞死［4］。雖然數(shù)據(jù)顯示ZD6126 在人體內安全性比較好，但因約有11%的患者出現(xiàn)了心臟的不良反應，該藥的II期臨床試驗已被終止，然而與其他藥物的聯(lián)合用藥卻在繼續(xù)研究中［5］。

OXiGENE 公司近期研發(fā)了一種新型卵巢癌治療藥物fosbretabulin，現(xiàn)已進入Ⅱ期臨床試驗階段。該藥物屬于考布他汀A-4 (CA4)的磷酸鹽前體，在體外具有很強的細胞毒活性，對多種腫瘤細胞的半數(shù)抑制濃度(IC50)達到了納摩爾級，尤其對白血病及非小細胞肺癌細胞系的抑制作用明顯。

2-甲氧基雌二醇(2ME)是β-雌二醇的生理代謝產(chǎn)物。體外研究結果發(fā)現(xiàn)，2-ME 在1 ～3 μM 濃度下能夠阻止微管裝配和抑制紡錘絲的形成，從而使細胞周期停滯于M 期，且生理活性優(yōu)于β-雌二醇。與傳統(tǒng)抗腫瘤藥物不同，2-ME 具有較好的口服生物利用度，對微管聚合的抑制作用是通過降低其聚合速率來實現(xiàn)的，2ME 的存在會改變微管的結構，說明2ME 與微管蛋白的結合是在其已經(jīng)聚合形成微管之后，而不是先與微管蛋白形成復合物之后影響微管的聚合［6］。此外，現(xiàn)已有十余種藥物作為靶向微管蛋白聚合抑制劑用于腫瘤的臨床治療，其藥物名稱、微管蛋白作用位點、臨床應用及所處的研究階段如表1 所示。

3 新型靶向微管蛋白聚合抑制劑

3.1 查爾酮衍生物

3.1.1 考布他汀A-4 衍生物:考布他汀A-4 (CA-4)首次從風車子屬南非柳樹Combretum caffrum樹根中分離得到的一類天然化合物，與秋水仙堿結構同樣具有順式乙烯橋連接的兩個苯環(huán)的基本母核結構，可與秋水仙堿競爭微管蛋白上的結合位點，將腫瘤細胞周期阻滯在G2/M 期，阻斷了細胞的有絲分裂，并最終通過誘導細胞凋亡來發(fā)揮其細胞毒性作用。但是CA-4具有水溶性差、反式構型沒有活性等限制。

近年來，人們針對CA-4 的衍生物設計做了大量的研究。為了增加CA-4 的水溶性，Pouria 等［18］在乙烯橋連接處引入了極性基團氰基，合成了一系列的氰基取代的CA-4 衍生物。其中化合物17 是E-構型化合物中唯一具有微管蛋白聚合抑制活性的化合物，與CA-4 相似，抑制腫瘤細胞增殖，其IC50值為42 μM。由于A 環(huán)3 個甲氧基是最佳取代方式，3 個甲氧基能保持足夠的構象靈活性，從而與微管蛋白更好地結合。因此現(xiàn)在的很多工作圍繞著對B 環(huán)的改造。利用Perkin 催化反應對B 環(huán)進行改造，合成了氰基取代的CA-4 衍生物18、19、20 和21，對四種化合物的體外抗腫瘤實驗發(fā)現(xiàn)，Z 構型的CA-4 衍生物對人大細胞肺癌細胞NCI-H460 及人結直腸腺癌細胞HCT-15 均表現(xiàn)出了明顯的抗增殖活性，是E 構型細胞毒活性的1000 倍以上，同時口服生物利用度可達到40%以上。

為提高化合物的抗腫瘤活性，Kumar 等［19］嘗試對CA-4 的A 環(huán)進行改造。利用高通量篩選技術發(fā)現(xiàn)當引入吲哚環(huán)時，衍生物對7 種腫瘤細胞均具有明顯的細胞毒活性，利用ELISA 檢測發(fā)現(xiàn)化合物22 的微管蛋白聚合抑制活性最強，當濃度為30uM 時，該化合物對微管蛋白聚合抑制達100%。

前期研究發(fā)現(xiàn)，在結構內引入硅原子(Si)能夠顯著增加化合物的穩(wěn)定性和生物活性［20］。在此基礎上，Nakamura 等［21］通過改變CA-4 結構中A 環(huán)、B 環(huán)以及Si 原子上的取代基，得到能夠顯著抑制乳腺癌細胞系MCF-7 的化合物，其中化合物23和24 對微管蛋白裝配的抑制率分別為66%和87%。構效關系研究發(fā)現(xiàn)，Si 原子取代CA-4 的碳-碳雙鍵(C =C)是新型微管蛋白聚合抑制劑的重要藥效基團。

3.1.2 鹵代查爾酮類化合物:近年來，采用鹵素取代查爾酮類衍生物合成是新型靶向微管蛋白聚合抑制劑另一個研究方向。Nam NH 等［22］驗證了查爾酮母核結構中A 環(huán)上鹵素、羥基、甲氧基取代都會使查爾酮抗腫瘤活性增加，其中最有效的化合物是2-氯-2'，5'-二羥基查爾酮，其在低濃度時對腫瘤細胞的抑制率達到了60%以上。Dyrager C 等［23］采用醇醛縮合反應將二鹵代乙酰苯和乙醛取代物在堿性環(huán)境中生成了十余種二鹵代查爾酮類衍生物，均具有較強的體外抗腫瘤活性，其中化合物26、27是陽性對照藥物長春新堿抑制微管蛋白聚合活性的3 倍以上。

3.1.3 其他取代基團的新型查爾酮衍生物:Vitorovic-Todorovi等［24］為提高抗腫瘤生物活性及生物利用度，對查爾酮母核的B 環(huán)進行改造，合成出了一些新型查爾酮衍生物。其中利用查爾酮母核的B 環(huán)與α、β-不飽和羰基化合物反應生成了幾十余個新型芳?；┧崛〈牟闋柾惢衔?，經(jīng)過體外抗微管蛋白聚合活性評價發(fā)現(xiàn)，有14 種查爾酮衍生物表現(xiàn)出明顯的抗微管蛋白聚合活性，其中抑制作用最強的是化合物28，查爾酮A 環(huán)未經(jīng)取代，其IC50值為2.9 μM，且呈現(xiàn)劑量依賴性。

Salum 等［25］認為與秋水仙堿結合位點配體結構相似的化合物對微管蛋白聚合抑制作用明顯。利用取代苯乙酮與乙醛通過羥醛縮合反應生成B 環(huán)結構各不相同的17 個查爾酮衍生物。構效關系研究發(fā)現(xiàn)，B 環(huán)被4-N(CH3)2-C6H4取代的化合物29 與秋水仙堿的抑制活性相當(IC50值為2.8 μM)。

3.2 新型鬼臼毒素類衍生物

鬼臼毒素是從植物盾葉鬼臼中分離得到，可逆地與微管蛋白的秋水仙堿結合位點相結合，擾亂微管的動態(tài)平衡和細胞的有絲分裂，從而發(fā)揮抗腫瘤作用。但該藥在人體水溶性差且有嚴重的不良反應，不宜直接應用于臨床，所以國內外許多研究者對其母核進行改造和結構修飾，得到了新型鬼臼毒素類衍生物，如依托泊苷(VP-16)、鬼臼噻吩苷(VM-26)。Castro 等［26］去掉鬼臼毒素的亞甲二氧基或改變環(huán)木酚素骨架的A 環(huán)的功能團后得到19 個鬼臼類似物，發(fā)現(xiàn)化合物33、34 對小鼠淋巴細胞性白血病細胞P-388、人肺癌細胞A549、人結腸癌細胞HT-29、黑素瘤細胞MEL-28 均具有明顯的細胞毒作用，IC50值均達到微摩爾級。Alam 等［27］運用了三維構效關系及分子對接方法對新合成的154 種鬼臼類似物與微管蛋白的相互作用機制進行了較為深入的研究，其中有48 種化合物對小鼠淋巴細胞性白血病細胞P-388 細胞的抑制活性強于鬼臼毒素(IC50值0.6 μM)，所建立的模型及結合能的計算對新藥設計具有一定指導意義。Reddy 等［28］在鬼臼毒素1-位引入4β-［(4-烷基)-1，2，3-三唑基團，并將合成的新化合物對6 種腫瘤細胞進行活性測試，發(fā)現(xiàn)化合物35、36、37、38 和39 具有顯著地細胞毒活性，特別是化合物35 對前列腺癌細胞PC-3 以及人喉癌上皮細胞Hep-2 的IC50值達到納摩爾級，這與后續(xù)使用的分子對接方法所得的結果一致，即對接打分結果越高，抑瘤活性越好。

3.3 其他新型微管蛋白聚合抑制衍生物

喹唑啉類化合物是一類重要的新型抗腫瘤藥，已進入臨床應用的埃羅替尼和吉非替尼等都是含喹唑啉母核的化合物。Spanò 等［29］利用增環(huán)反應在異吲哚結構的嘧啶環(huán)上引入吡咯并［3，4-h］喹唑啉，并對所合成的新化合物進行體外活性評價及分子機制的研究，發(fā)現(xiàn)化合物40 和41 對5 種腫瘤細胞抑制活性最高，且誘導細胞凋亡作用與線粒體凋亡依賴通路有關，此外喹唑啉類化合物還可發(fā)揮抗有絲分裂活性和抑制微管蛋白的聚合活性。

Kamal 等［30］合成了含A、B、C、D 環(huán)的咪唑并［2，1-b］噻二唑取代的氧化吲哚衍生物，其中化合物42、43、44 可以通過阻滯微管蛋白的組裝，使細胞周期停滯于G2/M 期來發(fā)揮抗腫瘤細胞增殖，此外該雜環(huán)化合物還能升高細胞周期素-B1 蛋白的水平。

綜上所述，微管蛋白聚合抑制劑是臨床應用較早且上市品種較多的抗腫瘤藥，其的廣泛應用有效緩解了患者的病情，至今仍發(fā)揮著重要的作用。在過去的30 年中，為了找到高效的抗微管蛋白聚合抑制藥物，大量的化合物已被合成并進行了生物活性測試，且已有數(shù)十種藥物進入抗腫瘤的臨床應用。然而由于抗腫瘤普遍具有活性低，且應用時易誘發(fā)各種不良反應，使臨床應用受到很大限制。因此，研發(fā)高效、低毒的新型微管蛋白聚合藥物具有非常重要的意義。

［1］ Pellegrini F，Budman DR. Review:tubulin function，action of antitubulin drugs，and new drug development［J］. Cancer Invest，2005，23(3):264-273.

［2］ Morris PG，F(xiàn)ornier MN. Microtubule active agents:beyond the taxane frontier［J］.Clin Cancer Res，2008，14(22):7167-7172.

［3］ Kumar S，Mehndiratta S，Nepali K，et al. Novel indole-bearing combretastatin analogues as tubulin polymerization inhibitors［J］.Org Med Chem Lett，2013，3(1):3.

［4］ Micheletti G，Poli M，Borsotti P，et al. Vascular-targeting activity of ZD6126，a novel tubulin-binding agent［J］. Cancer Res，2003，63(7):1534-1537.

［5］ Cai SX. Small molecule vascular disrupting agents:potential new drugs for cancer treatment［J］.Recent Pat Anticancer Drug Discov，2007，2(1):79-101.

［6］ Barchiesi F，Lucchinetti E，Zaugg M，et al. Candidate genes and mechanisms for 2-methoxyestradiol-mediated vasoprotection［J］.Hypertension，2010，56(5):964-972.

［7］ Hoppe BS，F(xiàn)lampouri S，Zaiden R，et al. Involved-node proton therapy in combined modality therapy for Hodgkin lymphoma:results of a phase 2 study［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys，2014，89(5):1053-1059.

［8］ Honoré S，Pagano A，Gauthier G，et al. Antiangiogenic vinflunine affects EB1 localization and microtubule targeting to adhesion sites［J］.Mol Cancer Ther，2008，7(7):2080-2089.

［9］ Luu T，F(xiàn)rankel P，Chung C，et al.Phase Ⅰ/Ⅱtrial of vinorelbine and sorafenib in metastatic breast cancer［J］. Clin Breast Cancer，2014，14(2):94-100.

［10］ Berlin JD，Venook A，Bergsland E，et al.Phase Ⅱtrial of T138067，a novel microtubule inhibitor，in patients with metastatic，refractory colorectal carcinoma［J］. Clin Colorectal Cancer，2008，7(1):44-47.

［11］ Gelmon KA，Belanger K，Soulieres D，et al. A phase I study of T900607 given once every 3 weeks in patients with advanced refractory cancers;National Cancer Institute of Canada Clinical Trials Group (NCIC-CTG)IND 130［J］.Invest New Drugs，2005，23(5):445-453.

［12］ 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):6107-6116.

［13］ von Mehren M，Balcerzak SP，Kraft AS，et al. Phase ⅡTrial of Dolastatin-10，a Novel Anti-Tubulin Agent，in Metastatic Soft Tissue Sarcomas［J］.Sarcoma，2004，8(4):107-111.

［14］ Aoki K，Watanabe，Sato M，et al. Effects of rhizoxin，a microbial angiogenesis inhibitor，on angiogenic endothelial cell functions［J］.Eur J Pharmacol，2003，459(2/3):131-138.

［15］ Kiselyov A，Balakin KV，Tkachenko SE，et al. Recent progress in discovery and development of antimitotic agents［J］. Anticancer Agents Med Chem，2007，7(2):189-208.

［16］ Rai A，Surolia A，Panda D. An antitubulin agent BCFMT inhibits proliferation of cancer cells and induces cell death by inhibiting microtubule dynamics［J］.PLoS One，2012，7(8):e44311.

［17］ Twelves C，Cortes J，Vahdat LT，et al. Phase Ⅲtrials of eribulin mesylate (E7389)in extensively pretreated patients with locally recurrent or metastatic breast cancer［J］.Clin Breast Cancer，2010，10(2):160-163.

［18］ Jalily PH，Hadfield JA，Hirst N，et al.Novel cyanocombretastatins as potent tubulin polymerisation inhibitors［J］.Bioorg Med Chem Lett，2012，22(21):6731-6734.

［19］ Kumar S，Mehndiratta S，Nepali K，et al. Novel indole-bearing combretastatin analogues as tubulin polymerization inhibitors［J］.Org Med Chem Lett，2013，3(1):3.

［20］ Franz AK，Wilson SO. Organosilicon molecules with medicinal applications［J］.J Med Chem，2013，56(2):388-405.

［21］ Nakamura M，Kajita D，Matsumoto Y，et al.Design and synthesis of silicon-containing tubulin polymerization inhibitors:replacement of the ethylene moiety of combretastatin A-4 with a silicon linker［J］.Bioorg Med Chem，2013，21(23):7381-7391.

［22］ Nam NH，Kim Y，You YJ，et al.Cytotoxic 2'，5'-dihydroxychalcones with unexpected antiangiogenic activity［J］.Eur J Med Chem，2003，38(2):179-187.

［23］ Dyrager C，Wickstr?m M，F(xiàn)ridén-Saxin M，et al. Inhibitors and promoters of tubulin polymerization: synthesis and biological evaluation of chalcones and related dienones as potential anticancer agents［J］.Bioorg Med Chem，2011，19(8):2659-2665.

［24］ Vitorovic'-Todorovi c' MD，Eri c'-Nikoli c' A，Kolund?ija B，et al.(E)-4-aryl-4-oxo-2-butenoic acid amides，chalcone-aroylacrylic acid chimeras:design，antiproliferative activity and inhibition of tubulin polymerization［J］.Eur J Med Chem，2013，62:40-50.

［25］ Salum LB，Altei WF，Chiaradia LD，et al. Cytotoxic 3，4，5-trimethoxychalcones as mitotic arresters and cell migration inhibitors［J］.Eur J Med Chem，2013，63:501-510.

［26］ Castro A，del Corral JM，Gordaliza M，et al. Synthesis and cytotoxicity of podophyllotoxin analogues modified in the A ring［J］.Eur J Med Chem，2003，38(1):65-74.

［27］ Afroz Alam M，Naik PK. Molecular modelling evaluation of the cytotoxic activity of podophyllotoxin analogues［J］. J Comput Aided Mol Des，2009，23(4):209-225.

［28］ Reddy DM，Srinivas J，Chashoo G，et al. 4β-［(4-Alkyl)-1，2，3-triazol-1-yl］ podophyllotoxins as anticancer compounds:design，synthesis and biological evaluation［J］. Eur J Med Chem，2011，46(6):1983-91.

［29］ Spanò V，Montalbano A，Carbone A，et al.Synthesis of a new class of pyrrolo［3，4-h］quinazolines with antimitotic activity［J］.Eur J Med Chem，2014，74:340-357.

［30］ Kamal A，Rao MP，Das P，et al.Synthesis and biological evaluation of imidazo［2，1-b］［1，3，4］thiadiazole-linked oxindoles as potent tubulin polymerization inhibitors［J］. ChemMedChem，2014，9(7):1463-1475.