趙詩佳 編譯，徐志 審校

(1 武漢科技大學化工學院，武漢 430080；2 湖北德信辰科技有限公司，武漢 430080)

1 胡椒亭作為抗癌藥物

胡椒亭也叫蓽撥亭，是一種阿育吠陀屬藥用植物—蓽茇(長胡椒)的酰胺生物堿（圖1）。這種酰胺生物堿于1961年首次被分離出來。而其分子結(jié)構(gòu)則于1984年才測定出來。盡管在幾十年前被發(fā)現(xiàn)，但胡椒亭的藥理特性還沒有得到深入的研究。前幾年這個分子的各種生物活性被發(fā)現(xiàn)，其中包括抗血小板，抗接種，抗焦慮性，抗抑郁，神經(jīng)保護，抗動脈硬化，抗菌作用，尤其是抗癌特性。2000年至2007年間，在Laborato"國立奧科洛康實驗和Universaldo Cara大學"進行的5166分子篩選抗腫瘤藥物的研究中被證實胡椒亭是潛在的抗癌藥物。

對胡椒亭的抗腫瘤活性的研究中，幾個癌癥模型顯示了對多種癌細胞株的細胞毒性和抑制作用，包括：結(jié)腸癌、肺癌、乳腺癌、胰腺癌、腎癌和前列腺癌。此外，在各種動物模型中也發(fā)現(xiàn)了抗腫瘤活性。胡椒亭通過使細胞凋亡和壞死觸發(fā)細胞死亡。胡椒亭活性的分子凋亡作用包括：細胞淋巴瘤的減少、以及半胱天冬酶-3、聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)的活化、癌基因以及NH2-端激酶的激活有關(guān)。此外，胡椒亭被發(fā)現(xiàn)可以使人類結(jié)腸癌細胞株中突變的p53蛋白質(zhì)恢復正常功能，胡椒亭同時也能通過自噬來誘導細胞死亡。

圖1 蓽茇酰胺結(jié)構(gòu)

胡椒亭的抗癌特性通常與其對谷硫酮s轉(zhuǎn)移酶π(GSTπ)和羰基還原酶(CBR1 1)的抑制有關(guān)，同時會破壞體內(nèi)氧化還原平衡并在癌細胞中產(chǎn)生活性(ROS)。此外，活性氧-獨立的運動目標(如核輸出或PI3K/Akt/mTOR抑制)也被認為是其抗癌特性的相關(guān)因素。

除了上述的抗癌特性外，胡椒亭也被發(fā)現(xiàn)具有抗侵入性。它能夠抑制高度轉(zhuǎn)移性的人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤LN229和 U87 MG 細胞在劃痕傷實驗模型中的遷移。它也被發(fā)現(xiàn)能抑制扭轉(zhuǎn)蛋白和N-鈣粘蛋白的表達，而這兩種蛋白是癌癥轉(zhuǎn)移所必須的組分，同時具有破壞p120-ctn/vimentin/N-cadherin復合體細胞轉(zhuǎn)移的能力。在高度轉(zhuǎn)移性前列腺癌細胞中，胡椒亭減少了細胞的入侵及IL-6，IL-8，MMP-9和ICAM-1的表達，其中ICAM-1是一種細胞間粘附蛋白，另外也證實了胡椒亭的抗血管生成特性，這是由VEGF蛋白質(zhì)水平的降低所調(diào)節(jié)的。

胡椒亭與其他化學療法相結(jié)合，顯示出了令人興奮的特性，具有提高5-氟二氧嘧啶、順鉑、阿霉素、紫杉醇和姜黃素的活性。胡椒亭，在非細胞毒素的作用下，增強了MDA-MB-231細胞的輻射靈敏度，這可能與其對細胞凋亡相關(guān)表達蛋白的調(diào)控和細胞內(nèi)活性氧水平的升高有關(guān)，從而增加輻射誘導細胞凋亡。

胡椒亭的藥理活性具有較高的選擇性，不影響對腫瘤細胞毒性較高的健康細胞。此外，體內(nèi)毒理學實驗表明，胡椒亭非常安全，并且它能夠被腸胃大量吸收，在老鼠身上，經(jīng)口服給藥后，該分子的生物利用率為50 %～76 %。

大量關(guān)于胡椒亭活性的研究報告表明，針對在癌癥發(fā)展的不同階段中作為關(guān)鍵分子靶點，以及低毒性和有益的藥物動力學特性，使這種分子在未來抗癌治療中具有極大的潛在應用前景。然而，由于難以達到納米級和低水溶性，其應用能力是很有限的。藥物化學家可能有望合成一種具有更好的抗癌活性和具有藥物類物理化學參數(shù)的胡椒亭類似物化合物。本文介紹了最近發(fā)表的關(guān)于胡椒亭類似物的合成及其抗癌結(jié)構(gòu)和活性關(guān)系的研究。

2 胡椒亭及其類似物的結(jié)構(gòu)活性研究

2.1 親電性和活性

胡椒亭結(jié)構(gòu)包含兩個Michael受體，即2,3-和7,8-不飽和鍵，在多項胡椒亭化合物活性的研究中。Adams等獲得了兩個飽和衍生物-1和2（圖2）。兩者均顯示，對H1703和HeLa細胞株的毒性降低，而衍生物1未能增加細胞內(nèi)活性氧水平，衍生物2顯示的藥物活性低于胡椒亭。其他研究小組發(fā)現(xiàn)，1和2的細胞毒性和產(chǎn)生活性氧的特性均有所下降。這些化合物還具有對GST較低的抑制活性，而2,3-和7-8-飽和化合物(3)則完全不能抑制該酶。

在藥物活性分子中，烯烴的存在，及其親電性都很重要。Wang等證明分子的親電性與抑制性之間存在著Cor關(guān)系(R=0.85)，以及GST的抑制作用。因此，空間封鎖(4)和環(huán)化(5，6)降低了這些中心的反應活性，進一步降低了化合物的活性。增加親電性主要是通過用氯原子(7)取代乳膠環(huán)，或用碳原子(8)取代內(nèi)酰胺的氮來實現(xiàn)的。然而，最有效的方法可以通過在芳香環(huán)上引入一個三氟甲基喹啉。因此，在抑制GST活性方面，最有效的分子是具有三氟甲基喹啉和2-氯(9)的化合物。

烯烴在胡椒亭與GST的結(jié)合中所起的關(guān)鍵作用非常重要。研究表明，胡椒亭的7，8-烯烴與GST活性部位的硫酰基相互作用，而2,3-烯烴與谷硫酮相互作用。Harshbarger等研究胡椒亭和谷胱甘肽共結(jié)晶的GSTP1的X射線晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不是胡椒亭與其作用，而是其水解共軛產(chǎn)物谷胱甘肽結(jié)合酶。研究者指出，胡椒亭首先經(jīng)歷了2,3-烯烴與胞內(nèi)硫醇的結(jié)合，從而使分子不穩(wěn)定。這樣，就會發(fā)生HY-水解反應，而這個反應的產(chǎn)物則是7,8-烯烴和谷硫酮結(jié)合物。這種復合物才是酶的真正抑制劑。這些結(jié)果表明，從GST抑制的角度來看，胡椒亭是一種前藥，它的2,3-烯烴在分子激活中起著重要作用，而7,8-烯烴在谷硫酮復合物的生成過程中起著重要作用。這種化合物能夠抑制酶。還需要進一步研究確定谷硫酮的水解和結(jié)合是否影響其衍生物的抗癌活性，并在其他目標分子機制中的作用。

2.2 芳香環(huán)及其活性

圖2 哌隆胺修飾對烯烴親電性的影響

圖3 芳香環(huán)中修飾的哌隆胺類似物

缺少芳香環(huán)結(jié)構(gòu)(10，圖3)的胡椒亭降低了對GST的抑制，同時也降低了對癌細胞的細胞毒性。在芳香族和7-8-烯烴(5,6)之間的環(huán)化過程中，得到了類似的結(jié)果。han等發(fā)現(xiàn)用芳香族雜環(huán)代替苯環(huán)，即吡啶或呋喃，不會改變抗癌性能。然而，Zou等研究了9種吡啶、吡嗪和喹諾類藥物的合成，顯示對結(jié)腸癌細胞系的抗增殖活性增加。最活躍的一種，活性最高的化合物-喹啉-2-基衍生物(11)及其2-氯類似物(12)的IC50值小于1 μmol/L。衍生物12還能誘導細胞產(chǎn)生活性氧并抑制腫瘤生長。所有得到的衍生物都具有較好的水溶性。

正如Adams等所描述的，去除甲氧基基團不會導致藥物細胞毒性或活性氧的顯著升高。Meegan等合成的芳香環(huán)哌啶酮，分別被單甲氧基、二甲氧基和三甲氧基取代。細胞毒性最大的是2'4'5-三甲氧基衍生物(13)，可與未取代芳香環(huán)的衍生物媲美，但其活性低于胡椒堿?；衔?3選擇性較弱(MCF-7對MCF-10a)，其活性可被抗氧化劑逆轉(zhuǎn)。這些結(jié)果表明，苯的甲氧基取代物不是藥物活性的最佳選擇，其他改變可以提高抗癌性能。在此基礎(chǔ)上，研究了芳香環(huán)的吸電子效應對活性的影響。2'位處的氯取代(14)活性略有降低。4'-溴(15)和2' ，6'-二氯(16)衍生物的活性也比胡椒堿的活性低，而4'-氟-3'-甲氧基(17)的類似物的活性提高。如前所述，三氟甲基基團(特別是在4'位)能有效地增強藥物的作用。4'-硝基取代化合物(18)也被發(fā)現(xiàn)略有提高藥物活性。到目前為止，研究還沒有完全確定吸電子基團對去核性質(zhì)的影響。但是，強吸電子基團(-CF3，-NO2)可能優(yōu)于弱吸電子基團(例如鹵化物)。

2.3 內(nèi)酰胺環(huán)修正

如前所述，內(nèi)酰胺的2,3-烯烴和它的親電性，在胡椒亭細胞毒性和ROS28的上升中起關(guān)鍵作用。因此，對這部分分子的修飾可能會對衍生物活性產(chǎn)生很大的影響。有意思的是，用氮環(huán)庚三烯或四氫氮雜酮替代二氫吡啶酮對細胞毒性的影響很小。

研究發(fā)現(xiàn)，取代C2和C3原子會顯著影響哌隆胺的活性。2-甲基(19，圖4)、3-甲基(20)或2-苯基(21)取代完全破壞了細胞毒性，而含有2-(2-氟苯基)-1-炔(22)或2-環(huán)丙基螺-1-炔(23)明顯增加了細胞活性。2-嗎啡啉取代降低了胡椒亭及其一系列7-烷基衍生物的活性。將2位引入吸電子基氯原子，可以明顯提高化合物對GST的抑制性能，但只針對那些芳香環(huán)由一個三氟甲基乙酯基團取代的基團。2-氯(7)替代物可提高細胞毒性和活性氧生成能力，抑制硫氧還蛋白還原酶，增強細胞凋亡，抑制細胞周期。2-氯哌隆能誘導細胞凋亡，使細胞周期阻滯于S期。2-氯取代還提高了7-烷基衍生物(下文所述)的活性。

Lad等描述了一系列胡椒亭磺酰胺類化合物的合成和生物評價。其中內(nèi)酰胺羰基被一種砜基所取代。此外，被測化合物在芳香環(huán)上具有不同的取代基。其中幾種化合物在磺酰羅丹明B測定中顯示出較強的活性。有意思的是，最活躍的是2-甲氧基，3'，5'-二甲氧基，以及3'-氟取代，顯示的GI50值小于0.1 μmol/L。因此，磺胺取代羰基基團的引入會導致藥物特性的顯著變化，為新型衍生物的開發(fā)提供了一個好的研究方向。

其他C4和C5取代衍生物沒有被廣泛的研究，但其顯示出差不多或低于胡椒亭的細胞毒性。

2.4 7-取代基

圖4 哌拉西林內(nèi)酰胺環(huán)的修飾

7，8-烯烴在胡椒亭的活性中起著重要的作用。在之前的研究中，該結(jié)構(gòu)是修改后形成三個衍生物：分別是將其移除，被環(huán)丙烷取代和被一個三鍵取代。雖然前兩種衍生物的活性顯著降低，但引入三鍵大大提高了藥物的細胞毒性。第7號位置也被用來引入新官能團。

Punganuru等獲得了一系列7-芳基胡椒亭衍生物作為微管不穩(wěn)定因子。這種替換的想法來自于combretastatin-A(25，圖5)的結(jié)構(gòu)，這是一種著名的微管靶向藥物，與具有強細胞毒性和抗血管生成作用的藥物秋水仙堿結(jié)合在一起。甲基(26)取代7-苯基，甲氧基(27)，甲巰基(28)，乙氧基(29)組和氟代基(30)或氟基(31)。其中，最具細胞毒性的是化合物27，其次是化合物29，達到IC50值小于1 μmol/L的化合物，化合物27具有生成活性氧和誘導蛋白質(zhì)谷胱甘肽化的特性，并且類似于胡椒亭具有恢復突變p53蛋白質(zhì)的功能的能力。最后，化合物27能有效地破壞微管的穩(wěn)定，使細胞周期阻滯在G2/M期，并誘導細胞凋亡。為了確定7-芳基取代物和烷氧基在上述化合物的活性，還需要進一步的研究。

Wu等獲得了一系列胡椒亭的7-烷基衍生物。然而，這種方法并沒有顯著改變細胞毒性，7-烷基衍生物，特別是2-氯胡椒亭的7-甲基衍生物(32)，顯示出更強的細胞毒性。復合物32是一個ROS誘導劑，對腫瘤生長的抑制作用大于胡椒亭(48.58 %和38.31 %)。

2.5 齊聚共軛

以芳香環(huán)為原料，合成了胡椒亭低聚物和含有抗癌分子結(jié)構(gòu)元素特征的雜合化合物，這是一種有效獲得兩種物質(zhì)屬性的化合物的方法。

Adams等合成了4-(二甲氨基)乙基單體(33，圖6)，以及由氨基乙基連接的類似于二聚體(34)和三聚體(35)。這種方法使細胞毒性和細胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生顯著的增加：二聚體的效力是單體的10倍，而三聚體的能力是二倍體的2倍。化合物34被發(fā)現(xiàn)在納米-摩爾濃度下對腎癌細胞系有很強的作用，而抗氧化治療則逆轉(zhuǎn)細胞毒性?；衔?4抑制了PNX0010(患者衍生腎細胞癌)異種移植腫瘤的生長比胡椒亭更有效。

圖5 苦味素- a及其7取代衍生物

圖6 哌隆胺單體，二聚體和三聚體

圖7 胡椒堿共軛物

Liao等試圖通過將胡椒亭與組蛋白脫乙酰酶(HDAC)抑制劑-vor-inosta(36)聯(lián)合處理AML(急性髓系白血病)細胞，從而提高細胞毒性。藥物之間的協(xié)同作用有助于形成這些藥劑化合物?；衔?37)對白血病細胞株有顯著的細胞毒性，導致細胞凋亡和DNA損傷?；衔?7還表現(xiàn)出了獨特的胡椒亭特性：抗氧化處理可保護細胞免受細胞毒性干擾，且與谷胱甘肽結(jié)合，維持HDAC的抑制作用。在C2位置引入氯原子，增加了藥物的活性，但是減少了選擇性。與消除了7，8-烯烴的其他衍生物一樣，缺少這種Michael受體的化合物活性較低。

通過取代具有6, 7和8取代的4-羥基香豆素的苯環(huán)，得到一個雙香豆素結(jié)構(gòu)(38)的片段，獲得了一系列細胞毒性劑。雙香豆素是一種具有藥物敏感性和細胞毒性的植物成分。因此，藥物的組合有望產(chǎn)生具有更高抗癌性能的化合物。甲氧基、甲基、鹵化物衍生物是中度的細胞毒性物質(zhì)。最活躍的是7-氟化合物(39)，可提高A 549細胞的活性氧水平，誘導細胞凋亡，改善細胞的理化性質(zhì)。當對人類肺部癌癥的異種移植進行治療時，化合物39抑制腫瘤生長，類似于胡椒亭(48.46 %和41.23 %)。

2.6 胡椒亭作金屬結(jié)合劑

金屬配合物在癌癥治療中應用比較早，目前正受到深入的研究。以胡椒亭為螯合劑的研究是由D'Sousa Costa等(2017年)進行的，他們使用胡椒亭作為復雜釕螯合物的配體。在3D模型中，所獲得的兩種化合物對廣譜癌細胞的殺傷活性均比無金屬胡椒亭高2～12倍。這些化合物在最敏感的HTC116結(jié)腸癌細胞系中，誘導半胱胺酸天冬氨酸-3和線粒體發(fā)生內(nèi)在細胞凋亡，DNA斷裂和活性氧生成。Fang等(2018年)研究了用吡咯烷酮代替二氫吡咯酮環(huán)合成胡椒亭類似物，該環(huán)被表征為銅(Cu2+)螯合物，它作為Cu2+離子載體，顯示可增加HepG 2細胞內(nèi)銅的濃度，尤其是Cu+，從而引起氧化還原失衡、凋亡和壞死。

3 合成

Boll等率先發(fā)現(xiàn)了胡椒亭合成方法，他使用了3,4,5-三甲氧基肉桂酸酸酐和5,6-二氫吡啶-2(1 H)-1在甲苯和吡啶中的反應(5.66 %)。目前，胡椒亭和它的類似物以類似的方式合成，通過在羧酸衍生物和適當?shù)娜〈?α,β-不飽和鍵)δ內(nèi)酰胺之間的酰胺鍵形成。常見的一種方法是在四氫呋喃(THF，78 ℃)中對n-丁基鋰(n-BuLi)轉(zhuǎn)化為去質(zhì)子化內(nèi)酰胺，然后將其與吡咯?；虿蒗Ｂ然罨乃崤悸?lián)，形成混合酸酐。另一種方法是用酸性氯化物對不飽和環(huán)酰胺進行N-?；磻?。這一反應可在THF中與氫化鈉加成，或與三乙胺加成。如果在酰氯的N-?；磻惺褂蔑柡蛢?nèi)酰胺（例如哌啶-2-酮，吡咯烷-2-酮），則可將試劑在甲苯中回流數(shù)小時或在二氯甲烷中混合并加入三甲胺。為了獲得C2-C3不飽和鍵，需要對化合物進行進一步的反應，例如，用苯硒酰氯生成硒衍生物，然后用過氧化氫氧化。Han等使用了Horner-Wadsworth-Emmons型試劑(對應的5，6-二氫吡啶-2(1H)-酮的N-膦酰乙?；苌铮?，二(2 -氧代- 2 -(6 -氧代二氫吡啶類1 3(2H)基)乙基]膦酸)在0 ℃和氫化鈉存在下，在四氫呋喃中與適當?shù)娜┓磻潦覝?，該試劑的合成是一個多步驟的過程，采用商用的δ-戊丙酰胺(哌啶-2-1)作為起始底物，該方法是合成苯環(huán)類似物的一種方法，它不需要合成取代肉桂酸鹽，合成具有取代肉桂酸酯的化合物，以吡啶或呋喃取代苯基的其他芳基組分（圖8）。

一些研究指出，在胡椒堿合成路線中（圖9），主要的挑戰(zhàn)是制備適當取代的5,6-二氫吡啶-2(1 H)-1，這種化合物經(jīng)常是在適當?shù)孽０返霓D(zhuǎn)位反應中合成，它具有烯鍵，例如N-(叔丁基-3-烯-1-基)-2-烯胺。在這個過程中，Grubbs第二代催化劑經(jīng)常被使用。同樣，為了獲得胡椒亭衍生的環(huán)磺酰胺，用Grubbs的第二代催化劑合成了環(huán)N-(但-3-烯-1-基)乙烯磺酰胺，在2-氯取代胡椒亭衍生物的合成中，使用了3-氯-5，6-二氫吡啶-2(1H)-酮，由哌啶酮-2-酮與五氯化磷反應得到的底物為3，3-二氯哌啶-2-酮，隨后進行脫氫鹵化。

混合酸酐方法(通過piv-aloyl或草酸激活的酸)不僅能獲得簡單的類似物，還能獲得其他物質(zhì)，包括混合化合物，結(jié)合了胡椒亭與一種著名的HDAC抑制劑-vorinostat的結(jié)構(gòu)，在一系列報道中，在哌啶的4'位引入了一種連接到羥肟酸基的7種碳連接劑。在2位上用烷基、芳基或烷基芳基代替2位的胡椒亭類似物，可以通過選擇性碘化反應來合成2位和鈀催化交叉偶聯(lián)，在4'位上，與氧和二乙烯胺類結(jié)合相類似，從1-3-(4-羥基-3，5-二甲氧基苯)得到1-2-2-2(1 H)-1-1-2-甲基二乙醇胺-2-甲基二乙醇胺，或三乙醇胺，在甲苯和THF中進行，添加了三苯基磷化氫和(E)-二異丙基。

圖8 哌替啶衍生物合成的一般方法

圖9 5,6-二氫吡啶-2(1H)- 1 (a)及其磺胺類似物(b)

4 結(jié)論

胡椒亭類似物的合成，可以用于獲得理想的天然藥物化合物的衍生物。這個概念早期被廣泛用于很多藥物的開發(fā)，并且用于治療各種疾病。

根據(jù)目前的文獻，已經(jīng)確定了幾種常見的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系（圖10）。這表明2，3-烯烴的存在是必要的，而7，8-烯烴有利于復合物的活性。在所有的研究中，發(fā)現(xiàn)2-氯取代，可能是通過增加2,3-烯烴的選擇性，來提高活性的。盡管2-氯取代并沒有得到深入的研究，但是對于研究其他的官能團非常有參考價值?；钚缘牧硪粋€要求是芳香環(huán)，然而，原始的苯基可能是成功地用其他的芳香烴代替，并被其他的甲氧基取代。具有特別強的吸電子性能的基團是最先被取代。內(nèi)酰胺環(huán)也可能會被取代。關(guān)于4-取代的數(shù)據(jù)非常有限，而5-和8-取代需要去研究。這也可能是未來研究的一個有吸引力的方向。

通過與其他抗癌分子雜合的胡椒亭雜合體，取得了非常有意思的結(jié)果。這種方法顯著提高了藥物活性，然而，還需要進一步研究這一混合物的毒性和動力學問題。

近年來合成的胡椒亭類似物在體內(nèi)外均表現(xiàn)出良好的活性。然而，關(guān)于這些化合物的物理化學性質(zhì)，特別是水溶性、安全性和藥代動力學- ADME參數(shù)方面的信息還很缺乏。未來有必要研究這些問題，因為它們對藥物開發(fā)過程中的藥理活性同樣重要。胡椒亭被發(fā)現(xiàn)具有廣譜的抗癌特性，然而，有關(guān)胡椒亭類似物的合成研究，主要集中在其細胞毒性，在某些情況下，會研究其促氧化和抗腫瘤的性質(zhì)得到的衍生物，未來還應該探索更多的細胞毒性胡椒亭類似物，研究它們是否具有同樣良好的促凋亡、抗侵襲和抗血管生成作用。同時，由于哌隆胺具有良好的抗癌和抗逆轉(zhuǎn)作用，因此其分子靶點也應引起人們的重視。

圖10 哌隆胺修飾的主要概念及構(gòu)效關(guān)系

未來還應該探索更多的細胞毒性胡椒亭類似物，研究它們是否具有同樣良好的促凋亡、抗侵襲和抗血管生成作用。同時，由于哌隆胺具有良好的抗癌和抗逆轉(zhuǎn)作用，因此其分子靶點也應引起人們的重視。

近年來，胡椒亭活性的優(yōu)化研究取得了很大的進展，但隨著細胞毒性的增加，胡椒亭的理化參數(shù)、藥代動力學和安全性的優(yōu)化必須得到更多的關(guān)注。