戴 一，宋祖榮

抗腫瘤天然拓撲異構酶抑制劑的研究進展

戴 一1, 2，宋祖榮1

1. 安徽新華學院藥學院，安徽 合肥 230088 2. 中國科學技術大學化學系，安徽 合肥 230026

拓撲異構酶（topoisomerase，topo）是解決DNA復制、轉錄等過程中出現(xiàn)拓撲問題的關鍵酶，是抗腫瘤藥物作用的重要靶點之一。天然產物是topo抑制劑的重要來源，從天然產物中發(fā)現(xiàn)開發(fā)topo抑制劑是抗腫瘤藥物研究的熱點。以天然產物結構類型，分類綜述了天然存在的具有topo抑制活性的天然產物及以它們?yōu)榛A改造獲得的衍生物，以期為抗腫瘤天然topo抑制劑的研發(fā)提供參考。

抗腫瘤；天然產物；拓撲異構酶抑制劑；結構改造；萜類；生物堿類；酚類；醌類

拓撲異構酶（topoisomerase，topo）廣泛存在于生物體中，是細胞DNA復制或轉錄不可或缺的一類關鍵酶。由于DNA在復制過程中反向旋轉會產生纏結、正負超螺旋等，為保證復制正常進行，必須依賴topo的參與進行DNA的切割、回旋、再連接，使DNA順利解旋、復制、轉錄等[1]。根據topo誘導DNA斷裂方式的不同，topo分為topo I和topo II 2種。人topo I為單體酶，主要催化DNA復制過程中單鏈的斷裂和重新鏈接；topo II又稱解旋酶，結構為二聚體，在三磷酸腺苷供能，Mg2+存在條件下，催化雙鏈的斷裂和鏈接[2]。相比于正常細胞，腫瘤細胞中topo的含量及活性均顯著提高[3]，因此topo是抗腫瘤藥物優(yōu)良的作用靶點，如喜樹堿類、鬼臼毒素類、阿霉素等都是以topo為靶點，干擾DNA復制而發(fā)揮抗腫瘤作用的。

以topo為靶點的抑制劑是抗腫瘤藥物研究的熱點，這些topo抑制劑按照作用機制主要分為2大類：topo毒劑和topo催化抑制劑，前者通過形成DNA-topo I抑制劑三元復合物，達到抑制topo I催化作用的目的，如喜樹堿類藥物，或通過穩(wěn)定topo II-DNA可裂解復合物而發(fā)揮作用，如鬼臼毒素類；后者主要通過嵌入DNA或直接作用于topo功能域而阻止topo與DNA的結合而發(fā)揮抗腫瘤作用，如阿霉素等[4]。通過文獻報道發(fā)現(xiàn)天然產物是topo抑制劑的重要來源[5]，多種天然來源的藥物已廣泛用于臨床的腫瘤治療，如羥喜樹堿、拓撲替康、依托泊苷等。近年來基于topo為靶點的天然藥物研究亦取得了積極進展，本文主要對2016年以來的成果進行綜述，以期為新的topo抑制劑開發(fā)提供參考。

1 天然成分

1.1 萜類

天然產物中萜類化合物具有多種活性，尤其是抗腫瘤活性，受到廣泛的關注，由于萜的骨架類型多樣，為抗腫瘤藥物的開發(fā)提供了豐富多樣的先導化合物或候選藥物[6]。萜類化合物作用的靶點多樣，較成熟的如微管蛋白、topo等。近年來從植物獲得的topo抑制劑主要為二倍半萜和二萜。如從Hedge的嫩芽中分離出線性的二倍半萜金合歡醇（1），從該植物根部分離出重排松香烷型二萜sahandinone（2）和4-脫氫沙維林醇（3），通過分子對接及分子動力學模擬研究，發(fā)現(xiàn)它們均能很好地與topo I結合，說明對topo I的抑制可能是其發(fā)揮抗腫瘤作用的機制[7]。

heteronemin（4）則是分自于海洋海綿sp.中的1個二倍半萜，通過消除topo II的主要酶活性，對topo II起到催化抑制的作用。該成分對前列腺癌LNcap和PC3細胞增殖具有顯著的抑制活性，24 h結果顯示半數抑制濃度（median inhibition concentration，IC50）值分別為1.4、2.7 μmol/L。在動物實驗中也表現(xiàn)出顯著的腫瘤抑制活性，而且對小鼠體質量幾乎沒有影響[8]，體現(xiàn)了高效低毒的特點，具有進一步開發(fā)的潛力。從另一種海綿sp.中也獲得二倍半萜12β-(3′β- hydroxybutanoyloxy)-20,24-dimethyl-24-oxo-scalara-16-en-25-al（5）和12β-(3′β-hydroxypentanoyloxy)- 20,24-dimethyl-24-oxo-scalara-16-en-25-al（6），這2個成分為scalarane型二倍半萜，另外還分離得到1個已知tetraprenyltoluquinol型化合物（7），這些產物通過抑制熱休克蛋白（heat shock protein 90，Hsp90）和topo IIα的活性而發(fā)揮雙重作用，促進凋亡[9]?？梢姡瑥暮Ｑ笾参镏袑ふ倚滦蛅opo抑制劑具有一定潛力，尤其是尋找新的骨架成分。

真菌中亦常含有萜類成分，如從真菌殼囊孢屬sp.中分離出1個雜萜類天然成分殼囊孢內酯C（8）。MTT實驗發(fā)現(xiàn)其對人肺癌A549細胞、人結腸癌HCT-116細胞和人乳腺癌MCF-7細胞的IC50值在5.98～8.88 μmol/L，顯示出了較好的抗增殖作用。合成該植物中另1個雜萜成分殼囊孢內酯A（9）的模型化合物四去氧殼囊孢內酯A（10）對這3種腫瘤增殖也表現(xiàn)出較強的活性，IC50為3.91～7.28 μmol/L，對其作用靶點研究發(fā)現(xiàn)在體外化合物8和10均具有類似喜樹堿的topo I抑制活性，另外化合物10還對topo II表現(xiàn)出了抑制作用，效果與已知的topo II抑制劑ICRF-193相當[10]。對topo I和topo II同時抑制可以提高療效，降低不良反應，屬于多靶點抗腫瘤[11]。

2016年以來萜類topo抑制劑的化學結構見圖1。

1.2 生物堿類

生物堿類成分也是天然產物中結構類型多樣的一大類成分，具有的生物活性促使很多天然成分已直接應用于臨床，如作用于M受體的阿托品，作用于微管蛋白的長春新堿以及眾所熟知的topo I抑制劑羥喜樹堿[12]。近年來海洋植物成分研究是天然藥物研究的熱點。奇西卡馬堿A（11）和它的類似物16,17-去氫奇西卡馬堿A（12）是從南極深海海綿Kirkpatrick中分離的2個吡咯亞胺醌類生物堿，通過分子對接發(fā)現(xiàn)這2個化合物對topo I和topo II具有較好的結合，表現(xiàn)出雙重抑制潛力[13]，為抗癌藥物先導化合物的開發(fā)提供了一個新的選擇。另外從溫帶海洋一種海綿Samaai & Kelly中分離出來5個吡咯亞胺醌類生物堿makaluvamine Q（13）、makaluvamine A（14）、makaluvamine I（15）、tsitsikammamine B（18）、14-bromo-7,8-dehydro-3-dihydro-discorhabdin C（19）、2個吡咯鄰醌類makaluvamine O（16）和makaluvone（17）。所有的化合物對topo I均顯示了抑制作用及DNA嵌入功能，其中化合物16、17活性最強，對宮頸癌HeLa細胞增殖具有中等抑制作用[14]。此外，2019年從地中海萍蓬草(L.) Sm. ssp.(Timm) E. O. Beal中分離出1個活性天然成分6,6′-二羥基硫雙萍蓬草堿（20），該結構為含硫的二聚倍半萜形成的萍蓬草生物堿，是topo II毒劑，通過與topo II共價鍵結合發(fā)揮抑制作用，而且體現(xiàn)出一定選擇性，抑制topo IIα的作用強于topo IIβ[15]。海洋植物受到的環(huán)境脅迫不同于陸生植物，從海洋植物中?？色@得結構新穎的成分，再次說明海洋植物對topo抑制劑的開發(fā)具有巨大潛力。

圖1 2016年以來萜類topo抑制劑的化學結構

對陸生植物，近年來主要從抗炎植物兩面針(Roxb.) DC.中獲得1個生物堿氯化兩面針堿（21），該生物堿通過抑制topo I而促進白細胞介素-10的產生，抑制了炎癥反應，在體內、體外表現(xiàn)出顯著的抗炎作用[16]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，炎癥和癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關[17]，而該成分又是通過抑制topo來發(fā)揮作用的，值得進一步深入研究。

2016年以來生物堿類topo抑制劑的化學結構見圖2。

圖2 2016年以來生物堿類topo抑制劑的化學結構

1.3 酚類

酚類化合物廣泛存在于自然界，是個龐大的復合家族，包括黃酮類和非黃酮類的酚性物質等，近年來在抗腫瘤方面的研究備受關注[18]。喬松酮（22）即為天然黃酮類成分，可以結合topo I和DNA的表面形成四元復合物，而對topo I產生別構抑制[19]。對來自珊瑚上的真菌和植物進行分離獲得(?)-表沒食子酰兒茶精-3--反式-對-香豆酸酯（23）、(?)-表沒食子酰兒茶精-3--順式-對-香豆酸酯（24）、(?)-表棓兒茶素（25）、槲皮素（26）、(?)-沒食子酰兒茶素（27）、交鏈孢毒素I（28）、6--stemphytriol（29）和多黏菌素C（30）。這些成分在5～100 μmol/L顯示出抑制topo I誘導的DNA超螺旋松弛活性，尤其是，黃酮類成分比其他成分的抑制topo I能力更強。這些新發(fā)現(xiàn)的topo I抑制劑顯示了結構的多樣性，是抗癌先導化合物開發(fā)的一個新選擇?？疾旄蜐舛葧r這些成分對topo的抑制活性時發(fā)現(xiàn)，4個化合物23～26顯示在25 μmol/L有效，其中化合物23、24顯示在更低的濃度（5 μmol/L）也有效?；衔?3、24相比于表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG，10 μmol/L）顯示出了更高的抑制活性[20]。

3個五角型多酚amexanthomycins A～C（31～33）是從地中海擬無枝菌酸菌S699ΔrifA中分離出來的，該菌株敲除了與利福霉素合成相關的聚酮合成酶基因?；衔?1～33顯示了對DNA topo的抑制作用。采用DNA松弛實驗研究化合物31～33對Topo IIα的抑制活性，500 μmol/L時顯示有效。劑量相關的活性測定顯示化合物31和32相比于化合物33對topo IIα抑制活性更強。這些結果說明在amexanthomycins上取代基去氧糖對topo的抑制作用有重要影響，對于開發(fā)新型topo抑制劑具有參考價值[21]。

2016年以來酚類topo抑制劑的化學結構見圖3。

圖3 2016年以來酚類topo抑制劑的化學結構

1.4 醌類

醌類化合物是中藥中一類具有醌式結構的化學成分，臨床上使用的topo抑制劑阿霉素屬于該類。同阿霉素來源類似，該類成分多來源于微生物。pyxidicycline A（34）和pyxidicycline B（35）是利用自身抗性導向的基因組挖掘策略從匣狀粘球菌An d48分離出來的2個聚酮型天然產物，對人結腸癌HCT-116細胞最低抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）分別為0.06、0.03 μg/mL，對人topo I的IC50為0.4～1.6、0.05～0.2 μg/mL，與喜樹堿相當[22]。另一類聚酮天然產物為jadomycin，來自于土壤委內瑞拉鏈霉菌ISP5230，jadomycin B（36）、jadomycin S（37）和jadomycin F（38）對藥物敏感型人乳腺癌MDA-MB-231細胞和紫杉醇耐藥性MDA-MB-231細胞增殖表現(xiàn)出同樣的抑制作用，進一步的研究發(fā)現(xiàn)它們能抑制topo IIα和topo IIβ的基因和蛋白的表達，同時也是topo II的催化抑制劑，在某些情況下也表現(xiàn)為topo II的毒劑。化合物36和38還表現(xiàn)出對topo IIβ更高的選擇性[23]。

GE-1（39）和GE-2（40）來自于子囊菌，具有抗腫瘤活性，化合物40是39的氧化型。像依托泊苷一樣，在1個專一的位點誘導DNA斷裂，化合物40顯著提高DNA斷裂程度。與其他醌類topo II毒劑類似，化合物40通過共價鍵與topo II結合。與化合物40相比，化合物39要想達到相似的效果需要較高的濃度才能實現(xiàn)，可見氧化態(tài)結構能使活性得到提高[24]。從現(xiàn)有的成果可見微生物來源的topo抑制劑表現(xiàn)出結構上的共性，多為醌類，是天然topo抑制劑的另一種展現(xiàn)。

2016年以來醌類topo抑制劑的化學結構見圖4。

圖4 2016年以來醌類topo抑制劑的化學結構

1.5 其他

其他具有topo抑制活性的天然成分類型較少，近年來主要發(fā)現(xiàn)1個苷類成分和1個芳香酸酯。methyl β-lilacinobioside（41）為從沙特阿拉伯南部植物巨棱閣N. E. Br.分離出來的1個苷類新成分，對MCF-7細胞的增殖具有較強的抑制作用，通過分子對接實驗發(fā)現(xiàn)其與topo II氫鍵和離子鍵結合，與topo II的親和力達?36.975 kJ/mol，說明對topo II的抑制應是其發(fā)揮抗腫瘤活性的重要因素[25]。另1個為芳香酸酯即鄰苯二甲酸單(2-乙基)己酯（42），來自于海洋菌株sp. VITJS4，對人肝癌HepG2細胞增殖有顯著的抑制活性，也通過分子對接及分子動力學模擬研究發(fā)現(xiàn)，其作用的靶點是topo IIα的ATPase結構域[26]。

2 天然成分結構改造

2.1 生物堿類成分改造

從生物堿改造獲得先導化合物持續(xù)受到關注[27]，近年來對生物堿類成分的結構改造以喜樹堿衍生物7-乙基-10-羥基喜樹堿（7-ethyl-10-hydroxycamptothecin，SN-38）修飾較多。SN-38通過抑制topo I阻滯DNA的復制而發(fā)揮抗腫瘤作用[28]。伊立替康即為SN-38的水溶性前藥，但體外活性比SN-38低100～1000倍[29]。體內僅有使用劑量的2%～8%能轉化成SN-38[30]。因此，SN-38依然受到很大的關注。對SN-38改造的位點主要為9位和10位。9位的改造主要是引入不同的氨甲基，獲得化合物43a～43d，這些氨甲基衍生物對人白血病HL-60細胞、MCF-7和MDA-MB-231細胞、結直腸腺癌Caco-2和HT-29細胞及A549細胞的增殖抑制作用與SN-38相當，和拓撲替康一樣，通過共價鍵結合天然DNA八聚體d(GCGATCGC)2duplex的邊緣GC堿基產生topo I抑制作用，即使在10 ℃也能在一定時間后共價鍵結合寡聚核苷酸[31]；對于10位的修飾，分別以醚鍵或酯鍵在10位引入硝基咪唑基團 (1-甲基-2-硝基-1-咪唑-5-基) 甲醇，獲得化合物44和45，這2個化合物為低氧激活型SN-38的前藥?；衔?5的低氧選擇性及細胞毒性均弱于化合物44，在低氧條件下化合物44對人大細胞肺癌H460細胞增殖的抑制活性是evofosfamide的10倍以上，與SN-38相當[32]。另1個10位修飾的化合物46，為SN-38與氨基酸以酯鍵相連，該化合物對A549細胞和人肺癌SPC-A-1細胞、人白血病K562細胞、MCF-7細胞、人小細胞肺癌NCI-H446細胞、人卵巢癌SK-OV-3細胞、人肝癌SMMC-7721細胞、人結腸腺癌SW1116細胞和膠質瘤U251細胞9種人腫瘤細胞增殖的IC50值為0.000 9～2.567 1 μmol/L，均低于伊立替康或SN-38，表現(xiàn)出更強的腫瘤抑制作用，在穩(wěn)定topo-1-DNA復合物方面比伊立替康及SN-38更強[33]。

2016年以來SN-38衍生物的化學結構見圖5。

除了對SN-38修飾外，2018年還報道了在喜樹堿或羥喜樹堿的7位引入醛基，通過亞胺和沙丙素A進行組合獲得雜合體47a～47c，這3個化合物具有topo I抑制及HDAC抑制雙重作用，分子模擬證實了這種功能，該雜合體對人肺癌NCI-H460細胞、人胰腺癌CAPAN1細胞、表皮癌A431細胞、HeLa細胞、人結腸癌HT29細胞、前列腺癌DU45細胞、HepG2細胞、人卵巢癌A2780細胞及耐阿霉素A2780-Dox細胞等多種腫瘤細胞均具有顯著的抑制活性，IC50為0.05～0.8 μmol/L，而對照沙丙素A的IC50值約為0.9 μmol/L，伊立替康則大于1.5 μmol/L[34]?？梢婋s合體發(fā)揮多靶點功效，實現(xiàn)了協(xié)同作用。

2016年以來喜樹堿和羥喜樹堿衍生物的化學結構見圖6。

圖5 2016年以來SN-38衍生物的化學結構

圖6 2016年以來喜樹堿和羥喜樹堿衍生物的化學結構

此外，通過點擊化學的合成手段在7-甲基-10-羥基高喜樹堿10位引入芳烴、飽和烴或糖等合成化合物48a～48u，除了48h、48r和48u，這些衍生物對A549細胞、人乳腺癌MDA-MB-435細胞及人結腸癌HCT116細胞表現(xiàn)出較強的抗增殖作用，尤其對A549細胞，有12個化合物IC50值小于1 μmol/L，對其中4個化合物48e、48j、48o和48t進行topo I毒性測定，化合物48j的活性高于喜樹堿，其他3個化合物的活性類似于喜樹堿或略低于喜樹堿[35]。

2016年以來7-甲基-10-羥基喜樹堿衍生物的化學結構見圖7。

圖7 2016年以來7-甲基-10-羥基喜樹堿衍生物的化學結構

近年來另1個受關注的生物堿為來自于苦豆子L的喹諾里西啶類生物堿槐定堿，用于治療滋養(yǎng)細胞腫瘤。對其改造的方式有：一是D環(huán)打開與磷酰胺氮芥通過酰胺鍵而形成雜合體，獲得化合物49a～49e。因topo I是槐定堿的作用靶點，氮芥也能作用于DNA，通過分子對接實驗發(fā)現(xiàn)49a～49e通過與topo I活性口袋中的氨基酸殘基及DNA堿基雙重作用與DNA-topo I共價復合物進行很好結合，具有topo I抑制作用[36]；第2種改造是D環(huán)打開后羧基還原為羥基，氨基烷基化得化合物50，該化合物相對于母體化合物，抗腫瘤譜及活性均有了顯著的提高，其機制是通過穩(wěn)定DNA-topo I復合物而抑制topo I的活性，通過促進topo I介導的DNA單鏈和雙鏈的斷裂而誘導線粒體途徑的凋亡[37]。

2016年以來槐定堿衍生物的化學結構見圖8。

此外2019年還報道了1個結構類似于喜樹堿的天然產物luotonin A，在此結構母體1～4不同位置引入氨基獲得化合物51a～51d，化合物51d水溶性太差，其他3個均進行了MTT實驗，對人白血病HL60細胞，化合物51b的抑制作用顯著強于母體化合物luotonin A，而化合物51a、51c活性與luotonin A相當；對于人結腸癌SW480細胞，化合物51a和51b的活性均強于母體luotonin A，化合物51c則與luotonin A相當。對于DNA topo I的抑制作用實驗發(fā)現(xiàn)化合物51a、51b、51d均表現(xiàn)出比喜樹堿更強的抑制活性，而化合物51c則沒有抑制作用[38]。

圖8 2016年來槐定堿衍生物的化學結構

玫瑰樹堿是來自于熱帶一種常綠小樹古城玫瑰樹Labill的生物堿，由于其獨特的平面四環(huán)結構成為了抗癌藥物研發(fā)熱點，多個衍生物已進入臨床實驗[39-40]。鑒于該化合物對topo II的抑制作用，進行11位的取代修飾，獲得3個化合物52～54，且均表現(xiàn)出對topo II有較好地抑制作用?；衔?2～54在DNA松弛實驗中100 μmol/L對topo II顯示出良好的抑制活性，尤其是11位連有α，β-不飽和羰基的化合物53和9位連有亞胺，11位為甲酰的化合物54具有更大的潛力，體現(xiàn)著一種新的開發(fā)角度，為今后該類化合物活性的提高提供了參考[41]。

2016年以來luotonin A和玫瑰樹堿衍生物的化學結構見圖9。

圖9 2016年以來luotoninA和玫瑰樹堿衍生物的化學結構

吳茱萸堿是來自吳茱萸的1個吲哚吡嗪喹唑酮生物堿，為topo I、II雙抑制劑，通過穩(wěn)定topo I、II-DNA復合物導致DNA斷裂而誘導細胞凋亡。對吳茱萸堿的結構分析，通過骨架遷躍合成了化合物55a～55d。這些化合物在100 μmol/L時可以抑制topo I介導的DNA超螺旋松弛，但對topo II沒有作用，進一步的研究發(fā)現(xiàn)同喜樹堿一樣，化合物55b作為topo I的毒物而起到作用，另外化合物55b也可以濃度相關性地抑制微管蛋白的聚合，IC50為26.3 μmol/L，表現(xiàn)出對topo I和微管蛋白具有明顯的選擇性[42]。

2016年以來吳茱萸堿衍生物的化學結構見圖10。

2.2 木脂素類衍生物

木脂素類成分修飾主要圍繞鬼臼毒素展開[43]，且常以4位修飾為主，如以鬼臼毒素為起始物在其4位引入4β羧基三唑，合成出了化合物56a～56i和57a～57k等多個鬼臼毒素的衍生物，這些衍生物顯示出了很高抗增殖作用，對HeLa細胞、MCF-7細胞、人前列腺癌DU-145細胞、A549細胞、HepG2細胞和HT-29細胞等增殖的IC50值在1～10 μmol/L，尤其是化合物56b、56g和56i，IC50值低于1 μmol/L，比依托泊苷還強。topo介導的DNA松弛實驗顯示這些代表性衍生物56b、56g、56i均能有效抑制topo II的活性，與依托泊苷相當[44]。另一種鬼臼毒素的4位引入4β--乙酰胺獲得化合物58a～58t等20個鬼臼毒素衍生物，通過對4個腫瘤細胞（人食管癌EC-9706細胞、HeLa細胞、人膀胱癌T-24細胞和H460細胞）和1個正常細胞（人正常皮膚HaCaT細胞）的MTT實驗發(fā)現(xiàn)化合物58f的活性最好，對這些腫瘤細胞增殖的IC50值在1.2～22.8 μmol/L，低于對照依托泊苷（8.4～78.2 μmol/L）?；衔?8e對HeLa細胞、T-24細胞有著更高的細胞毒性，鑒于鬼臼毒素作用topo，對所得衍生物以化合物58e為代表進行了分子對接實驗顯示化合物58e可以與topo IIα很好的結合，說明還保留鬼臼毒素作用的靶點[45]。

圖10 2016年以來吳茱萸堿衍生物的化學結構

2016年以來鬼臼毒素類衍生物的化學結構見圖11。

葉下珠素類是另一類含內酯類的芳基萘類木脂素，主要來源于植物葉下珠L.，該類成分主要是以山荷葉素為苷元與多種糖基形成的苷，在結構上與鬼臼毒素類相似，具有良好的抗腫瘤作用。鑒于鬼臼毒素類化合物作用于topo II，改造山荷葉素，尋找新的topo抑制劑，獲得以山荷葉素為苷元的芳基萘類木脂素化合物59～61，結構類似于葉下珠素，對HT-29細胞的IC50值在18～140 nmol/L，對topo II的抑制作用比其母體化合物山荷葉素強，但弱于依托泊苷[46]。

圖11 2016年以來鬼臼毒素類衍生物的化學結構

2016年以來山荷葉素素類衍生物的化學結構見圖12。

2.3 黃酮及萜類衍生物

黃酮類是天然產物中最為常見的成分之一，包括黃酮、異黃酮、查耳酮等，其中噢哢亦屬于黃酮類，且具有topo抑制作用[47]。對噢哢進行骨架躍遷可以設計出合成2-芳基亞甲基咪唑[1,2-a]吡啶酮類化合物，如化合物62a～62j（圖13）。這些化合物相比于依托泊苷，對topo IIα-介導的DNA斷開抑制能力更強，在相同的取代條件下，化合物62c、62f相比于母體橙酮（C1和C2），對topo IIα的抑制作用更強。另外這些化合物對MCF-7細胞的抑制濃度在nmol/L水平[48]。說明了骨架躍遷設計思路對于噢哢類化合物開發(fā)是一個較佳的選擇。

對黃酮及異黃酮同樣可以采取骨架躍遷設計策略，如由黃酮設計出2-芳基-4-吡啶并[1,2-a]嘧啶- 4-酮類化合物63a～63g，由異黃酮設計出3-芳基- 4-吡啶并[1,2-a]嘧啶-4-酮類化合物64a～64i（圖14）。這些化合物及其母體C1～C4、C6～C7對topo IIα抑制作用均比依托泊苷強，通過選擇性抑制topo IIα的催化作用，而不干擾DNA大溝結構域處topo I與DNA的相互作用。對人胚腎HEK-293細胞IC50值在1.5～4.0 μmol/L。與母體化合物相比，通過骨架躍遷設計的化合物保留了相似功能，有的還提高了對topo IIα的抑制作用[49]，為眾多的黃酮類化合物的開發(fā)提供了一種新的思路。

圖12 2016年以來山荷葉素素類衍生物的化學結構

圖13 2016年以來噢哢類的結構改造

圖14 2016年以來黃酮類的結構改造

萜類成分是抗腫瘤天然產物中的佼佼者，如紫杉醇等，是抗腫瘤藥物開發(fā)中良好先導化合物來源之一[50-51]。反式-去氫巴豆寧是從巴西亞馬遜巴豆Benth的莖皮中分離出來的1個克羅烷型二萜，以其為母體化合物，在酮羰基上經亞胺修飾即可獲得化合物65～69（圖15）。獲得的化合物66～69對腹水瘤Ehrlich細胞的抑制作用明顯強于母體化合物。同時化合物65～67、69對K562細胞具有一定的抑制作用，IC50為7.85～40.72μmol/L。進一步的機制研究發(fā)現(xiàn)，除了化合物66之外，這些化合物對topo I均有較強的抑制作用，尤其是化合物67作用最強[52]。可見，通過對天然產物進行修飾，即使是初步的修飾，也可能獲得較大的收益。

圖15 2016年以來反式-去氫巴豆寧衍生物的化學結構

3 結語

天然產物是抗腫瘤藥物的重要來源之一，分布在不同科屬植物中，成分類型多樣，涉及幾乎所有成分類型[53]。天然產物抗腫瘤作用的靶點各異，DNA topo是其作用靶點之一，受到了廣泛的關注。目前已發(fā)現(xiàn)許多種天然topo抑制劑，如生物堿類、木脂素類、黃酮類等，在新藥的開發(fā)中提供了眾多重要價值的先導化合物，如以羥喜樹堿為基礎開發(fā)出的拓撲替康、伊立替康；以鬼臼毒素為基礎開發(fā)出的依托泊苷，它們已成為臨床抗腫瘤的重要藥物。近年來，天然topo抑制劑亦取得了很多成果。然而，縱觀天然topo抑制劑，可以發(fā)現(xiàn)，成分類型比較集中，多以生物堿為主，其他結構類型的天然topo抑制劑較少，而且最近發(fā)現(xiàn)的很多成分來自于海洋植物，說明海洋是未來發(fā)現(xiàn)天然topo抑制劑的一個主要來源。由于天然產物本身存在的局限，如水溶性較差，活性不強，毒性太大等，以天然成分為基礎，進行改造、修飾、轉化，是一種行之有效的藥物開發(fā)策略，也是今后藥物開發(fā)的重點，近年來的研究成果也充分體現(xiàn)了這點，因此以天然產物為基礎，進行深層次結構開發(fā)是topo抑制劑開發(fā)的一個重要方向。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress on antineoplastic topoisomerase inhibitors from natural products

DAI Yi1, 2, SONG Zu-rong1

1. College of Pharmacy, Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China 2. Department of Chemistry, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

Topoisomerase (topo) plays the vital role in solving all of the topological problems of DNA in replication, transcription and other cellular transactions, which is one of the important targets of antitumor drugs. Natural products are an important source of development of topo inhibitors. Exploring topo inhibitors from natural products is one of the hot spots in the development of antitumor drugs. In this paper, the natural topo inhibitors and many derivatives based on natural products are reviewed, in order to provide reference for the development of antineoplastic topo inhibitors.

antitumor; natural products; topoisomerase inhibitors; structure modification; terpene; alkaloids; phenols; quinones

R282.71

A

0253 - 2670(2021)06 - 1785 - 14

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.06.029

2020-06-04

安徽省教育廳自然科學研究重點項目（KJ2019A0873）

戴 一（1979—），男，副教授，博士，研究方向為活性天然產物研究。E-mail: daiyiii@163.com

[責任編輯 崔艷麗]