何 姍，趙瓊麗，張 影，王麗瓊

(云南師范大學 化學化工學院，云南 昆明 650500)

最近讓全世界頭疼的疾病除了新冠，接下來就是難以攻克的各種癌癥，新型的抗癌藥物不斷被需要。由于吲哚生物堿結(jié)構的多樣性及其抗驚厥、抗炎、抗糖尿病、抗菌和抗癌等多種生物活性，在天然產(chǎn)物的藥物活性研究中發(fā)揮著重要作用，新型抗癌藥物很有前途。3-烯基吲哚是一類重要的生物和醫(yī)藥化合物，其合成受到了廣泛的關注。在此，起初利用Witting反應以被鹵素取代的芳香醛和3-(二甲氨基甲基)吲哚為原料合成3-烯基吲哚，然后以其為中間體合成目標產(chǎn)物含硼吲哚化合物[3]?？偨Y(jié)了通過合成方法合成更有前景的含硼吲哚化合物，并討論了其在BNCT治療中研究概況[1-2]。

1 含硼吲哚化合物合成方法

1.1 無金屬催化碳氫硼化吲哚

近幾十年來，由于C-H硼化反應快速發(fā)展，使其已成為合成有機硼化合物最重要、最有效的方法之一。雖然過渡金屬催化在C-H硼化反應中占主導地位，但沒有金屬參與的硼化方法也逐漸成為很受歡迎具有潛力發(fā)展的合成策略[4]。眾所周知，在有機合成中有機硼化合物具有強大影響力，已廣泛應用于藥學和材料科學等各個領域。由于有機硼化合物的重要性，C-B鍵形成的研究得到了迅速發(fā)展，已成為有機化學中的一個熱點。盡管過渡金屬催化在這些過程中表現(xiàn)出高效性，但無金屬芳香族C-H硼酰化有以下更好的理由：①含硼試劑作為原料平價易得;②與金屬催化相比反應體系成本降低;③反應條件要求相對溫和;④所謂的沒有金屬加入碳氫硼化反應本質(zhì)上是親電取代反應。

20世紀40年代，赫德用苯、二硼烷放入密封管里，調(diào)整溫度 100 ℃ 下反應，這是全世界第一個得到的含硼化合物[5]。2010年，曼徹斯特大學英格森化學課題組發(fā)現(xiàn)茶兒酚硼烷與催化劑反應生成親電能力很強活性中間體。此外，由于其硼原子缺乏電子，導致它反應條件溫和，常溫下就可以發(fā)生經(jīng)典的親電取代反應[6]。此課題初次證明在三乙基硅烷催化下硼正離子發(fā)生親電取代反應。2015年，F(xiàn)ontaine組選擇頻哪醇硼烷作為硼源、Lewis酸堿作為催化劑，在 80 ℃ 下與雜環(huán)芳烴化合物(吲哚、呋喃、吡咯)反應 24 h 制備含硼的雜環(huán)芳產(chǎn)物[7]。2016年，Repo組報道了一種新碳氫活化方法，用2-氨基吡啶四氟硼酸鹽催化碳氫硼化反應。由于不確定其機理，做了理論計算和機理探究實驗發(fā)現(xiàn)其催化功效與受阻的路易斯酸堿對(FLP)表現(xiàn)出協(xié)同作用。致使底物分子中的σ-和π-鍵被破壞裂解，因此活化底物碳氫鍵[8]。2017年，馬丁·奧斯特里奇課題組研究發(fā)現(xiàn)生成的硼酸酯不穩(wěn)定易水解，所以在后續(xù)反應中加入了頻哪醇和三乙胺并且底物進行探索得出以含取代基烷烴、富電子雜環(huán)(吲哚)為最優(yōu)條件?？紤]反應會受硼原子和FLP的影響，使用B(C6F5)3作為引發(fā)劑優(yōu)化催化。2018年，張躍濤課題組[9-10]探索反應機理使他們能夠通過選擇合適的底物并調(diào)整兒茶酚硼烷的量來成功地抑制副反應。更重要的是，隨著反應溫度的升高，他們可以實現(xiàn)吲哚的收斂歧化反應。在沒有任何添加劑和H2受體的情況下，各種C3位選擇性硼化吲哚的轉(zhuǎn)化率接近定量，產(chǎn)率高達98%。

2019年，Ingleson組[11]報告了N-?；鶎蚧鶊F使吲哚苯環(huán)的C7具有選擇性。導向基團可以很容易地原位去除，分離產(chǎn)物為頻哪醇硼酸酯。以帶N-?；鶎蚧鶊F的吲哚為底物用二氯甲烷溶解，再加入便宜的BBr3(2.2eq)試劑在溫度 60 ℃ 下反應，最后慢慢注入三乙胺后再加頻哪醇反應生成穩(wěn)定的硼化吲哚。作者又拓展另一個底物最優(yōu)條件探索，以C4-特戊?；胚釣榈孜铮瑢Φ孜镞M行了最優(yōu)條件探索：①底物是導向基，甲基、鹵素取代吲哚可以得到很高的硼化產(chǎn)率。②如果底物是含有特戊酰基苯酰基，就只可在苯基鄰位生成硼化目標物。2019年，史壯志課題組[12]展示了一種不使用金屬催化劑的芳烴和雜芳烴定向C-H硼?；姆椒ā7和C4硼化吲哚是通過溫和的方法合成的，與廣泛的官能團兼容。通過密度泛函理論計算建立的機理涉及BBr3同時作為試劑和催化劑，通過將形成的硼物種下游轉(zhuǎn)化為天然產(chǎn)物和藥物支架，突出了該策略的潛在效用。其團隊將吲哚N-H用特戊酰基保護，用純化二氯甲烷溶解在加入BBr3試劑室溫反應后加頻哪醇和吡啶。

圖1 無金屬導向碳氫硼化

1.2 金屬催化碳氫硼化吲哚

碳—氫鍵在大多數(shù)有機分子中都很豐富，直接、選擇性催化方法作為獲取更復雜分子實體的有效手段具有吸引力，因此它也就成了科學研究重大挑戰(zhàn)課題。很久以前科學家們重點關注貴金屬活化碳氫硼化產(chǎn)物，雖然貴金屬催化劑反應活性很高，但是其價格昂貴資源有限。所以接下來研究工作者們把目標放到廉價過渡金屬，旨在開發(fā)過渡金屬催化硼化反應。

圖2 過渡金屬參與硼化

2014年，Chirik課題組[13]查閱文獻發(fā)現(xiàn)鈷金屬催化烯烴硼化而受到啟發(fā)，推斷如果反應生成足夠富電子鈷中心，底物C-H鍵容易激活且耦合C-B鍵。為了驗證此猜想，對不同配體開展篩選，當配體是四甲基亞甲基其反應活化效果好。接著在此條件下又對底物探究吲哚可以得到較高的得率，不過吲哚上連有吸電子基團反應難發(fā)生。2015年，Itami組[14]報告了他們的發(fā)現(xiàn)，使用配體和添加劑能夠?qū)崿F(xiàn)第一個鎳催化的C-H硼化。此反應需要含PCyp3絡合物，添加劑氟化銫，四氫呋喃為溶劑。底物是吲哚類衍生物需要在 80 ℃ 反應 24 h 而苯環(huán)需要在 140 ℃ 反應 24 h，有助于增強鎳的催化劑的功能。雖然底物范圍有限，但在鎳催化下，中性電子和富電子的苯衍生物和吲哚可以有效地硼化，目前正在進一步研究擴大底物范圍并闡明其機制。2017年，Chirik組[15]對已報道貴金屬催化作了創(chuàng)新改變，以往催化條件十分苛刻。他用了不貴的催化劑4-Me-(iPrPNP)Co-(O2CtBu)2作為替代品，最終獲得比貴金屬催化更高產(chǎn)率目標物。2020年，Marder組[16]開發(fā)了一種高效、C3吲哚定向選擇性C-H硼化與B2pin2的反應，[Ni(IMes)2]充當催化劑。此反應不在堿性環(huán)境，其條件溫和，致使官能團耐受穩(wěn)定且獲取具有高選擇性、優(yōu)異的硼化吲哚。通過[Ni(IMes)2]激活吲哚N-H鍵，此時形成N-H硼化吲哚與再生[Ni(IMes)2]得到氮取代頻哪醇硼酸酯，繼續(xù)反應后生成3號位被硼取代吲哚。

2 含硼吲哚化合物應用

有機硼試劑是鈴木反應中很好的橋連試劑，除此之外，它被廣泛應用于能量研究、非線性光學材料、熒光探針、生命科學等多個領域，未來也將逐漸用于抗癌。

治療腫瘤領域吲哚結(jié)構至關重要，由于其雜環(huán)結(jié)構擁有較高生物活性，在抗腫瘤、抗病毒、抗增殖等占有一席之地。硼元素大量存在于自然界中植物里，隨著科學技術發(fā)展，第一個被人工合成硼替佐米藥物用于臨床治療癌癥。含硼化合物合成、應用以及其治療癌癥進程將受到越來越多的關注。本論文主要綜述了含硼吲哚合成，還要關注它在治療癌癥被用作硼中子捕獲治療。此外，酶受到有機硼化物后會表現(xiàn)出抑制作用，是因為硼原子對氧親和性很高容易導致硼酸鹽生成。2009，Miyata[17]組內(nèi)發(fā)現(xiàn)HDAC系列家族化合物能夠破壞癌細胞染色體自我結(jié)構修飾和干擾基因表達，在癌細胞生長抑制試驗中，化合物(S-18、20、21)具有較強的活性，引起50%生長抑制的濃度(GI50)與引起50%酶抑制的濃度的比值(IC50)比較低。這些化合物的用藥效果和臨床使用的亞過氧基苯胺異羥肟酸(SAHA)(2)相差不大。HDAC家族中有被吲哚取代硼化物23，做了三次平行活性試驗檢測表明其IC50值是11μM。為了探索機理作者對此藥品做Western blot分析結(jié)果表明，水合硼酸與HDACs活性部位的鋅離子、Tyr殘基和His殘基相互作用阻礙癌細胞表達。

3 含硼藥物的發(fā)展及BNCT治療理念

BNCT通過低能熱中子照射并利用熱化中子和非放射性10B原子之間的核反應產(chǎn)生的大量的α粒子(4He)和反沖鋰-7(7Li)粒子，二者能量 2.3 MeV，這兩種顆粒選擇性地破壞腫瘤細胞。其中α粒子離子能量最高且直徑離子為 10 μm，比一個細胞直徑還要小。與光子輻射相比，BNCT產(chǎn)生相對更高生物效率和更高線性能量傳遞的粒子，它把“重離子化療”和“生物靶向”這兩者相結(jié)合，從而在細胞水平上更大程度地殺傷癌細胞[18]。除此之外，10B原子可以選擇性存活在癌細胞腫瘤組織里。因此，在殺死癌細胞同時也不干涉健康活細胞，讓其成為高效率溫和放療方法。在體內(nèi)癌癥條件下，BNCT的治療價值在很大程度上取決于有效硼載體試劑系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)可以通過靜脈途徑在體內(nèi)實現(xiàn)調(diào)節(jié)處置，并促進腫瘤組織中的積聚[19]。

圖3 BNCT原理圖

現(xiàn)在臨床使用較多硼攜帶劑分別是新研發(fā)的BSH和BPA。早在60多年前就有研究者合成出硼化物，不過含硼物質(zhì)生產(chǎn)也是一項頗具重大挑戰(zhàn)的任務。因為要滿足BNCT治療藥物以下幾點需求才能被用作臨床首選藥物：①腫瘤細胞攝取含硼藥物量要足、藥物停留時間要夠、其代謝速度要快也就是能從正常細胞清除。正常組織攝取，腫瘤攝取率高，腫瘤/大腦和腫瘤/血液濃度比高(>3～4∶1)，腫瘤濃度為20～35 mg 10B/g腫瘤。但是現(xiàn)階段滿足這個標準藥物還沒被發(fā)現(xiàn)。②含硼藥物自身毒性毒，毒副作用少。③還考慮藥物生化效應，BNCT期間血液和正常組織的快速清除和腫瘤的持久性[20]。目前為止已研發(fā)3代硼試劑可以用于BNCT治療。

目前有三代硼化合物，每代硼傳遞劑都在不斷改進，因此這些硼化合物對腫瘤細胞具有更高的選擇性靶向性，并在生活系統(tǒng)中提供合理的低毒性。20世紀50年代和60年代初的臨床試驗中的硼酸鈉、硼酸和其衍生物是很早發(fā)現(xiàn)的第一代硼試劑，這代藥物在腫瘤細胞內(nèi)保留時間不長無法聚集癌細胞中而且還缺乏靶向性、腫瘤/大腦比率低。BPA和BSH是20世紀60年代出現(xiàn)的第二代硼化合物。與上代分子相比，這些化合物的毒性明顯較低對腫瘤細胞親和力更好，在動物腫瘤中的持續(xù)時間更長，并且腫瘤/大腦以及腫瘤/血液硼的比率大于1。不過，由于腫瘤細胞某些特異性功能，這些化合物不能被視為理想含硼化合物，目前正在許多研究和臨床試驗中使用。受到先前兩代硼化物影響，正在想各種方法合成第三代硼化合物，通過與腫瘤靶向成分或部分(硼載體)的水解成連接有穩(wěn)定硼基團或簇。如卟啉、核糖類、脂質(zhì)體和單克隆抗體，它們是低分子量和高分子量生物分子，已被用作腫瘤靶向部分。第三代硼化合物更傾向作用于靶向腫瘤細胞，即腫瘤細胞核和DNA是這些藥劑的誘人靶點，如果硼原子局限于細胞核內(nèi)或細胞核附近，則產(chǎn)生致命作用所需的含硼量可能會顯著減少[21]。此外，既然對硼攜帶劑作為BNCT療法要求很高，不停創(chuàng)新出活性強、低毒、生物靶點更豐富新型硼試劑。通過在腫瘤細胞中選擇性地濃縮硼化合物，然后使腫瘤細胞接受超熱中子束輻射BNCT的獨特特性是它可以在腫瘤細胞和正常細胞之間沉積大劑量梯度[22]。

4 BNCT治療法存在的問題

現(xiàn)在各種癌癥發(fā)病率都很高，患癌的人數(shù)也不斷增加，人們迫切希望臨床上治療癌癥的科技更發(fā)達。本文中提及BNCT就是目前治療癌癥最佳首選的方案。但是，要把治療癌癥艱巨任務交給BNCT，那以下幾個問題應引起高度重視。

1)面對復發(fā)性腫瘤BNCT至今還沒有探索到更有效的治療手段。應該加大力度開發(fā)BNCT治療在其他腫瘤方面應用，使它不僅僅局限于腦瘤。其自身抗癌機理非常復雜，靶向主要通過在腫瘤中精確建立硼攝取量而不是通過瞄準束來實現(xiàn)，這為BNCT概念的臨床應用提供了解釋，還需優(yōu)秀、專業(yè)的科學家們不斷鉆研。

2)第二個重要方面是可靠的醫(yī)院中子源的可用性。如果這一技術挑戰(zhàn)無法實現(xiàn)，BNCT就不會有真正的進展。BNCT需要中子源加速器為治療基礎且此儀器價格昂貴，導致臨床上治療成本較高。BNCT中經(jīng)常被標記一個重要因素是腫瘤內(nèi)硼的不均勻分布，這導致計算劑量分布的模糊性。正電子發(fā)射層析成像(PET)能夠量化硼的吸收。近年來，使用PET跟蹤硼載體的藥理和化學行為已成為BNCT的額外刺激因素[23]。由于目前只能從核反應堆中獲得足夠數(shù)量的用于BNCT的超熱中子，BNCT的可用性目前僅限于全球少數(shù)幾個中心?；诩铀倨鞯木o湊型中子發(fā)生器可能與商業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)院環(huán)境中的安裝兼容，目前正在開發(fā)中，未來可能允許更廣泛地使用BNCT[24]。

3)雖然現(xiàn)在已有三代硼攜帶劑，但是開發(fā)更成功的攜帶劑迫在眉睫。對已有硼攜帶劑進行優(yōu)化，讓腫瘤細胞吸收更多硼元素，長久停留在癌細胞中。BNCT的概念雖然在1936年才發(fā)展起來，但在了解和理解其背后的科學、制定臨床試驗并將其用于臨床方面有了穩(wěn)步的進步。雖然目前BNCT可能尚未普及，但在不久的將來，BNCT肯定會成為癌癥放療領域的一個里程碑。

5 總結(jié)和展望

歷史見證了BNCT成功，它一直被看做是一種創(chuàng)新的放射治療形式，原則上有可能會是多種癌癥的理想治療形式。未來不斷提高中子加速器質(zhì)量外，還需加大力度研發(fā)高效含硼化合物。因為吲哚本身抗癌活性強且抗癌方面的應用也比較寬廣。所以在吲哚上引入頻哪醇硼酯或者硼酸，使之能夠入選BNCT治療藥物是未來的發(fā)展趨勢。