全 文 ：第 20 卷　第 5 期
2010年 10月　总 97期
中 国 药 物 化 学 杂 志
ChineseJournalofMedicinalChemistry
Vol.20　No.5　p.379
Oct.2010 Sum 97
收稿日期:2010-04-19
基金项目:国家自然科学基金项目(20872104);四川省教育厅资助项目(09ZA098)
作者简介:张成刚(1968-), 男(汉族), 四川隆昌人 , 副教授 , 主要从事活性天然产物的结构修饰与改造工作 , Tel:
(028)84760802, E-mail:zhangcg2008@yahoo.com.cn。
文章编号:1005-0108(2010)05-0379-10
娃儿藤生物碱及其类似物的抗肿瘤构效关系研究进展
张成刚 ,李建军 ,汪晓慧 ,冯 春 ,汪必琴
(四川师范大学 化学与材料学院 ,四川 成都 610066)
摘　要:娃儿藤生物碱因其显著的抑制肿瘤生长活性及新的抗癌作用机制而受到化学和药学研究者的广泛
关注。该文对自 2002年以来关于娃儿藤生物碱和基于该类生物碱设计的类似物的分子结构与抗肿瘤作用的
构效关系以及该类化合物抗肿瘤作用机制的最新研究成果进行综述 ,并对其研发前景加以展望。
关键词:娃儿藤生物碱;菲并吲哚里西定;构效关系;抗肿瘤活性
中图分类号:R914　　　文献标志码:A
Progressonrelationshipoftylophoraalkaloids
andtheirantitumoractivity
ZHANGCheng-gang, LIJian-jun, WANGXiao-hui, FENGChun, WANGBi-qin
(ColegeofChemistryandMaterials, SichuanNormalUniversity, Chengdu610066, China)
Abstract:Muchatentionhasbeenpayedtotylophoraalkaloidsduetotheirpotentcytotoxicactivityagainst
abroadrangeofhumancancercelsandanovelmechanismofanticanceraction.Recentdevelopmentonthe
relationshipbetweenstructuresoftylophoraalkaloids(includingtheiranalogs)andtheirantitumoractivityis
reviewed.Researchontheirmechanismofanticanceractionisalsodescribed.
Keywords:tylophoraalkaloids;phenanthroindolizidine;SAR;anticanceractivity
　　目前 ,天然产物已成为当今抗肿瘤药物的主
要来源之一 。自 1935年首次从藤本属植物 Tylo-
phoraindica中分离得到娃儿藤碱 tylophorine(1)
后 ,迄今为止 ,已经从植物中分离得到 70多个娃
儿藤生物碱及其类似物(如代表性的娃儿藤生物
碱 2 ～ 4)[ 1-2] 。研究显示 ,娃儿藤生物碱具有抗
炎 、抗病毒以及抗肿瘤等多种生理活性 ,因此几十
年来一直受到研究者的关注 ,人们已对该类生物
碱的成分分离 、合成方法 、结构修饰 、活性评价以
及作用机制等方面做了大量研究工作 ,并取得了
令人瞩目的成果[ 2] 。令人遗憾的是 , 1966年 ,娃儿
藤定碱(tylocrebrine, 2)在临床试验时被发现对中
枢神经系统有毒性。 20世纪 90年代 ,美国国家癌
症研究所在 60个肿瘤细胞系上对娃儿藤生物碱类
似物进行筛选 ,结果显示 ,此类化合物在 54个细胞
系上均表现出强烈抑制肿瘤细胞生长的活性 ,且活
性大致相当 ,其平均 GI50值小于 1×10-8 mol·L-1。
研究发现 , tylophorineF和 tylophorineG对顽固
性黑色素瘤和肺癌细胞也有很强的生长抑制作
用 。最近的研究证明 ,娃儿藤生物碱类似物不仅
具有广谱的 、强烈的细胞毒活性 ,而且它与目前临
床上常用的抗癌药物普遍存在的耐药性或交叉耐
药性不同 ,该类化合物对 KB-V1等耐药细胞系同
样有强烈的生长抑制活性 ,这预示着娃儿藤生物
碱类似物可能是通过一种新的作用机制抑制肿瘤
细胞的生长 [ 3-4] 。
DOI :10.14142/j.cnki.cn21-1313/r.2010.05.002
中 国 药 物 化 学 杂 志 第 20卷　
　　本文作者对 2002年以来娃儿藤生物碱及其
类似物(包括结构相近的菲并喹喏里西定类生物
碱)的分子结构与抗肿瘤活性的构效关系以及抗
　　　　
肿瘤作用机制的最新研究成果进行综述 ,探讨具
有强活性的此类化合物的结构特征 ,以期为此类
生物碱进一步的结构修饰或改造提供参考 。
1　娃儿藤生物碱
从分子结构来看 ,娃儿藤生物碱由菲环部分
和吲哚里西定两部分组成。 2002年 , Sterk等[ 4]
从鹅绒藤属植物 Cynanchumvincetoxicum以及娃
儿藤属植物 Tylophoratanakae中分离得到 10种
娃儿藤生物碱(1、3、5 ～ 12),并在药物敏感细胞
系 KB-3-1和多药耐药性细胞系 KB-V1上进行了
细胞毒活性评价 ,结果见表 1。
Table1　Thecytotoxicactivityofthetylophoraalkaloids nmol·L-1
Compd. IC50KB-3-1 KB-V1 KB
tylophorine(1) 214 173
antofine(3) 16 14 4.3
6-O-desmethylantofine(5) 7 10 1
secoantofine(6) 2 630 2 440
6-O-desmethylsecoantofine(7) 403 425
7-desmethyltylophorine(8) 15 17
isotylophocrebrine(9) 43 54
antofineN-oxide(10) 110 160 120
14β-hydroxyantofineN-oxide(11) 100 160
secoantofineN-oxide(12) 2 550 3 300
14β-hydroxyantofine(13) 6.4
(-)-ficuseptineC(14) >500
rhodamine123 2 200 >500 000
　　结果显示 ,这 10个生物碱对两个细胞系均表
现出同样强烈的抑制生长活性 ,而阳性对照药若
丹明 123(rhodamine123)对 KB-V1没有活性 ,说
明此类生物碱不易被 P-糖蛋白泵出 。化合物 3、
5、10的活性远强于对应的 seco型化合物 6、7、
12 ,提示菲环结构对该类生物碱的高活性极为重
要;化合物 3的活性是其 N-氧化物 10的 10倍 ,提
示吲哚里西定环中游离氮原子的存在对活性影响
显著;化合物 3与 5、6与 7相比 , 6位用羟基代替甲
氧基 ,活性明显提高;化合物 8的活性为化合物 1的
14倍 ,显示菲环上取代基的变化对活性将产生显著
的影响。Toribio等[ 5]从 Cryptocaryaoubatchensis中
分离得到了 5个娃儿藤生物碱(3、5、10、13、14),并在
KB鼻咽癌细胞系上进行细胞毒实验(表 1)。结果
显示 , 3具有非常强的抑制作用 , 其 IC50值为
4.3 nmol·L-1。 6位甲氧基被羟基替代的化合物 5
的活性进一步提高 ,其 IC50值降至 1 nmol·L-1 ,这一
结果与 Sterk的研究结果一致;2, 3-二氧亚甲基代
替 2, 3-二甲氧基的化合物 14的活性大幅度下降 ,
其 IC50值大于 500 nmol·L-1 , 这一结果与 Fu
等 [ 6]在 HCT116、HT-1080和 A549人肺癌细胞
系上进行细胞毒试验得到的 antofine(3)菲环上
取代基和取代方式对活性的影响规律是一致的。
化合物 10的活性与 3相比明显下降 ,其 IC50值为
120 nmol·L-1 ,说明碱性氮原子的存在对高活性起
着重要作用。在化合物 3的 14位引入 R构型的羟
380
第 5期 张成刚等:娃儿藤生物碱及其类似物的抗肿瘤构效关系研究进展
基(化合物 13),活性略有下降。此外 , Damu等 [ 7]从
民间用作治疗感冒发烧等疾病的桑科榕属植物
Ficusseptica中分离得到 8个菲并吲哚里西定类生
物碱 , 并进行了细胞毒实验 , 结果显示 , 在
10mg·L-1 质 量 浓 度 下 , tylophorine(1)、
tylocrebrine(2)及其N-氧化物 、 isotylocrebrine(9)
及其 N-氧 化物 、 ficuseptinesA对 NUGC和
HONE-1肿瘤细胞的抑制率达到 82% ～ 97%,但
化合物 1的 吲哚里西定 环上的 脱氢产 物
dehydrotylophorine没有活性;在L-1210、 P-388、A549
以及 HCT-8肿瘤细胞系上 ,化合物 3的 IC50值小于
0.1 mg·L-1 ,显示出极强的细胞毒活性。由此可见 ,
菲环结构和游离的氮原子对高活性至关重要 ,同时 ,
菲环上的取代基和取代模式对活性有显著影响。
　　Fu等 [ 6]以 (-)-antofine(3)为原型化合物 ,
对菲环上的取代基进行修饰 ,合成了 9个不同取
代方式的消旋类似物 ,并在 HCT116、HT-1080和
A549人肺癌细胞系上进行了细胞毒试验。结果
显示 , (-)-antofine(3)较其消旋体活性高近 2
倍 ,提示消旋体中可能只有一种对映体具有明显
的细胞毒活性 ,另一种对映体作用甚微 。另外 8
个消旋体的细胞毒活性结果显示:菲环上取代基
的种类以及取代方式对化合物的细胞毒活性有很
大的影响 ,例如:当 2位的甲氧基被异丙氧基代替
时 ,活性丧失;当 3位或 6位的甲氧基被异丙氧基
代替时 ,活性没有明显改变 ,这一结果提示anto-
fine类似物的 2位不能容忍空间位阻较大的基团 ,
因为 2位空间位阻大的取代基可能会阻碍其与作
用位点的相互作用 ,从而导致活性丧失;当 2, 3-二
甲氧基被 2, 3-二氧亚甲基代替时 , IC50值上升 100
倍 ,此结果与 Toribio等[ 5]的研究结果一致 ,这再次
说明 2位空间位阻对活性是不利的;当 2位的甲氧
基被羟基代替时 , IC50值上升近 1倍;而 3位的甲氧
基被羟基代替时 ,活性没有明显改变;若 6位
为羟基取代 , IC50 值 由 9.9 nmol· L-1 降 至
1.1nmol·L-1 ,这与 Sterk等和 Toribiot等的研究
结果一致;而 6位没有取代基时 ,消旋体的 IC50值
由 29.4nmol·L-1上升至 49.3 nmol·L-1 ,这一结
果提示:与 antofine作用的受体在靠近 antofine的
6位的地方可能有一氢键受体位点 。Gao等 [ 8]在
HepG2人肝癌细胞系和 PANC-1人胰腺癌细胞系
上对系列娃儿藤生物碱进行细胞毒试验(表 2)。
结果显示 , (+)-tylophorine(15)与 DCB-3501
(16)、DCB-3503(17)相比 ,在 HepG2人肝癌细胞
系上 , 14位引入羟基导致细胞毒活性明显下降 ,引
入 R构型和 S构型的羟基后 , 其 IC50值由
11nmol·L-1 分 别 上 升 至 110 nmol·L-1 和
35nmol·L-1 。表 1中 ,在化合物 3的 14位引入
R构型的羟基(化合物 13),其活性也有一定程度
的下降 。DCB-3506(18)与化合物 17相比 , 3位羟
基代替甲氧基 ,活性大幅降低甚至丧失;N-氧化物
与对应的游离碱(19与 20、21与 22)相比活性显
著下降 ,提示游离的氮原子对活性很重要。对裸鼠
HepG2肝癌细胞的生长抑制试验表明 , 17和 20表
现出强烈的抑制活性 ,这可能与 14位的 S构型羟
基有利于药物在体内的代谢有关。
Gao等 [ 9]在 CEM细胞系上对 5个娃儿藤生
物碱(1、3、4、14、15)进行了细胞毒试验(表 2),结
381
中 国 药 物 化 学 杂 志 第 20卷　
果表明 , 15的活性是化合物 1的 3 ～ 4倍 , 说明
13aC的构型对活性有较大的影响;(-)-antofine
(3)与(-)-tylophorine(1)相比 ,在 7位增加甲氧
基导致活性明显下降;3与消旋 cryptopleurine(4)
相比 , 4的 E环为六元环 ,其活性上升 2 ～ 4倍;而
(-)-ficuseptineC(14)与化合物 3相比 ,活性大
幅下降 , 这与文献 [ 5 -6 ]报道的结果一致。
Huang等[ 10]从 Tylophoraatrofoliculata根中分离
得到 7个菲并吲哚里西定生物碱 ,以阿霉素作对
照药 ,在 KB和 HCT-8两个肿瘤细胞系上进行细
胞毒活性评价。结果显示 , TylophoridicineE(23)
与 tylophorinidine(20)相比 , A环单取代为羟基 ,
其活性大幅上升 ,而羟基在 B环 6位 ,相邻 7位为
甲氧基 ,则活性会降低 ,这一结果与 Gao等[ 8]在
HepG2和 PANC-1细胞上的实验结果相反。 24
和 20相比 ,在 14位引入 S构型羟基 ,在 KB细胞
系上 ,活性显著下降 ,而在 HCT-8细胞系上其活
性有所提高 。 20、22和其相应的 N-氧化物 tylo-
phoridicineC(19)、tylophoridicineF(21)相比 , N-
氧化物的活性明显下降。
Table2　TheSARoftylophoraalkaloids
Compd. R1 R2 R3 R4 R5 N GI50 /(nmol·L
-1)
HepG2 PANC-1 CEM
(-)-tylophorine(1) OMe OMe OMe H H(R) - 33±2 29±6 67±6
(-)-antofine(3) 4.9±0.4 2.2±0.3 5.2±0.5
rac-cryptopleurine(4) 1.5±0.2 0.5±0.1 2±0.5
(-)-ficuseptineC(14) 371±27 156±26 323±13
(+)-tylophorine(15) OMe OMe OMe H H(S) - 11±4 12±2 15±3
DCB-3501(16) OMe OMe OMe OH(R) H(S) - 110±45 -
DCB-3503(17) OMe OMe OMe OH(S) H(S) - 35±5 51±3
DCB-3506(18) OMe OH OMe OH(S) H(S) - >600 -
tylophoridicineC(19) H OMe OH OH(S) H(S) N+-O- 98±38 67±9
tylophorinidine(20) H OMe OH OH(S) H(S) - 11±5 7±0
tylophoridicineF(21) H OMe OMe OH(R) H(S) N+-O- 71±9 63±7
tylophorinine(22) H OMe OMe OH(R) H(S) - 20±6 11±4
tylophoridicineE(23) H OH OMe OH(S) H(S) - >5 000 >5 000
deoxytylophorinidine(24) H OMe OH H H(R) - 13±3 11±3
　　Chuang等 [ 11]对合成的娃儿藤碱 1以及化合
物 4、25、26,中间体 27 ～ 32以及氧化产物 33 ～ 36
在 MCF-7人乳腺癌细胞系 、NCI-H460人肺癌细
胞系和 SF-268人中枢神经癌细胞系上进行细胞
毒活性评价 。结果显示 ,化合物 1、4表现出强烈
的抑制细胞生长活性 ,而中间体和氧化产物没有
细胞毒活性(表 3)。 2007年 ,该研究小组再次研
究了这些化合物在 HONE-1和 NUGC-3肿瘤细
胞系的细胞毒活性(表 3)[ 12] 。以上实验结果表
明:1)菲环上的甲氧基对活性影响很大 , 25和 26
的 IC50值是化合物 1和 4的几十倍。 2)在 MCF-7
人乳腺癌细胞系 、NCI-H460人肺癌细胞系和 SF-
268人中枢神经癌细胞系上 ,化合物 4的活性最
强 ,提示菲并喹喏里西定的活性高于对应的菲并
吲哚里西定 。 3)相对于化合物 1、4,酰胺中间体
和氧化产物的活性很低甚至没有活性 ,提示菲环
和吲哚环 /喹喏环之间保持非平面性对保持活性
至关重要。
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第 5期 张成刚等:娃儿藤生物碱及其类似物的抗肿瘤构效关系研究进展
Table3　Thecytotoxicactivityonfivecancercelllines nmol·L-1
Compd. IC50MCF-7 NCI-H460 SF-268 HONE-1 NUGC-3
1 489±45 584±39 1 764±105 118±8 157±20
4 104±7 109±9 130±3 126±13 122±28
25 9 997±408 10 231±632 10 811±1213 5 399±120 8 588±1 079
26 10 053±1 460 8 867±1 319
　　2008年 , Su等[ 13]合成了两个娃儿藤生物碱
(3、37),并在 4种肿瘤细胞系上进行了细胞毒活
性试验(表 4)。结果表明 , 3和 deoxypergularinine
(37)均显示出很强的细胞毒活性 , 3的活性较 37
高近 100倍 ,提示该类生物碱 2位的甲氧基对于
高活性十分重要 ,而化合物 3和 37的氧化产物
(35、36)和酰胺(30)的活性大幅度降低 ,显示游
离氮原子对高活性的保持至关重要 。
Table4　Thecytotoxicactivityonfourcancercellines mg·L-1
Compd. EC50A549 MCF-7 KB KB-VIB
3 0.000 16 0.004 5 0.000 43 0.000 83
30 0.011 0.043 0.023 0.016
35 1.15 2.14 1.39 1.16
36 0.49 1.29 5.37 5.14
37 0.32 1.18 0.29 8.26
　　菲并喹喏里西定生物碱在自然界中分布稀
少 ,研究者常将该类生物碱与菲并吲哚里西定生
物碱一起进行研究。 Lou等[ 14]从束序苎麻(Boe-
hmeriasiamensis)中分离得到两个具有强烈抑制
肿瘤生长活性的菲并喹喏里西定生物碱束序苎麻
素 A(38)和束序苎麻素 B(39), 38的活性非常
强 ,在白血病细胞系 K562、肺癌细胞系 A549和
乳腺癌细胞系 MDA-MB-231等 12株肿瘤细胞系
上的 GI50值在 0.2 ～ 5.0μg·L-1 , 39的活性稍弱 ,
说明 B环的邻二取代基之一的 6位甲氧基被羟
基取代后活性下降。
HIF-1a在许多人肿瘤组织中的过度表达与
预后差和治疗失败相关。在临床前研究中 ,通过
基因或药物的方法控制 HIF-1a的活性可以控制
肿瘤的生长。 Cai等[ 15]以 HIF-1a介导的基因分
析方法对分布在东亚的多年生草药 Boehmeria
pannosa根的甲醇提取物进行研究 ,发现该提取
物具有强烈抑制 HIF-1a的作用 ,并从该提取物中
分得两个菲并喹喏里西定类生物碱 ,分别为(-)-
cryptopleurine(4)和 (-)-(15R)-hydroxycrypto-
pleurine(40),这两个化合物对缺氧诱导的 HRE
报告基因的表达均显示强烈抑制作用 ,其 IC50值
分别为 8.7、48.1 nmol·L-1。不难看出 ,在菲并
喹喏里西定类生物碱 4的 15位引入 R构型羟基
导致活性明显下降。前面提到 , Gao等[ 8] 在
HepG2人肝癌细胞系上 , 在 (+)-tylophorine
(15)的 14位引入 R构型羟基导致活性明显下
降;Toribio等[ 5]在 KB鼻咽癌细胞系上 ,在(-)-
383
中 国 药 物 化 学 杂 志 第 20卷　
antofine(3)的 14位引入了 R构型羟基 ,活性也略
有下降。这些结果表明 , 14位或 15位结构上的
变化对这两类结构近似的生物碱的活性影响规律
是一致的。
为了克服娃儿藤生物碱的中枢神经毒性和水
溶性差的问题 , Wang等 [ 16]设计并合成了氮杂菲并
吲哚里西定类化合物 41和氮杂菲并喹喏里西定类
化合物 42。活性研究显示 ,两者对 BEL-7402和
MOLT-4细胞均有较强的抑制生长活性 ,其中 E环
为六元环的 42较 41活性更强 ,而且两者的苦味酸
盐的活性显著增强 ,在 1×10-4 mol·L-1浓度时其苦
味酸盐对 BEL-7402细胞的生长抑制率分别为
66.6%、85.2%;同时 ,他们还首次合成了一个新菲并
吲哚里西定化合物 43,该化合物(1×10-5 mol·L-1)
对白血 病细 胞 MOLT-4 生 长 的抑 制率 达
62.5%[ 17] 。
2　基于娃儿藤生物碱设计的类似物
Sharma等[ 18]基于具有显著抑制癌细胞生长
和抗有丝分裂活性的天然产物 combretastatinsA4
设计并合成了 seco型菲并吲哚里西定生物碱
septicine(44)及其类似物 45 ～ 48,并进行了细胞
毒试验 ,同时探讨了 septicine及其类似物与细胞
毒活性之间的关系。他们发现化合物 44没有细
胞毒活性 ,其前体化合物 45和类似物 46也没有
活性;但当化合物 46A环上的 3个甲氧基被 4位
甲硫基取代(化合物 47),化合物显示出较弱的细
胞毒活性(平均 GI50值为 23.6 μmol·L-1);若还
原为化合物 48,则活性丧失 。从这些数据可以看
出 , seco型菲并吲哚里西定类化合物 (44、48)没
有细胞毒活性 ,这与前面文献报道的结论一致 ,也
再次说明菲环的存在对于娃儿藤生物碱高活性保
持是非常重要的 。 1991年研究人员从 Tylophora
indica的地上部分分离得到 tyloindicineI(49),它
在纳摩尔级浓度时对癌细胞有选择性的细胞毒活
性 。Kimbal等 [ 19] 尝试合成该生物碱及其类似
物 ,但是未获成功 , 仅得到中间体 NSC707904
(50)。美国国家癌症研究所对中间体 50在 60
个肿瘤细胞系上进行活性筛选 ,结果显示该化合
物具有选择性细胞毒活性 ,例如:在 HCT-116结
肠癌细胞系上 , 50的 IC50值为 0.39μmol·L-1 ,并
发现其作用机制不同于化合物 49。之后他们又
合成了 17个类似物 ,但这些类似物对 HCT-116
细胞系的细胞毒活性均低于化合物 50,提示在 A
环或 B环增加取代基都会导致活性下降 。 2008
年 , Kimbal等 [ 20]进一步考察了化合物 50的 8aC
的构型对活性的影响 ,在 HCT-116细胞系上 , R
构型 、 S构型对映体的 IC50值分别为 0.20、
46μmol·L-1 ,说明 8aC的构型对活性有显著影
响 。Sharma和 Kimbal的研究结果表明 , A环取代
基数目增多会导致活性下降 ,但 Sharma的试验结
果显示 B环可以容忍一个或两个取代基。
384
第 5期 张成刚等:娃儿藤生物碱及其类似物的抗肿瘤构效关系研究进展
　　最近 , Banwel等 [ 21-22]基于菲并喹喏里西定
生物碱(4, IC50值为 0.003 μmol·L-1)和 其 seco
型生物碱 julandine设计合成了系列 C8c-C15键
断开的类似物 51 ～ 58,并在 19个肿瘤细胞系上进
行细胞毒试验 ,结果显示 , C8c-C15键断开的类似
物 51 ～ 54的 IC50值上升至 6 ～ 18 μmol·L-1;而
seco型生物碱 julandineC8c-C15键断开的类似物
55 ～ 58的活性更低 , IC50值均高于 20μmol·L-1。
　　Wei等 [ 23-24] 深入研究了 cryptopleurine(4)
C8c-C15键断开的类似物和 tylophorine(1)C8c-
C14键断开的类似物的细胞毒活性及构效关系。
与 Banwel等人的研究不同 ,他们借鉴 Sterk提出
的增加娃儿藤生物碱及类似物的分子极性以降低
其神经毒性的观点 ,设计合成了系列极性化合物 ,
其中 ,部分高活性化合物 (59 ～ 67)的结构和对
A549肿瘤细胞株的 IC50值见表 5。
Table5　TheIC50 valueonA549celllinesofcompounds59-67
Compd. RorR′ IC50 /(μmol·L-1) Compd. RorR′ IC50 /(μmol·L-1)
59 2.7 64 0.15
60 2.7 65 0.13
61 0.16 66 0.07
62 0.2 67 0.09
63 0.08
　　细胞毒活性数据显示:取代菲-9-羧酸没有活
性 ,提示 9位侧链对于活性很重要;当有活性侧链
存在 ,但两个苯环未偶联成菲环时 ,也没有活性;
两种取代模式的菲环 9位连接上极性基团(如氨
基酸或氨基醇)均有活性 ,且后者活性稍强 ,但连
接方式很重要 ,如果通过羰基相连 ,活性很差 ,而
通过亚甲基连接 ,活性大大提高 ,这可能与亚甲基
可以自由旋转而以某种合适构象与靶点作用有
关 ,同时也说明侧链碱性氮原子的重要性;菲环 6
位取代基由甲基或苄基变为羟基 ,活性显著下降 ,
提示在此位置化合物与靶点的相互作用是疏水
的 ,这与菲并吲哚里西定类化合物的情况相反;对
比两种菲环的取代方式 , 2, 3-氧甲基取代比 2, 3-
二甲氧基取代活性明显提高 ,这一结果也与 ant-
ofine的类似物情况相反 ,以上研究结果显示 ,这
类化合物的抗肿瘤作用机制可能不同于娃儿藤生
物碱。在此基础上 ,研究人员在 9位引入更多的
极性基团 ,考察其细胞毒活性 ,丰富了该类化合物
的构效关系研究 ,同时还从中选出 3个化合物
(62 ～ 64)进行体内活性实验 。结果显示:9位取
代基末端氢键的存在对活性至关重要 ,这可能有
利于与靶点的相互作用 ,同时 ,侧链氮原子与末端
氧原子间的距离也对活性有影响;化合物 62 ～ 64
对应的盐酸盐(65 ～ 67)的活性大多有所提高 ,这
385
中 国 药 物 化 学 杂 志 第 20卷　
可能是由于盐酸盐的水溶性更好所致;化合物 66
在 10 mg·kg-1剂量下对小鼠显示出较强的抑制
人肺癌肿瘤细胞的生长活性且没有发现毒性。另
外 ,此类基于娃儿藤生物碱设计的极性化合物和
化合物 3一样 ,对耐药细胞系 KB-VIN同样有效 ,
其作用机制明显不同于目前临床上使用的化疗药
物 。Gao等 [ 9]对该类化合物的细胞毒活性和作用
机制进行了研究 , 结果显示 , 这些化合物对
HepG2、PANC-1以及 CEM细胞的 IC50值也在微
摩尔浓度水平。尽管 Banwel和 Wei合成的 C8c-
C15开环类似物中的部分化合物具有较好的细胞
毒活性 ,但与娃儿藤生物碱相比 ,其活性存在较大
差距。
3　娃儿藤生物碱及其类似物的抗肿
瘤作用机制
　　Lee等[ 25]对(-)-antofine(3)的作用机制进
行了研究 ,用培养的 Col2人结肠癌细胞作为实
验对象 ,在 antofine的诱导下 ,孵化 48 h后 ,细胞
的生长停阻在 G2 /M期;菌落形成实验显示 ,抑制
细胞生长与药物剂量呈正相关 ,提示化合物 3是
通过阻止细胞周期从而抑制肿瘤细胞的生长。 Xi
等 [ 26]以 antofine为探针 ,首次研究了该生物碱与
DNA的相互作用 ,通过荧光光谱法和热熔实验检
测该生物碱与双螺旋低聚核苷酸的结合情况 ,结
果显示 antofine易与凸起的 DNA相结合 。之后 ,
他们又研究了 antofine与烟草花叶病毒 RNA的
相互作用 ,根据结果推测 antofine容易与 oriRNA
相结合 ,干扰病毒组装启动过程 ,从而可以强烈地
抑制病毒的生长 [ 27] 。
Gao等 [ 3] 合成的 4个娃儿藤生物碱(15 ～
18)对 HepG2肝癌细胞和 KB鼻咽癌细胞都显示
很强的抑制生长作用 。接种 HepG2的小鼠体内
实验结果表明 , 17同样显示出强烈的抑制肿瘤细
胞生长作用 。HepG2肝癌细胞较 KB鼻咽癌细胞
对化疗药物更敏感 , KB细胞对依托泊苷 、羟基脲
和喜树碱等抗癌药物有耐药性 ,但化合物 15 ～ 18
在 KB细胞上表现出在 HepG2细胞上相似的敏
感性。在 HepG2细胞系上 ,与目前常用的抗肿瘤
药物不同 , 3μmol·L-1的 17不能引起 DNA断裂
或细胞凋亡 ,进一步研究表明 ,该化合物能够诱导
白蛋白表达 、降低甲胎球蛋白表达 ,提示该生物碱
能诱导 HepG2细胞分化 。化合物 15 ～ 18没有交
叉耐药性 ,意味着该类化合物的作用机制与目前
使用的抗肿瘤药物的机制是不同的 ,其作用靶点
可能是一种新的蛋白质。在胰腺癌细胞系上的进
一步研究表明 , 17能够对某些细胞周期调节蛋白
产生影响 ,从而影响胰腺癌细胞的细胞周期 ,同时
还通过抑制 IKK调节 NF-κB的活性 ,从而表现出
强烈的抑制生长作用[ 28] 。 2008年 ,他们又发现 ,
(-)-antofine(3)和结构相似的 (-)-ficuseptine
C(14)对肿瘤细胞的作用机制不同 ,而且这两个
娃儿藤生物碱与 Wei等合成的 C8c-C15键断开
的极性化合物(62 ～ 64)的作用机制也不相同 ,提
示娃儿藤生物碱及其类似物尽管分子结构相似 ,
但作用机制可能不同 [ 9] 。
Yan等 [ 29]对菲并喹喏里西定类生物碱 boeh-
meriasinA(38)的作用机制进行了研究。试验结
果显示该生物碱使 MDA-MB-231人乳腺癌细胞
周期停阻在 G1期而并非是诱导肿瘤细胞凋亡 ,
这一结论从信使 RNAcyclinE2和 cyclinD1的表
达降低得到支持;细胞形态学研究表明 ,化合物
38是通过诱导细胞分化 ,进而抑制 MDA-MB-231
细胞的增殖 。
Wu等 [ 30]研究了 tylophorine(1)的作用机制。
在 HepG2、 HONE-1和 NUGC-3细胞系上 , 1表现
出很强的细胞毒活性 ,其 IC50值分别为 237、114 、
134nmol·L-1 ,且经 1处理过的细胞不能再增殖;
进一步的实验结果显示 ,经化合物 1作用的细胞 ,
G1期的细胞数量增加 ,提示该生物碱使细胞周期
停滞在 G1期 ,从而抑制肿瘤细胞的生长和增殖。
他们还发现 ,经 1处理过的 3株肿瘤细胞 ,其蛋白
水平均下降 ,例如:经 2 μmol·L-1化合物 1作用
后 , cyclinA2蛋白水平 24 h内均呈线性下降趋
势 ,提示化合物 1通过转录作用降低 cyclinA2的
表达 ,使细胞周期停滞在 G1期。 Lin等 [ 31] 在他
们前期工作 [ 23-24]的基础上 ,选取 63作为受试药
物 ,在 5株人肺癌细胞系上进行作用机制研究 ,
DNA流式细胞计数结果显示 ,该化合物诱导细胞
周期停滞在 G2 /M期 ,并且激活了细胞凋亡蛋白。
cDNA微阵列分析显示 , 63使诸如 MAPK和细胞
凋亡等信号通道基因表达上升 ,从而显著抑制代
谢酶基因的表达。进一步研究显示:影响肺癌细
胞生存的主要信号通道与 Akt和 NF-κB的失活
有关 , 63通过抑制 NF-κB信号通道而影响肿瘤细
胞生长 。最近 ,他们在 A549和 CL1-0细胞系上
研究了活性很强的另一个 C8c-C15键断开的极
性化合物 68(IC50值为 0.08μmol·L-1)对 Akt和
386
第 5期 张成刚等:娃儿藤生物碱及其类似物的抗肿瘤构效关系研究进展
NF-κB信号通道的影响 ,结果表明 ,该化合物能
够抑制 NF-κB信号通道和 Akt蛋白的活性 ,其抑
制活性比化合物 63更强烈 [ 32] 。
4　小结
综上所述 ,娃儿藤生物碱的结构与抗肿瘤活
性的初步构效关系如下:1)菲环以及吲哚里西定
环(或喹喏里西定环)是该类生物碱具有高活性
的关键结构 ,萘环结构或 A、B环未偶联成菲环的
seco型类似物的活性显著下降甚至丧失 ,而 C8c-
C14键断开的类似物的 IC50值大多在微摩尔级水
平上。 2)菲环上不同的取代模式和取代基对活
性有显著的影响。 3)氮原子的存在形式以及
13aC的构型对活性也有明显影响 。 4)14位引入
羟基不利于体外细胞毒活性 ,但在体内实验时 ,实
验结果有所不同。作用机制研究显示 ,该类化合
物主要是通过作用于细胞周期从而抑制肿瘤细胞
的生长 。
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