磺酰胺類藥物的抗腫瘤活性及其機制

磺酰胺類藥物的抗腫瘤活性及其機制

磺酰胺藥物作為抗菌藥物已經(jīng)使用了幾十年。它具有廣的抗菌譜、穩(wěn)定的性質、方便的使用和價格低廉?，F(xiàn)在它也是一種常用的抗抗生素藥物。隨著對磺酰胺類化合物研究的深入,人們發(fā)現(xiàn)其有著更廣泛的生物活性,例如利尿、抗甲狀腺、抗糖尿病、抗低血糖、治療白內障等。近年來,大量具有抗腫瘤活性的磺酰胺類化合物被報道,其中一些化合物已進入臨床試驗階段。這些化合物作用于不同的分子靶點,顯示出顯著的生物活性,同時有的化合物還對不同的作用靶點表現(xiàn)出高度選擇性和特異性。文中將根據(jù)磺酰胺類化合物的作用靶點,介紹其在抗腫瘤藥物研究中的最新進展。1構合物磺酰胺中間產(chǎn)物2的結構微管由α和β兩種微管蛋白的異二聚體組成,其聚合和解聚的動力學特性,在細胞有絲分裂過程中發(fā)揮著重要作用。藥物結合到微管或者微管蛋白的特定位點,干擾微管的聚合和解聚,進而影響細胞有絲分裂。針對微管參與細胞分裂增殖的生物學特性,干擾和阻斷微管功能的藥物被運用于腫瘤的治療。細胞分裂周期的調控由內在和外在的2類途徑通過細胞周期關卡進行控制。通過關卡實現(xiàn)時相的過渡受到細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependentkinases,CDKs)的激活、CDKs的失活、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白(cyclin-dependentkinaseinhibitors,CKIs)的激活以及泛蛋白介導的蛋白水解等因素的影響。腫瘤細胞生長表現(xiàn)為細胞增殖失控、細胞周期和關卡調控失控。因此,CDK可作為抗腫瘤藥物的靶點。E7010(ABT-751,1)是日本Eisai公司研制的一種微管蛋白抑制劑,通過鍵合到β-微管蛋白的秋水仙堿位點而抑制微管聚合,導致細胞周期中止于G/M期,從而誘導細胞凋亡。單獨使用E7010,對多種移植腫瘤包括結腸癌、非小細胞肺癌、乳腺癌、胰腺癌等顯示出抗腫瘤活性。E7010與其他藥物聯(lián)合化療,對急性白血病有治療效果。目前正作為口服抗有絲分裂藥物進行臨床試驗。E7010等微管蛋白抑制劑和細胞周期抑制劑的結構式見圖1。Chang等設計合成了含有吲哚環(huán)的苯磺酰胺化合物2,能夠顯著地抑制微管蛋白聚合,其中2a和2b的IC50值分別為1.1和1.2μmol·L-1,而秋水仙堿和CombretastatinA-4的IC50值分別為3.3和1.2μmol·L-1,研究表明這類化合物也是通過鍵合到微管的秋水仙堿位點而發(fā)生作用的。此外,2a對多種人類癌細胞的增殖有抑制作用,如對KB,MKN45,H460,HT29,TSGH和KB-vin10細胞的IC50值分別為9.6,8.8,9.4,8.6,10.8,8.9nmol·L-1。Hu等設計合成了一系列含有咔唑結構的E7010類似物3,其中3a-e對人白血病細胞顯示了很強的抗增殖活性,IC50值為46~57nmol·L-1。構效關系研究結果表明,咔唑環(huán)上N原子的烷基化對化合物產(chǎn)生細胞毒性是必要的,而苯環(huán)上連接3,4,5-三甲氧基可以提高活性。初步的作用機制研究表明,這類化合物是通過上調p53的表達和促進Bcl-2磷酸化,使腫瘤細胞周期停止于M期,誘導細胞凋亡。Hu等把3中的苯環(huán)用嘧啶和吡啶代替又設計合成了系列化合物4,其中含有吡啶結構的4a和4b對人白血病細胞顯示了強的抗增殖活性,IC50值分別為122和101nmol·L-1,同時4a對白血病CEMT細胞、白血病Molt-3T細胞、肝癌Bel-7402細胞、乳腺癌MCF-7細胞、前列腺癌DU-145細胞、前列腺癌PC-3細胞和惡性黑素瘤DND-1細胞顯示了較強的抗增殖活性。構效關系研究表明含有嘧啶環(huán)的化合物抗增殖活性明顯低于含有吡啶環(huán)的化合物。Kamal等參照E7010(1)和LY33169(5)的結構,在磺酰胺的N原子和吡啶環(huán)之間插入酰氨基,設計合成了一系列具有E7010和LY33169結構特征的化合物6,同時也具備了磺酰肼的結構片段。在對60種人癌細胞株的活性篩選中,化合物6a,6b,6c幾乎對所有的細胞株都顯示了抑制作用,與E7010的效果相當。其中,6c對白血病、惡性黑素瘤、肺癌、結腸癌、腎癌和乳腺癌細胞的GI50值為3.2~9.6μmol·L-1。此外,這些化合物還顯示出了較強的抗菌活性。E7070(indisulam,3)為日本Eisai公司研制的另一種磺酰胺類抗腫瘤藥物,對裸鼠體內移植的人結腸癌HCT116,LS174T,SW620和HCT15細胞,肺癌LX-1,PC-9細胞有明顯的抑制作用,而且能使HCT116和LX-1移植癌完全消退。研究表明,E7070誘導劑量和時間依賴性的細胞周期G1期的阻斷,同時延遲G1/S的轉變和S期的進程,導致G2期的阻斷,從而使細胞凋亡。E7070的獨特抗瘤譜及其對細胞周期調節(jié)因子cyclinE,cdk2和cyclinH的作用,表明與現(xiàn)有療法相比,其具有新穎的作用機制,屬于一類新的細胞周期抑制劑。目前,E7070正在進行臨床試驗。Owa等合成了10個含有吡啶磺酰胺結構的E7070類似物8,其中8a,8b,8c,8d對人結腸癌HCT116細胞的IC50值為0.19~0.26μmol·L-1。8e(ER35745)具有很好的口服效果,對裸鼠體內移植的人結腸癌HCT116細胞的IC50值為0.71μmol·L-1。微陣列分析表明,8e(ER35745)和E7070有著相同的抗腫瘤作用機制。Bouissane等基于E7010和E7070的結構特征,設計合成了18個含有吲唑的苯磺酰胺衍生物9(R1=H,Me,OMe,Br,SO2NH2;R2=H,Me;R3=H,Cl,4-MeOPh)。對鼠白血病細胞株L1210的抗增殖活性測試表明,9c的活性最強,IC50為0.44μmol·L-1,9b,9c的IC50值分別為0.98和0.923μmol·L-1。在對人前列腺癌DU145、結腸癌HCT116、結腸腺癌HT129細胞的抗增殖活性測試中,9a,9b,9c的IC50值為0.38~1.18μmol·L-1。流式細胞術研究表明,此類化合物也是通過抑制微管蛋白的聚合而干擾細胞周期。JNJ-7706621(10)由Lin等設計合成,有明顯的抑制CDK活性,對CDK1和CDK2的IC50值分別為6和2nmol·L-1。同時其對人宮頸癌HeLa細胞、結腸癌HCT116細胞、黑色素瘤A375細胞顯示了抗增殖活性,IC50值分別為284,254,447nmol·L-1。Lin等用吡啶環(huán)代替JNJ-7706621中的三唑環(huán)合成了一系列化合物11,其中化合物11a和11b對CDK1的IC50值分別為0.36和0.26μmol·L-1,對CDK2的IC50值分別為0.18和0.084μmol·L-1。對人宮頸癌HeLa細胞、結腸癌HCT116細胞、黑色素瘤A375細胞有一定的抑制活性,IC50值為2.9~17.2μmol·L-1。構效關系研究表明,改變吡啶環(huán)上的2,6-二氟苯環(huán)(或者去掉1個氟原子)都將降低其活性,磺酰氨基的缺失也降低化合物的活性。JNJ-7706621的水溶性很差,導致其在嚙齒動物中的口服生物利用度低。為了提高JNJ-7706621的水溶性,Huang等通過在磺酰氨基的N上引入酰基,合成了一系列前藥12,大部分具有良好的水溶性。對鼠的藥動學研究表明,乙酰化的JNJ-7706621被代謝后產(chǎn)生活性化合物JNJ-7706621。2化合物的結構表征碳酸酐酶(carbonicanhydrases,CAs)是一類分布廣泛的含鋅金屬酶,能夠催化CO2的可逆水合反應,產(chǎn)生參與人體多種生理過程的HCO3-及H+。近年來,隨著碳酸酐酶同工酶的不斷發(fā)現(xiàn),人們發(fā)現(xiàn)某些CAs與腫瘤之間存在著聯(lián)系。例如,碳酸酐酶II(CAII)在惡性腦瘤、胃和胰腺腫瘤上高表達;碳酸酐酶IX(CAIX)、XII(CAXII)僅存在腫瘤細胞中。因此,尋找其抑制劑并用于腫瘤治療成為碳酸酐酶研究的熱點之一。經(jīng)典的碳酸酐酶抑制劑(CAI)包括乙酰唑胺(acetazolamide,AAZ)、甲酰唑胺(methazolamide,MZA)、乙氧唑胺(ethoxzolamide,EZA)等,而最近合成的碳酸酐酶抑制劑也主要為磺酰胺類化合物。Vullo等對一系列雜環(huán)磺胺類和芳香環(huán)磺胺類的CAI篩選時發(fā)現(xiàn),一些化合物對CAIX的Ki值為14~50nmol·L-1,其中13和14對CAIX的Ki值為14和16nmol·L-1,同時這些化合物對白血病、非小細胞肺癌、卵巢癌、黑色素瘤、結腸癌、神經(jīng)瘤、腎癌、前列腺癌、乳腺癌等細胞的生長也顯示出了有效的抑制作用,50%生長抑制濃度(GI50)為10~75nmol·L-1。13,14和其他CAI的結構式見圖2。Ilies等設計合成了鹵代苯磺酰胺15~17和含有1,3,4-噻二唑環(huán)的鹵代苯磺酰胺化合物18,19,對CAIX顯示出了明顯的抑制活性,其中化合物17a對CAIX的Ki值為12nmol·L-1,是AAZ的2倍。單鹵代的磺酰胺15和乙酰氨基磺酰胺16顯示了中等活性(Ki值為196~294nmol·L-1),雙鹵代的磺胺19顯示了較強的抑制活性(Ki值為12~86nmol·L-1)。對于含有1,3,4-噻二唑環(huán)的鹵代苯磺酰胺化合物19,雙鹵代(Ki值為21~41nmol·L-1)均優(yōu)于單鹵代(Ki值為38~79nmol·L-1);化合物19苯環(huán)上的氨基乙酰化后,抑制活性均降低。含有碘的化合物18a,19a-c對CAIX無活性,在活性好的雙鹵代化合物中,至少有一種鹵元素為氯或氟。Wimum等設計合成了一類含有肼的苯磺酰胺類化合物20,21等,對CAIX的抑制常數(shù)Ki值為3.2~8.6nmol·L-1,其中化合物20a的Ki值為3.2nmol·L-1,明顯優(yōu)于AAZ,MZA,EZA等臨床用藥。當化合物21中的磺酰氨基被移至苯酰肼的鄰位時,活性明顯降低。Villar等設計合成了苯并噻吩-1,1-二氧化物的5或6-磺酰胺類衍生物22等,其對人結腸癌HT-29、肺癌HTB-54、白血病CCRF-CEM、白血病K-562、黑色素瘤MEL-AC等細胞株有明顯的細胞毒作用,IC50值為0.001~100μmol·L-1,其中22a-d的IC50值為0.001~2.89μmol·L-1。活性最強的化合物22d對上述5種細胞的IC50值分別為0.007,0.20,0.005,0.001,0.009μmol·L-1,抑制CCRF-CEM和MEL-AC細胞、正常人肺纖維細胞增長的GI50值與多柔比星(doxorubicine)相當。Innocenti等報道,具有上述結構特征的化合物23,24等對CAII,CAIX顯示強抑制活性,有些化合物更選擇性地抑制CAIX,其中23a,23b,24a,24b,24c對CAIX的抑制常數(shù)Ki分別是15,13,10,3.1,2.8,13nmol·L-1。為了尋找具有口服活性的CAIX抑制劑類抗腫瘤藥物,Vullo等合成了含硫脲的苯磺酰胺化合物25,26,對CAIX有較強的抑制活性,Ki為10~37nmol·L-1,與傳統(tǒng)臨床用藥AAZ,MZA,EZA等對CAIX的抑制活性相當。其中化合物25a,25b,25c,26對CAIX的抑制活性明顯優(yōu)于對CAII,CAI的抑制,如化合物25a,Ki(CAII)/Ki(CAIX)為38,Ki(CAI)/Ki(CAIX)為45。3含磺酰胺基的硫酸類似物葉酸是腫瘤細胞的必要營養(yǎng)物質,抗葉酸劑一直是治療各種腫瘤的重要藥物,它通過抑制葉酸依賴性酶,如二氫葉酸還原酶(dihydrofolatereductase,DHFR)、胸苷酸合酶(thymidylatesynthase,TS)、甘氨酰胺核苷酸甲?；D移酶(glycinamideribonucleotidetransformylase,GARTfase)和氨基咪唑-4-甲酰胺基核苷酸甲酰基轉移酶(aminoimidazole-4-carboxamideribonucleotidetransformylase,AICARTfase)等,阻斷嘌呤、核酸和某些氨基酸的生物合成,導致腫瘤細胞凋亡。近年來合成的一些含磺酰胺基的葉酸類似物,豐富了抗葉酸劑的研究內容。Pawelczak等設計合成了含有苯磺酰胺結構的葉酸類似物27c-i,其中化合物27c和27d分別是TS抑制劑CB3717(27a)和ICI198583(27b)的類似物,27e-i為27d中的谷氨酸被不同氨基酸代替而得到的化合物。用-SO2NH-代替-CONH-而得到的化合物27c,27d分別相對于CB3717、ICI198583對TS的抑制活性降低,對小鼠白血病L5178Y細胞的抑制活性也降低。含有L-正纈氨酸(L-norvaline)的化合物27i對胸苷酸合酶的抑制活性比27e強2~5倍,但對L5178Y細胞增殖的抑制能力下降了4~5倍,化合物27e-h對TS的抑制活性均沒有提高,對L5178Y細胞的抑制活性均有所降低。27a~i和其他葉酸依賴性酶抑制劑的結構式見圖3。BW1540(28a)和BW2315(28b)對人氨基咪唑-4-甲酰胺基核苷酸甲?；D移酶/次黃嘌呤核苷酸環(huán)化水解酶(ATIC,一種葉酸依賴性的雙功能酶)的抑制Ki值達到8和6nmol·L-1,對GARTfase,DHFR和TS的抑制Ki值也可達到mmol·L-1水平,其中BW1540對DHFR的Ki值低于nmol·L-1。BW1540對人結腸癌細胞的IC50值為0.7~3μmol·L-1,BW2315的IC50值為1~5μmol·L-1。與其他葉酸依賴性酶抑制劑相比,BW1540和BW2315對AICAR轉移酶活性位點的選擇性抑制,為進一步設計含有磺酰胺基的抗葉酸劑提供了新思路。Al-Rashood等設計合成了含有喹唑啉酮結構的苯磺酰胺化合物29,對哺乳動物DHFR顯示了較強的抑制活性,IC50值分別為2.0,10.0,2.0,5.0,10.0,7.0μmol·L-1。含有溴的化合物29c,29d的IC50值明顯較高,說明溴的引入有助于提高酶抑制活性。4其他a、c、l-4-羥基苯磺酰胺hvmec抑制劑的合成甲硫氨酰氨肽酶(methionineaminopeptidase,MetAP)在除去新生成的多肽鏈N端第一個不必要的甲硫氨酸過程中起著關鍵作用,是與蛋白成熟相關的重要酶之一。根據(jù)氨基酸的序列,MetAP分為2種亞型,即I型酶MetAP1和II型酶MetAP2。與正常細胞相比,MetAP2在腫瘤細胞中表達的濃度較高,對腫瘤細胞的增殖和生長至關重要。因此,以MetAP2為靶點尋找抗腫瘤新藥成為藥物化學家關注的焦點之一。Kawai等設計合成了含有鄰氨基苯甲酸的苯磺酰胺類化合物30~32,對MetAP2有較強的抑制作用,對人微管內皮細胞(HMVECcellline)增殖也具有較強的抑制效果,其中31,32對MetAP2的IC50值為0.009~0.027μmol·L-1,對HMVEC細胞株的IC50值為0.13~0.5μmol·L-1,明顯強于化合物30。對MetAP2活性最強的化合物為32a,IC50值為9nmol·L-1,對HMVEC細胞株活性最強的化合物為30d,IC50值為0.1nmol·L-1?；衔?0~32和其他MetAP2抑制劑的結構式見圖4。在此基礎上,Sheppard等以上述化合物30d和32a為先導化合物,通過改變苯環(huán)上的取代基設計合成了化合物33(R2為H,F,Cl,CH3,CF3;R1為不同取代伯胺)。這些化合物對MetAP2有強抑制活性,IC50為0.009~0.79μmol·L-1,其中33b的IC50為9nmol·L-1。對人纖維肉瘤源細胞株HT1080也顯示了良好的抗增殖活性,絕大部分化合物EC50<1μmol·L-1,其中33a的EC50為6nmol·L-1。生物活性測試表明在苯環(huán)上引入氨基使得這些化合物相對于先導化合物32a對MetAP2的抑制活性有所降低,但對HT1080細胞的抗增殖活性有了很大的提高。此后,Wang等鑒于化合物30d對酶抑制活性強且與蛋白高度鍵合,剛性的四氫萘環(huán)能很好地進入到酶活性位點的疏水腔,但存在細胞毒活性差的特點,通過改變其結構中鄰氨基苯甲酸苯環(huán)上的取代基設計合成了一系列5,6-二取代的苯磺酰胺類化合物34。大部分化合物對MetAP2顯示了強抑制作用,IC50為0.015~0.1μmol·L-1;對HT1080細胞也顯示了較強的抑制作用,EC50為0.06~0.48μmol·L-1。其中活性最強的化合物為34a和34b,對MetAP2的IC50分別為0.026和0.015μmol·L-1,對HT1080細胞的EC50分別為0.07和0.06μmol·L-1。5苯磺酰胺part和oxamflatin的合成組蛋白去乙酰酶(histonedeacetylase,HDAC)在調控一些腫瘤抑制基因的表達中起著關鍵的作用,抑制HDAC的活性可以抑制許多腫瘤細胞的生長,導致其分化和死亡。不當?shù)慕M蛋白去乙?；墒鼓[瘤(如白血病)細胞中基因表達受阻,HDAC抑制劑通過抑制HDAC活性使組蛋白乙?；?重新激活并恢復正常的基因表達,最終誘導腫瘤細胞分化和死亡。因此,設計與合成HDAC抑制劑成為抗腫瘤藥物的研究思路之一。Bouchain等參照高效HDAC抑制劑天然產(chǎn)物曲古抑菌素A(trichostatinA,TSA)、其類似物Zolinza(suberoylanilidehydroxamicacid,SAHA)和Oxamflatin的結構設計合成了苯磺酰胺類化合物35,36等。所合成化合物對HDAC顯示了強的抑制作用,IC50值分別為0.01~0.5和0.4~4μmol·L-1,其中化合物35a,35b,36a對HDAC的IC50值分別為0.01,0.04,1μmol·L-1。研究表明這些化合物可誘導組蛋白去乙酰化,導致P21WAF1/Clp1的表達增加,使癌細胞周期進程停滯于G2/M期。其結構式見圖5。在上述工作的基礎上,Bapna等又合成了一系列化合物37,38等,其中一些對HDAC有一定的抑制活性,同時對人臍靜脈內皮細胞(humanumbilicalveinendothelialcells,HUVECs)也顯示了一定的抑制活性,例如化合物37a,38a對HUVECs的IC50均為2μmol·L-1。Anandan等在總結HDAC抑制劑結構及其與酶結合的晶體學數(shù)據(jù)基礎上設計合成了化合物39,體外活性測試表明對HDAC的IC50值為0.07~2.6μmol·L-1,其中化合物39a和39b的IC50值分別為0.09和0.07μmol·L-1?；衔?9對乳腺癌細胞株MCF-7的GI50值為0.35~10μmol·L-1,其中化合物39a的GI50值為0.35μmol·L-1。構效關系分析表明,芳環(huán)上連有供電子基團時比連有吸電子基團時更能產(chǎn)生有效的抑制活性。去掉磺?；驅⑵滢D變?yōu)轷；鶗r,化合物的生物活性顯著降低。在此基礎上,作者保留磺酰胺基,同時將羥基肟酸轉變成α,β-不飽和羥基肟酸,合成了化合物40。但除化合物40a外,其他化合物的活性并沒有得到改善。6胞毒性藥物血管生成在腫瘤生長和轉移過程中起著重要的作用。腫瘤的“血管生成啟動”(angiogenesisswitch)是以癌基因激活腫瘤表達血管生成因子的前體蛋白為特征,血管內皮細胞生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)屬于此類前體蛋白,因此,VEGR成為抗腫瘤藥物的靶點之一。LY32262和LY33169為EliLilly公司研制,為細胞毒性抗增殖藥物。對鼠結腸腺癌-38、人結腸癌-116、人前列腺癌LNCaP和人乳腺癌WSU-Br-1有治療效果。Lobb等改變LY32262和LY33169結構中苯環(huán)上的取代基,設計合成了化合物41和42等。其中苯環(huán)二取代的化合物41對VEGF的IC50為0.20~0.63μmol·L-1(LY33169的IC50為0.17μmol·L-1)。當苯環(huán)無取代基和單取代時對VEGF的抑制活性降低,苯環(huán)2,4位有取代基時生物活性比較好,在其他位置的取代基使VEGF抑制活性降低。2,4-二取代基中若其中一個含有小體積的烷基(如甲基、乙基)時,化合物的活性變化不大,若其中之一含有強吸電子基或強供電子基時,化合物的活性將降低。化合物42對VEGF的IC50值<1.0μmol·L-1,其中化合物42a,42b,42c為0.21~0.25μmol·L-1。VEGF抑制劑的結構式見圖6。Mader等用雜環(huán)代替LY32262和LY33169中苯磺酰氨基上硫原子所連的苯環(huán)合成了雜環(huán)磺酰胺類化合物43~45等,大部分對VEGF顯示了較強的抑制活性,其中43a,43b,44,45a-e的IC50分別為0.43,0.48,0.4,0.25,0.22,0.36,