手性螺環(huán)氧化吲哚類化合物的設(shè)計(jì)、合成及抗腫瘤活性研究

背景介紹螺環(huán)氧化吲哚骨架是許多藥物、天然產(chǎn)物的基本結(jié)構(gòu)，已有研究證實(shí)大部分此類化合物具有抗腫瘤活性，尤其結(jié)構(gòu)中的手性季碳中心對(duì)螺環(huán)氧化吲哚類化合物的抗癌效果具有重要影響。因此，螺環(huán)氧化吲哚類衍生物的手性合成及抗腫瘤作用研究受到新藥研發(fā)和合成人員的廣泛關(guān)注。針對(duì)課題組前期利用優(yōu)勢(shì)骨架拼合原理，通過(guò)不對(duì)稱串聯(lián)Michael加成反應(yīng)合成的27個(gè)手性螺環(huán)氧化吲哚-環(huán)丙烷-茚二酮類化合物，在分析其抗腫瘤活性與結(jié)構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)，以期得到抗癌活性更強(qiáng)的抗腫瘤候選有機(jī)分子。

文章亮點(diǎn)1.研究了27個(gè)手性螺環(huán)氧化吲哚-環(huán)丙烷-茚二酮類化合物的抗腫瘤活性；2.根據(jù)構(gòu)效關(guān)系分析，設(shè)計(jì)并合成了4個(gè)目標(biāo)分子，研究顯示其能有效抑制CT26和Hela細(xì)胞的增值；3.部分手性螺環(huán)氧化吲哚類目標(biāo)化合物可作為抗腫瘤藥物候選先導(dǎo)化合物，具有較好的研發(fā)潛力。內(nèi)容介紹1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實(shí)驗(yàn)方法1.2.1

手性螺環(huán)氧化吲哚類化合物的體外抗腫瘤活性研究螺環(huán)氧化吲哚類化合物用DMSO溶解，并于-20℃保存。使用時(shí)常溫解凍，并利用完全培養(yǎng)基稀釋到所需濃度。通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件計(jì)算抑制一半腫瘤細(xì)胞增殖的化合物濃度（IC50），以初步衡量化合物對(duì)相應(yīng)腫瘤細(xì)胞的活性大小。1.2.2

高活性苗頭化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化經(jīng)分析，保留原有整體骨架不變，將抗腫瘤活性較好的三個(gè)有效片段進(jìn)行整合，得到二次優(yōu)化的目標(biāo)化合物5a、5b和5c（圖3）。通過(guò)構(gòu)效分析，選出具有代表性的化合物3ba、3ja及3aj，同樣保持原有手性螺環(huán)氧化吲哚整體骨架不變的基礎(chǔ)上，將抗腫瘤活性較好的取代基進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)化合物6（圖4）。1.2.3

目標(biāo)化合物的合成目標(biāo)化合物5a～5c及6的合成路線如圖5所示。1.2.4

目標(biāo)化合物5a～5c及6的抗腫瘤活性研究為了探索其抗腫瘤活性是否提高，再次通過(guò)CT26和Hela腫瘤細(xì)胞模型，研究二次優(yōu)化目標(biāo)化合物的抗腫瘤活性。1.2.5

分子對(duì)接通過(guò)ligandinteractions

模塊分析其相互作用情況，結(jié)果見(jiàn)圖6和圖7。2

結(jié)果與討論2.1

手性螺環(huán)氧化吲哚類化合物抗腫瘤初步構(gòu)-效關(guān)系探析根據(jù)手性螺環(huán)氧化吲哚骨架衍生物的結(jié)構(gòu)及其體外抑制CT26及Hela細(xì)胞增值活性，得到化合物的抗腫瘤結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系初步為：（1）構(gòu)建的手性螺環(huán)氧化吲哚-環(huán)丙烷-茚二酮結(jié)構(gòu)是發(fā)揮化合物抗腫瘤作用的有效骨架，這與文獻(xiàn)報(bào)道的螺環(huán)氧化吲哚被稱為諸多天然或合成藥物的“特效支架”，在抗腫瘤藥物候選化合物研發(fā)中具有重要研究?jī)r(jià)值一致；（2）目標(biāo)分子中，氧化吲哚和2-亞芳基-1,3-茚二酮骨架中的取代基對(duì)化合物的抗腫瘤活性有一定影響，特別對(duì)CT26細(xì)胞較顯著，但規(guī)律性不明顯。2.2

高活性化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其抗腫瘤活性研究通過(guò)有效片段組合得到的化合物5a及5b對(duì)CT26細(xì)胞和化合物6對(duì)Hela細(xì)胞的細(xì)胞毒性均比優(yōu)化前強(qiáng)，推測(cè)螺環(huán)氧化吲哚骨架中吲哚芳環(huán)上引入吸電子效應(yīng)的基團(tuán)有利于抗腫瘤活性的提高。2.3

分子模擬對(duì)接分析根據(jù)對(duì)接結(jié)果推測(cè)合成的手性螺環(huán)氧化吲哚類化合物對(duì)CT26和Hela細(xì)胞的抗腫瘤作用機(jī)制與p53-MDM2途徑有關(guān)，即化合物在腫瘤細(xì)胞中通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性與MDM2蛋白結(jié)合，從而釋放p53，激活p53信號(hào)通路以發(fā)揮其抗腫瘤作用，具體有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。3

結(jié)論通過(guò)對(duì)前期合成的27個(gè)手性螺環(huán)氧化吲哚類化合物進(jìn)行抗腫瘤活性研究，經(jīng)構(gòu)效關(guān)系分析，在保持原本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)抗腫瘤活性較好的基團(tuán)或片段進(jìn)行重組，得到二次優(yōu)化的化合物5a對(duì)結(jié)腸癌CT26和宮頸癌Hela細(xì)胞均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗腫瘤活性，化合物5b對(duì)CT26細(xì)胞具有較好的抗腫瘤作用。通過(guò)分子對(duì)接，化合物5a和5b均能與MDM2蛋白有效結(jié)合，猜測(cè)其抗腫瘤途徑可能與p53-MDM2信號(hào)通路有關(guān)。總的來(lái)說(shuō)，化合物5a及5b有望成為抗腫瘤先導(dǎo)化合物，后續(xù)將對(duì)其成藥性及體內(nèi)外