海鞘抗腫瘤生物堿類物質研究最新進展
2008-01-01 00:00:00周怡張晾肖寧耿越
亞太傳統醫藥 2008年2期
摘 要：近幾年，從世界各地采集的海鞘中發現了許多結構新穎的生物堿類物質，本文主要按化學結構介紹海鞘中抗腫瘤活性成分的研究概況，并涉及有關的生理活性結果。
關鍵詞：海鞘；抗腫瘤；生物堿
中圖分類號：R979.1；R318文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2008）02-057-06
海鞘(Ascidians)，屬于脊索動物門(Chordates)，尾索動物亞門(Urochordata)，海鞘綱(Ascidiacea)。自20世紀80年代以來，從海鞘中發現了許多具有抗腫瘤、抗病毒、抗微生物以及免疫調節等生理活性的物質，尤其以抗腫瘤活性物質最為引人注目，海鞘化學成分的研究逐漸成為海洋天然產物研究的熱點之一。
生物堿是一類重要天然有機化合物，許多生物堿，如秋水仙堿、喜樹堿等，已用于臨床并取得了很好的療效，因此生物堿研究一直是天然產物化學的重要研究領域之一。目前，從世界各地采集的海鞘中已發現許多結構新穎的生物堿類物質，且大多顯示出特殊的生理活性，現就近年來發現的具有抗腫瘤活性的海鞘生物堿類物質按結構分類進行綜述。
1 吲哚衍生物類生物堿
1.1 Pibocin B
Pibocin B
2001年，從遠東海鞘Eudistoma sp.中分離到第一種N—O—甲基吲哚類生物堿Pibocin B，即(8)-2-溴—N—O—甲基-6，8-二甲基麥角靈，分子式為C17H21N2OBr。Pibocin B對小鼠艾氏腹水癌細胞有細胞毒作用，ED50值為25 μg/mL［1］。
1.2 N-甲基化-咔啉生物堿
2001年，從帕勞群島Sias Tunnel采集的海鞘Eudistoma gilboverde中分離到3種N-甲基化-咔啉吲哚類生物堿2-methyleudistomin D、2-methyleudistomin J和14-methyleudistomidin C［1］，分子式分別為C12H10N2O3Br、C12H10N2O3Br和C16H18N3OBrS。這三種化合物作用于人黑色素瘤細胞LOX、卵巢癌細胞OVCAR-3、結腸癌細胞COLO-205和白血病細胞MOLT-4，均表現出一定的抗腫瘤活性，尤以14-methyleudistomidin C活性最強。
2-methyleudistomin DR1=Br， R2=H
2-methyleudistomin J R1=H， R2= Br
14-methyleudistomidin C
1.3 Coproverdine
2001年，從新西蘭北島北端三王群島的Irishmans Garden采集的一種尚未確認的稀有海鞘中提取分離到一種油狀物質Coproverdine［3］，為含有一咔唑環的吲哚類生物堿，分子式為C15H11NO6。Coproverdine能抑制多種鼠源和人源腫瘤細胞，體外作用于小鼠白血病細胞P388、 人肺癌細胞A549、 結腸癌HT-29細胞、 人黑素瘤細胞MEL28和前列腺癌細胞DU-145，IC50值分別為1.6、0.3、0.3、0.3和0.3μM。
Coproverdine
1.4 Staurosporine 生物堿
Staurosporine是一類分離自海洋生物的吲哚咔唑型生物堿，具有顯著的生理活性，如強烈抑制多種激酶，尤其是蛋白激酶C，抑制血小板凝集和平滑肌收縮，阻斷細胞周期而引起細胞凋亡，抑制多種腫瘤細胞。2001年，從密克羅尼西亞丘克島地區采集的海鞘Eudistoma toealensis和海洋扁形蟲Pseudoceros sp.中分離到3種新穎的吲哚咔唑型生物堿3-羥基-4-N-甲基staurosporine、3-羥基-4-N-脫甲基staurosporine和3-脫甲基-3-羥基-4-N-脫甲基staurosporine［4］。
研究發現，9種Staurosporine類生物堿對于12種人類白血病細胞株［5］和C3位上帶有-OH的4種衍生物具有顯著的抗增殖活性。除3-羥基-3-脫甲基-3-羥基 staurosporine 和4-N-甲基staurosporine外，其它7種化合物可顯著抑制RNA和DNA合成。研究還發現，該類生物堿能快速抑制蛋白質合成，揭示Staurosporine類生物堿可能通過抑制蛋白質合成相關激酶直接作用于蛋白質生物合成。功能-結構關系分析顯示，3—OH的存在能增強化合物的抗增殖能力，是否存在親水基團以及分子內基團位置的改變對于物質的活性都十分重要。
1.5 Kottamides A-D
2002年，從新西蘭三王群島采集的新西蘭海鞘Pycnoclavella kottae中分離到4種結構新穎的2，2，5-三取代咪唑酮吲哚類生物堿Kottamides A-D［6］。Kottamides是第一種2，2，5-三元取代咪唑酮天然產物。Kottamides A、D分子式分別為C21H24Br2N4O2、C19H20Br2N4O2，Kottamides B、C為比率0.8∶1.0的混合物。
Kottamides D在2~200μM濃度范圍內顯示出有效的抗代謝活性（IC50 6~10μM），在1.25 h短期代謝分析中，Kottamides D在40μM濃度下對人白血病細胞HL60和Jurkat細胞的抑制率達83~92%，而48 h后其20μM濃度下對HL60細胞的抑制率達66%。一系列細胞毒活性檢驗表明，4種化合物作用于P388細胞的IC50值分別為20、14（B、C混合物）、36μM；NCI檢測Kottamides A具有溫和的細胞毒作用，半數生長抑制濃度GI50=15.1μM，腫瘤生長抑制值TGI= 33.9μM，半數致死濃度LC50= 67.6μM。
2 吡啶衍生物類生物堿
2.1 Sebastianines A-B
2001年，從巴西的So Sebastio 島嶼附近采集的一種海鞘Cystodytes dellechiajei中分離出兩種新的吡啶丫啶生物堿［7］，Sebastianine A為黃色無定形固體，Sebastianine B為淺黃色無定形固體，分子式分別為C17H9N3O、C22H19N3O3。
Sebastianine A和Sebastianine B作用于4種人結腸癌HCT-116細胞系（p53+/+，p53-/-，p21+/+和p21-/-型），細胞毒性研究表明，兩者作用模式相似，可能都是通過p53依賴的途徑引起DNA損傷，而誘導細胞凋亡。
2.2 Sulcatin
Sulcatin
從那不勒斯海灣采集到的地中海海鞘Microcosmus vulgaris中分離得到一種新的N-甲基吡啶生物堿Sulcatin［8］，為無定型固體，分子式為C10H14NO2。Sulcatin具有顯著的體外抗增殖能力，并且作用于小鼠巨噬細胞系J774細胞的活性比作用于鼠纖維肉瘤細胞系WEHI164高約40倍，推測Sulcatin可能成為抑制單核細
胞系不正常增殖（例如白血病）的有效藥物。
3 喹啉衍生物類生物堿
分離自昆士蘭州大堡礁熱帶被囊動物Didemnum sp.的十氫喹啉衍生物類生物堿Lepadins D-F［9］，分子式分別為：C18H35NO2、C26H47NO3（Lepadins E和Lepadins F為立體異構體）。對其生物活性進行了一系列檢測，化合物Lepadins E、F的C-3位的2E-八酸性酯側鏈比相同位置是次羥基時的Le-padins D活性高約50倍，由于C-2位結構的微小差異，Lepadins F的活性明顯高于Lepadins E，提示C-2位在其生物活性中起重要作用。其細胞毒性較弱，作用于大鼠骨骼肌成肌細胞L6的IC50值分別為>30、16.2、18.3g/mL。
4 萜類生物堿類
4.1 Haterumaimides F-I
2001年，從日本沖繩波照間島海岸采集的Lissoclinum sp.海鞘中分離得到4種新的一氯化雙萜生物堿Haterumaimides F-I［10］。分子式分別為C20H30ClNO4、C20H28ClNO4、C20H28ClNO4和C20H28ClNO4。
Haterumaimides F-I對小鼠白血病淋巴細胞P388產生細胞毒作用，其IC50值分別為0.0055、>10、2.7和>10 μg/mL，分析其化學結構可知化合物中C-6和C-12羥基基團對體外細胞毒活性是非常重要的。
4.2 Haterumaimides N-Q
2006年，日本學者從波照間島海鞘 Lissoclinum sp.中分離得到4種labdane半日花烷型生物堿［11］Haterumaimides N-Q，具有細胞毒性，該實驗室總共分離到17種labdane半日花烷型生物堿，屬于獨特的琥珀酰亞胺族化合物，分析其結構和活性關系，確定了其活性結構基團。C-6、C-7、C-12、C-18的羥基基團，C-2位的氯原子，及C環上的亞氨基是其對白血病淋巴細胞P388細胞毒性所必需的。
5 其它種類生物堿
5.1 Perophoramidine
Perophoramidine
2002年，首次從菲律賓三寶顏市東部附近Tictauan島采集到的菲律賓海鞘Perophora namei中分離到一種結構新穎的多環生物堿Perophoramidine［12］，該生物堿具有新型的碳骨架，且為此種海鞘中分離到的第一種活性物質，其分子式為C21H17N4BrCl2。Perophoramidine具有細胞毒作用，HCT116結腸癌細胞系IC50值為60μM，在24 h內通過降解多聚ADP核糖聚合酶(PARP)誘導凋亡。
5.2 Haouamines A-B
2002年，從西班牙南部海岸的Tarifa島采集的Aplidium haouarianum海鞘中分離到兩種新型的生物堿［13］，通過NMR和X-射線衍射技術測得其化學結構如圖，Haouamines A分子式為C32H27NO4，Haouamines B分子式為C32H27NO5。
Haouamines A
Haouamines B
對兩種化合物進行了一系列體外活性檢測，包括人類肺癌A-549細胞、人類結腸癌HT-29細胞和HCT-116細胞、人類前列腺癌PC-3細胞、小鼠內皮細胞MS-1，發現Haouamine A 選擇性地強烈抑制HT-29細胞系，IC50 = 0.1g/mL，而Haouamine B僅對MS-1細胞系有輕微的細胞毒活性，IC50 = 5g/mL。并且，Haouamine A已于2006年完成了正式全合成［14］。
5.3 Barrenazine A-B
2003年，從馬達加斯加島采集的一種未曾確認的海鞘中分離到兩種新型的生物堿，具有雜環骨架吡嗪環，即1，3，4，6，8，9-hexahydrodipyridino［3，4-b:3，4-e］ pyrazine，分別被命名為Barrenazine A、Barrenazine B［15］。分子式分別為C24H42N4、C24H38N4。
Barrenazine AR=CH2CH3
Barrenazine BR=CH=CH2
Barrenazine A具有溫和的細胞毒作用，對LOVO-DOX結腸癌GI50值為0.900 g/mL；而Barrenazine A與其它具有相同雜環相似化合物的混合物對LN-caP前列腺癌和K-562白血病細胞GI50值分別為0.594和0.180 g/mL。
5.4 Lissoclinotoxins E、F
由菲律賓巴丹群島采集的didemnid ascidian海鞘中純化到兩種二聚體生物堿Lissoclinotoxins E、F［16］，均為淺褐色薄層物質。兩種物質體外作用于PTEN基因缺陷型人乳腺癌細胞MDA-MB-468(PTEN-/-)，其IC50值分別為2.3、1.5g/mL，而作用于人乳腺癌細胞MDA-MB-435S (PTEN+/+)的IC50值分別為2.1、4.2g/mL；PTEN是PI3-K/AKT/mTOR細胞內抗凋亡信號通路的負調控因子，PTEN缺失導致癌癥的發生。數據表明，Lissoclinotoxins E、F對兩種癌細胞株作用具有不同的選擇性，Lissoclinotoxins F是否特定地作用于PI3-K/AKT/mTOR細胞內信號通路尚需要進一步實驗證實。
Lissoclinotoxins E
Lissoclinotoxins F
5.5 Lissoclibadins 1-3
3種分離自熱帶海鞘Lissoclinum cf. badium的多聚硫化芳香族生物堿Lissoclibadins 1-3，分子式分別為C39H57N3O6S7、C26H38N2O4S5、C26H38N2O4S4；Lissoclibadins 1是由3個相同的芳香樹脂基團通過2個單硫鍵和1個二硫鍵連接而成的三聚體；Lissoclibadins 2和Lissoclibadins 3是由與Lissoclibadins 1相同的單元構成的二聚體結構，Lissoclibadins 2由一個單硫鍵和二硫鍵連接，而Lissoclibadins 3通過兩個單硫鍵連接。
Lissoclibadins 1
Lissoclibadins 2
Lissoclibadins 3
2007年，多種人源腫瘤細胞的體外實驗表明，Lissoclibadins 1-3具有抗腫瘤功效，其中，Lissoclibadins 2功效最為顯著，并已通過鼠急性毒性試驗，其負瘤裸鼠體內抗腫瘤實驗正在進行中［17］。
5.6 Lamellarins類生物堿
5.6.1 Lamellarin D
lamellarin D
Lamellarins是一組多巴來源的吡咯六環生物堿，lamellarin D (LAM-D)最早分離自軟體動物Lamellaria sp.，隨后從多種海鞘中分離得到，具有顯著的細胞毒活性，于2006年完成分子全合成。分子模型分析顯示，LAM-D是一種弱親和力的DNA嵌入劑，結合于DNA特定位點，干擾拓撲異構酶Ⅰ的催化活性。2006年最新發現，拓撲異構酶Ⅰ不是LAM-D細胞內唯一作用靶點，它也能直接作用于線粒體，引起細胞內早期線粒體內跨膜壓力的破壞，誘導線粒體滲透改變，表現出直接的線粒體途徑凋亡活性［18］。
5.6.2 Lamellarin ζ-χ
從印度Tiruchandur海岸紅海鞘Didemnum obscurum中分離得到4種新型lamellarin生物堿，lamellarin-ζ、lamellarin-η、lamellarin-φ和 lamellarin-χ［19］，分子式分別為C31H27NO9、C30H25NO8、C35H29NO12、C34H29NO11，具有細胞毒作用，作用于直腸癌COLO-205細胞的IC50值分別為0.0056μm、0.178μm、0.056μm、0.0002 μm。
lamellarin-ζ
lamellarin-η
lamellarin-φ
lamellarin-χ
5.7 Polycarpaurines A-C
Polycarpaurines A、B和C均為分離自印度尼西亞蘇拉威西島北部熱帶海鞘Polycarpa aurata的硫化生物堿［20］，分子式分別為C22H24N6O2S 、C22H24N6O2S 、C11H13N3O4S2，Polycarpaurines C是第一種分離自海洋生物的硫代硫酸鹽類生物堿。活性鑒定表明，Polycarpaurines A、C抑制中國倉鼠肺V79細胞集落形成，半數有效濃度EC50值分別為6.8、8.6μM；而Polycarpaurines B作用較弱，其EC50值大于10 μM。
Polycarpaurines A
Polycarpaurines B
Polycarpaurines C
6 展望
近年來，國內外在海洋抗腫瘤活性物質篩選和研究上已取得了初步的成果，許多活性物質展現出新的抗腫瘤作用機制，為治療腫瘤提供了許多新的分子靶點。我國海鞘資源相當豐富，并且許多屬種在國際上未見研究報道，如能充分利用，在比較廣泛的初步篩選基礎上，深入開展化學及其生理活性的研究，可望發現結構新穎的生物活性物質，從而進一步開發成為新藥或作為藥物設計的先導化合物。
目前，先進的深海作業技術、高通量篩選技術、組合化學技術等的合理運用，為海洋藥物的最終產業化提供了強有力的支持。但是，活性物質開發成藥物還存在許多亟待解決的問題，其中藥源問題一直是最主要制約因素，幾乎所有抗癌化合物在海洋生物體中的含量都極其低微，難以進行臨床擴大試驗，更不能滿足產業化的需要；具有復雜分子結構的海洋抗癌化合物對于有機化學家來說也是一個很大的挑戰。開辟人們尚未觸及的新資源，完善高通量篩選方法，探索新的合成技術，深入研究抗癌化合物的作用機制，可能成為未來海洋開發中引人關注的焦點。海洋抗腫瘤藥物的發展需要各國專家的共同努力，相信隨著各種技術的進一步發展，必將加速海洋抗腫瘤藥物的產業化進程。
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(責任編輯：杜 靖)
