具有優秀體內外抗腫瘤活性的1,2,3-三氮唑雜合體的研究進展

(浙江仙居君業藥業有限公司,仙居 317300)

1 前言

癌癥是僅次于心腦血管疾病的第二大類致死性疾病[1]。據世界衛生組織(WHO)估計，僅2018年全球就新增1840萬癌癥病例，960萬人因此死亡[2-3]。近年來受多種因素的影響，癌癥的發病率和死亡率呈不斷上升之勢，據預計，2030年全球將會新增癌癥病例超過2410萬人，死亡1300萬人[4]。我國也是癌癥的高發國，10多年來，我國癌癥發病率每年保持約3.9%的增幅，死亡率每年保持2.5%的增幅。2019年全國最新癌癥報告指出，癌癥死亡占據我國居民全部死亡人數的23.91%[5]。因此，癌癥是嚴重威脅人類生命健康的重大疾病。但是，癌癥不等于死亡:國際抗癌聯盟認為，1/3的癌癥可以預防、1/3的癌癥患者如能早期診斷可以治愈、1/3的癌癥患者可以通過治療減輕痛苦、延長生命[6]。其中，抗腫瘤藥物對癌癥的防治至關重要。目前已上市的抗腫瘤藥物有上百種[7-8]，然而這些藥物的特異性普遍較差，往往會導致各種副作用[9]。不僅如此，耐藥性也是臨床醫生所必需的經常面對的棘手問題[10]。因此亟需開發特異性高、毒副作用低且對耐藥腫瘤有效的新型抗腫瘤藥物。

1,2,3-三氮唑藥效團不僅合成方便，可由疊氮和炔基通過“點擊化學”制得而且是羧酸、酯和酰胺等基團的生物電子等排體，可與多個生物靶點形成多種非共價鍵作用[11-12]。1,2,3-三氮唑衍生物具有抗菌[13-14]、抗結核[15-16]、抗病毒[17-18]、抗瘧疾[19-20]和抗腫瘤[21-22]等多種生物活性，在新藥研發領域占據重要地位。值得一提的是，某些含有1,2,3-三氮唑結構片段的藥物已用于臨床治療各種疾病[23-24]。其中，非細胞毒抗腫瘤藥物羧胺三唑(carboxyamidotriazole,CAI)具有抑制腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞凋亡和抑制血管形成等作用[25-26]，目前正處于臨床評價階段，有望于不久的將來為人類健康服務。

雜合體是將兩個或多個藥效團嵌入到一個全新分子中，使其與原分子相比具有更廣的生物活性譜、更高的特異性、更強的抗耐藥致病菌活性、更優秀的藥代動力學性質和更低的毒副作用等諸多優點[27-28]。經過近30年的發展，雜合體策略日臻成熟，目前已有多個雜合體候選物進入臨床評價階段。因此，雜合體策略已成為目前新藥研發領域的常用策略。

將具有抗腫瘤活性的1,2,3-三氮唑藥效團與其它抗腫瘤藥效團雜合無疑是獲取新型抗腫瘤候選物的有效途徑，故近年來藥物化學家設計合成和評價了眾多1,2,3-三氮唑雜合體的體內外抗腫瘤活性并從中篩選出了若干有苗頭的候選物。本文將重點介紹具有優秀體外(半抑制濃度/IC50或50%生長抑制所需的藥物濃度/GI50在納摩爾級)或體內抗腫瘤活性的1,2,3-三氮唑雜合體的最新研究進展，以指導藥物化學家更合理的設計此類雜合體。

2 1,2,3-三氮唑-唑雜合體

唑為含氮五元雜環芳香化合物，在新藥研發領域有著極為廣泛的應用。多個抗腫瘤藥物如阿那曲唑、來曲唑和三唑巴坦等均含有唑結構片段，故有必要將1,2,3-三氮唑結構片段與唑雜合已獲得新型抗腫瘤藥物。

1,2,3-三氮唑-苯并咪唑雜合體1～3 (圖1，IC50:50～62,140 nmol/L)具有潛在的體外抗A549,HeLa,CFPAC-1和SW620腫瘤細胞活性，且部分雜合體的IC50在納摩爾級[29,30]。其中，代表物化合物1a (IC50:320～2,090 nmol/L)的活性與5-氟尿嘧啶(IC50:80～8,810 nmol/L)相當，可作為先導物進一步優化。對雜合體4(IC50:510～47,640 nmol/L)的抗A549,DU-145,HCT-116和MDA-MB-231腫瘤細胞系構-效關系(SAR)研究結果表明，除向R2位引入鹵素對活性有利外，向R1和R2位引入其他取代基均對活性不利[31-32]。活性最強的雜合體4a,b (IC50:510～3,980 nmol/L)不僅活性不亞于諾考達唑(IC50:1,380～1,650 nmol/L)，而且對正常人胚腎細胞HEK 293的毒性極低，IC50分別為63.53和91.25 μmol/L，選擇性指數(SI)＞20。部分雜合體5(IC50:788～63,090 nmol/L)的抗HeLa,DU-145,MCF-7和HepG2 腫瘤細胞活性也在納摩爾級，且代表物5a,b (IC50:788～6,456 nmol/L)的活性與阿霉素(IC50:1,428～2,594 nmol/L)相當，值得進一步研究[33]。

1,2,3-三氮唑-吡唑雜合體6a～c (IC50:860～3,710 nmol/L)具有良好的抗A549,HT-29,PC3和U87MG腫瘤細胞活性，且活性可與5-氟尿嘧啶(IC50:2,420～3,610 nmol/L)相媲美[34]。而雜合體6d,e (GI50:130～730 nmol/L)的抗HeLa,MCF-7和MIAPaCa-2 腫瘤活性極高，優于諾考達唑(GI50:810～950 nmol/L)[35-36]。顯然，這類雜合體具有進一步研究價值。

1,2,3-三氮唑-苯并[d]咪唑并[2,1-b]噻唑雜合體7 (IC50:607～35,7700 nmol/L)具有優秀的抗DU-145,HeLa,MCF-7,HepG2和A549腫瘤細胞系活性[37]。SAR顯示，向R1位引入供電子基和R2位引入吸電子基均可提高抗腫瘤活性。其中，化合物7a,b (IC50:607～7,413 nmol/L)的活性最高，可作為先導物進一步優化。1,2,3-三氮唑-1,2,4-三氮唑雜合體8 (IC50:310～600 nmol/L)的抗ABC-DLBCL腫瘤細胞活性極高，且SAR顯示2-氯乙酰胺基結構單元為高活性所必需的[38]。

某些1,2,3-三氮唑-1,3,4-噁二唑-2-酮雜合體9 (GI50:820～10,220 nmol/L)也具有潛在的抗HeLa,MDA-MB-231,DU-145和HepG2腫瘤細胞活性[39]。SAR顯示，向R1位引入甲基對活性有利，而氯和溴將會導致活性降低。對R2位取代基而言，2-氟可提高活性，而4-甲基和4-硝基則對活性不利。其中，化合物9a～c (GI50:820～2,390 nmol/L)的活性最高，但仍遠遜于紫杉醇(GI50:＜16～50 nmol/L)和諾考達唑(GI50:＜11～34 nmol/L)。

1,2,3-三氮唑-噁唑雜合體10 (IC50:10～510 nmol/L)抗Colo-205腫瘤細胞活性與依托泊苷(IC50:130 nmol/L)相當，而抗MCF-7,A549和A2780腫瘤細胞系活性則是依托泊苷(IC50:1.31～3.08μmol/L)的2.5～308.0倍[40]。1,2,3-三氮唑-吡唑雜合體11(IC50:340～890nmol/L)具有優秀的抗MCF-7,A549和A375腫瘤細胞系活性，其活性是對照藥阿霉素(IC50:2.02～5.51μmol/L)的2.8～6.1倍，可作為先導物進一步研究[41]。

3 1,2,3-三氮唑-香豆素/黃酮雜合體

圖1 1,2,3-三氮唑-唑雜合體1～11的化學結構

1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體12(圖2，IC50:30nmol/L)具有極為優秀的抗MDA-MB-231腫瘤細胞活性，其活性是阿霉素(IC50:600nmol/L)和順鉑(IC50:4680nmol/L)的20和156倍，極具進一步研究價值[42]。1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體13(IC50:130～1740nmol/L)的抗PC3,MGC803和MepG2腫瘤細胞系活性是秋水仙堿(IC50:270～4600nmol/L)的約2倍[43-44]，而含有磺胺藥效團的1,2,3-三氮唑-香豆素雜合體14(圖3，IC50:400～3500nmol/L)不僅體外抗MGC-803,BGC-823和SGC-7901腫瘤細胞系優于5-氟尿嘧啶(IC50:6.9～26.3μmol/L)，而且在MGC-803腫瘤移植小鼠模型中在給藥劑量為60mg/kg可抑制64.18%的腫瘤生長[45]。不僅如此，該雜合體并不會影響小鼠的體重，提示安全性良好。

圖2 1,2,3-三氮唑-香豆素/黃酮雜合體12～16的化學結構

圖3 1,2,3-三氮唑-吲哚/吡啶/嘧啶雜合體17～26的化學結構

某些1,2,3-三氮唑-黃酮雜合體如化合物15(GI50:110～1000nmol/L)對MIA PaCa,IMR 32和MDAMB-231等腫瘤細胞也具有良好的活性，但活性弱于阿霉素(GI50:23-97nmol/L)和紫杉醇(GI50:25～91nmol/L)[46]。雜合體16(IC50:310～3750nmol/L)對藥敏型A549、HepG2、HCT-116、U251及耐紫杉醇A549和耐順鉑A549均顯示出潛在的活性，且活性與藤黃酸(IC50:290～4670nmol/L)相當[47]。在抑制A549的小鼠模型中，該雜合體可在靜脈注射給藥劑量為2*20mg/kg時可抑制71.32%的體內腫瘤細胞生長，優于5-氟尿嘧啶(給藥劑量為2*20mg/kg時可抑制64.71%的腫瘤細胞生長)。進一步研究顯示，口服給藥劑量為50mg/kg時，該雜合體仍顯示出顯著地活性，對腫瘤細胞的抑制率為66.43%。不僅如此，該化合物未顯示出明顯的體內毒性。優秀的體內外活性及良好的安全性使得該雜合體極具進一步研究潛力，可作為臨床前候選物進一步研究。

4 1,2,3-三氮唑-吲哚/吡啶/嘧啶雜合體

1,2,3-三氮唑-吲哚雜合體17a,b對所測的60株源自白血病、非小細胞肺癌、中樞神經系統癌、結腸癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌、卵巢癌和黑色素瘤等腫瘤細胞具有廣譜活性，平均GI50分別為424和856nmol/L，可作為先導物進一步研究[48]。雜合體18在免疫低下的小鼠模型中可抑制90%乳腺瘤生長和轉移，具有治療乳腺癌的潛力[49]。雜合體19a,b(IC50:42～478nmol/L)對MDA-MB-231,U-87和IMR-32腫瘤細胞具有良好的體外活性，其活性與阿霉素(IC50:80～425nmol/L)相當，值得深入研究[50]。

盡管1,2,3-三氮唑-吡啶雜合體20(IC50:2.4～10μmol/L)的抗HCT116,MDA-MB-231和HepG2腫瘤細胞系的IC50在微摩爾級，但活性仍優于伏立諾他(IC50:3.1～＞100μmol/L)[51]。在移植HCT116的小鼠模型中，該雜合體(25mg/kg,腹腔注射給藥,每日2次)也顯示出良好的體內活性，其可抑制體內69%的腫瘤細胞生長，而伏立諾他僅可抑制33%的腫瘤細胞生長。藥代動力學性質研究結果表明，該雜合體的半衰期、達峰濃度、血清清除速率和吸收分布體積分別為1.8h,745ng/mL,6173mL/(kg·h)和6229mL/kg。良好的體內外活性和藥代動力學性質使得該雜合體極具進一步研究價值。

雜合體21(IC50:200～840nmol/L)具有良好的抗HT-29和MCF-7腫瘤細胞活性，且其活性是對照藥索拉非尼(IC50:5.29和43.30μmol/L)的6.2～131.2倍[52]。雜合體22(IC50:850和360nmol/L)的抗PC-3和LNCaP腫瘤細胞活性則是對照藥比卡魯胺(IC50:58和30μmol/L)的68.2和83.3倍[53]，而雜合體23a(IC50:20～1040nmol/L)和23b(IC50:20～1270nmol/L)的抗K562,HL60和KG1a腫瘤細胞活性則是伊馬替尼(IC50:30～16700nmol/L)的1.5～13.1倍[54]。

嘧啶類化合物是絕大多數細胞賴以生存的基礎，且抗腫瘤藥物色瑞替尼和烏拉莫司汀均含有一個嘧啶結構片段[55]。因此，將1,2,3-三氮唑與嘧啶雜合也具有獲得優秀抗腫瘤活性候選物的潛力。1,2,3-三氮唑-嘧啶雜合體24a～c(圖4，IC50:21～96nmol/L)對所測的ALCL、KARPAS299、NSCLC、HLAC、A549和H460腫瘤細胞系顯示出良好的活性，且活性優于克唑替尼(IC50:87～＞1000nmol/L)和色瑞替尼(IC50:26～＞1000nmol/L)[56]。進一步研究發現，這類雜合體可同時抑制ALK和ROS1，可作為雙重抑制劑深入研究。1,2,3-三氮唑-嘧啶雜合體25 (IC50:850～1770nmol/L)不僅具有潛在的抗MGC-803,MCF-和EC-109腫瘤細胞活性，活性是5-氟尿嘧啶(IC50:7.35～10.59μmol/L)的5.9～9.7倍，且對正常GES-1細胞的細胞毒性(IC50:56.17μmol/L)極低，SI＞31.7[57]。

圖4 1,2,3-三氮唑-喹啉/喹唑啉/喹諾酮雜合體27～32的化學結構

1,2,3-三氮唑-吡咯并嘧啶、咪唑并嘧啶及噻吩并嘧啶雜合體也顯示出一定的抗腫瘤活性，某些化合物的活性甚至可與Foretinib(IC50:2.4～4.7μmol/L)媲美[58-60]。代表物26(IC50:500～1000nmol/L)對A549,HepG2和MCF-7腫瘤細胞的活性是對照藥Foretinib的3.6～5.2倍，可作為先導物進一步優化。

5 1,2,3-三氮唑-喹啉/喹唑啉/喹諾酮雜合體

喹啉/喹唑啉/喹諾酮均屬于苯并六元含氮雜環化合物，其衍生物具有優秀的體內外抗腫瘤活性。不僅如此，代表物卡博替尼、吉非替尼、厄洛替尼和Quarfloxin等已被批準用于臨床治療各種癌癥或正處于臨床評價階段[61-63]。顯然，將1,2,3-三氮唑與喹啉/喹唑啉/喹諾酮雜合可能會獲得新型抗腫瘤藥物。

1,2,3-三氮唑-奎寧雜合體27 (IC50:530～6400nmol/L)具有優秀的抗HT-29、MCF-7、A549、DU-145和MV-4-11腫瘤細胞系活性，其活性與順鉑(IC50:5500～18900nmol/L)相當或更優[64]。而雜合體28(IC50:＜10～503nmol/L)對所測的59株源自白血病、非小細胞肺癌、中樞神經系統癌、結腸癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌、卵巢癌和黑色素瘤等腫瘤細胞具有廣譜活性，極具進一步研究價值[65-66]。雜合體29(IC50:30～180nmol/L)的抗HT-29,H460,A549和MKN-45腫瘤細胞系活性是對照藥Foretinib(IC50:32～210nmol/L)的1.1～1.9倍，且該雜合體可作用于c-kit,Flt-3,c-Met激酶,VEGFR-2,Ron和EGFR (IC50:2.27～529.4 nmol/L)等多可靶點，可作為多靶點抗腫瘤候選物進一步研究[67]。1,2,3-三氮唑-四氫異喹啉雜合體30(EC50:127.5nmol/L)不僅抗耐阿霉素K562/A02腫瘤細胞的活性極高，而且與紫杉醇、長春堿和柔紅霉素具有協同作用[68]。進一步研究顯示，該雜合體對細胞色素CYP3A4無抑制作用，提示其安全性良好。

1,2,3-三氮唑-喹唑啉雜合體31(IC50:40～5670nmol/L)具有良好的抗HepG2,KB和SK-Lu-1腫瘤細胞活性，且活性與對照藥玫瑰樹堿(IC50:1.38～2.72μmol/L)和厄洛替尼(IC50:13.01～99.76μmol/L)相當或更優[69]。進一步研究顯示，此類雜合體對L858R突變的EGFR也具有潛在的抑制活性，提示其具有抗耐藥腫瘤的潛力。雜合體32(IC50:570～7130nmol/L)的抗MCF-7、MGC-803、EC-109和HGC-27腫瘤細胞活性高于對照藥5-氟尿嘧啶(IC50:6.50～14.61μmol/L)，可作為先導物進一步研究[70]。

6 其它1,2,3-三氮唑雜合體

1,2,3-三氮唑-萘醌雜合體33(圖5，IC50:70～1390nmol/L)的抗HL-60,HCT-116,PC3,SF295,MDA-MB-435和OVCAR-8腫瘤細胞活性與阿霉素(IC50:20～960nmol/L)相當[71]。作用機制研究結果表明，這類雜合體可通過產生活性氧發揮抗腫瘤活性。雜合體34(IC50:410～1590nmol/L)具有優異的抗OBMC、PC3、HCT-116、HL-60、MDA-MB435和SF-295腫瘤細胞活性，且活性與對照藥阿霉素(IC50:20～880nmol/L)和β-拉帕醌(IC50:0.25～＞20.6μmol/L)相當或更優[72]。

1,2,3-三氮唑-甾體雜合體35(IC50:50～90nmol/L)具有極為優秀的抗T47D,MCF-7和SNB-19腫瘤細胞活性，是對照藥順鉑(IC50:2.3～24.9μmol/L)的25.5～498倍，極具進一步開發前景[73]。雜合體36(IC50:540～2660nmol/L)的抗PC3、HT29、HepG2、A549、HL60和U937腫瘤細胞活性是對照藥5-氟尿嘧啶(IC50:8.45～69.07μmol/L)和Hederacolchiside A1(IC50:0.85～5.41μmol/L)的2.0～109.4倍[74]。作用機制研究結果顯示，該雜合體可使HepG2腫瘤細胞的G1和S期阻滯，進而誘導腫瘤細胞凋亡。

1,2,3-三氮唑-D-呋喃核糖雜合體37(G I50:1.22～12.20μmol/L)對源自白血病、非小細胞肺癌、中樞神經系統癌、結腸癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌、卵巢癌和黑色素瘤的60株腫瘤細胞具有廣譜活性，對伊馬替尼和氮雜胞苷敏感型及耐藥型CML腫瘤細胞的IC50分別為340和500nmol/L[75]。在移植耐伊馬替尼和氮雜胞苷MDS腫瘤細胞的小鼠模型中，與對照組相比，該雜合體(5mg/kg,皮下注射)在給藥d35可使腫瘤體積減少50%，且不影響給藥小鼠體重。廣譜體外活性、優異的體內活性加之良好的安全性使得該雜合體極具進一步研究價值。

對一系列1,2,3-三氮唑-鬼臼毒素雜合體抗

A549、PC-3、MCF-7、K562、HCT-116、U251、SKBR-3、SMCC-7721、LNCaP和耐阿霉素K562/ADR腫瘤細胞系活性研究結果表明，雜合體38(IC50:19.6～55.3nmol/L)具有極為優秀的廣譜活性[76-79]。而1,2,3-三氮唑-鬼臼毒素雜合體二聚體39 (IC50:430～3500nmol/L)等抗A-549、MCF-7、SW480和SMMC-7721腫瘤細胞活性是依托泊苷(IC50:8.12～32.82μmol/L)和順鉑(IC50:6.93～10.85μmol/L)的2.8～21.3倍，值得進一步研究[80]。

圖5 1,2,3-三氮唑雜合體30～46的化學結構

1,2,3-三氮唑-五味子酯乙雜合體40(IC50:240～12800nmol/L)具有潛在的抗DU-145、A-549、PANC1、MDA-MB-231、SIHA和IMR32腫瘤細胞系活性，對大多數所測腫瘤細胞系的活性與阿霉素(IC50:1500～2400μmol/L)相當，而是五味子酯乙(IC50:51.2～66.8μmol/L)的5.0～213.3倍[81]。雜合體41(IC50:800～1700nmol/L)的抗MCF-7,MDA-MB-231和MDAMB-468乳腺癌細胞系活性是對照藥5-氟尿嘧啶(IC50:7.5～12.7μmol/L)的6.2～15.8倍，可作為抗乳腺癌新藥先導物進一步優化[82]。

雜合體42a,b(IC50:30～800nmol/L)具有良好的抗A549,THP-1和HCT-15腫瘤細胞系活性，活性是5-氟尿嘧啶(IC50:1～6μmol/L)的1.25～163.3倍，但二者(IC50:＞50μmol/L)對IMR-32腫瘤細胞未顯示出任何活性[83]。雜合體43(IC50:230～1130nmol/L)具有優秀的廣譜抗A549、OVCAR-3、HepG2、A375和SW-620腫瘤細胞系活性，活性是瑞卡帕布(IC50:2.58～13.82μmol/L)的2.2～20.3倍，可作為先導物進一步優化[84]。對一系列1,2,3-三氮唑-哌啶雜合體44的抗SGC-7901,A549和HeLa腫瘤細胞系研究結果表明，化合物44a,b(IC50:84～684nmol/L)的IC50低至納摩爾級[85]。其中，雜合體44a可阻滯SGC-7901腫瘤細胞的G2/M期，且可與微管蛋白秋水仙堿位點相結合。

1,2,3-三氮唑-Melampomagnolide B雜合體45a,b對源自白血病、非小細胞肺癌、中樞神經系統癌、結腸癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌、卵巢癌和黑色素瘤的60株腫瘤細胞具有廣譜活性，GI50分別為160～3670nmol/L和20～1860nmol/L[86]。

1,2,3-三氮唑-CA-4雜合體46a,b(IC50:36～800nmol/L)具有良好的抗U87、HepG2、A549和HCT-116腫瘤細胞系活性，其中46b(IC50:36～4300nmol/L)對所測所有腫瘤細胞系的的活性均高于母藥CA-4(IC50:390～930nmol/L)[87]。在免疫活性H22和免疫缺陷A549腫瘤移植小鼠模型中，雜合體46b(30mg/kg，靜脈注射)可分別減小69.82%和64.29%的腫瘤體積，活性優于母藥CA-4(58.85%)。不僅如此，所試驗小鼠的體重未發生明顯變化，提示雜合體46b的安全性良好。優異的體內外活性和良好的安全性使得該雜合體可作為候選物進一步研究。

7 結束語

1,2,3-三氮唑類化合物不僅易于合成，而且可與腫瘤細胞的各種酶和受體結合，進而發揮抗腫瘤活性。因此，1,2,3-三氮唑藥效團在抗腫瘤藥物的研發中占據重要地位。將1,2,3-三氮唑藥效團與其它具有抗腫瘤活性的藥效團雜合可能會獲得活性更高、毒副作用更低和對耐藥腫瘤具有優秀活性的候選物，是獲得新型抗腫瘤藥物的潛在途徑。本文綜述了近年來所開發的具有優秀體內外抗腫瘤活性的1,2,3-三氮唑雜合體的最新研究進展，以啟迪科學家更合理的開展深入研究。