去氫樅酸菲環結構改性及衍生物活性研究進展*

韋有杰，馬 璐，莫秀慶，雷 祿

(百色學院 預科教育學院,廣西 百色 533000 )

松香是我國具有優勢可再生的林化資源，經歧化改性后可得到歧化松香，去氫樅酸是歧化松香的主要成分[1-2]。去氫樅酸含有三環菲骨架結構，本身具有良好的生物活性，因而成為天然產物改性研究的熱點化合物。據報道，去氫樅酸及其衍生物具有抗菌、抗癌、消炎、抗衰老、抗潰瘍等[3-10]多種生物活性。其結構中的羧基，因易于酰氯化、還原胺化、酯化等反應，而成為去氫樅酸改性的熱點活性中心。通過對羧基進行改性，可以引入噁唑、噻唑、三唑、咔唑、咪唑、喹啉、吲哚和呋喃等基團，得到去氫樅酸基系列雜環衍生物。隨著研究的深入，人們逐漸對去氫樅酸菲環結構的改性產生了濃厚興趣，其中以B環和C環為重點。改性途徑主要是對B環C7用CrO3氧化引入羰基[11-12]，或對C環的C12和C14進行傅克?；痆13]、鹵化[14-15]、硝基化[15-16]、磺化[17]，對C13上異丙基進行脫去[18]等，得到的目標化合物也表現出良好的生物活性或光學活性。本文對2015年以來在菲環結構改性上取得的研究成果進行簡要總結，為去氫樅酸菲環結構改性的深入研究提供參考。去氫樅酸的結構見圖1。

圖1 去氫樅酸的結構

1 基于B環的改性及其衍生物活性

目前，基于去氫樅酸B環的改性主要集中于C7上，通過CrO3將之氧化成羰基，再與硫脲、氨基脲、肼、苯肼、羥胺等反應，進一步制得所需要的目標化合物。

Luo 等[19]以去氫樅酸為原料，用CrO3將B環上C7氧化得到羰基，再與苯肼反應，最后得到一種新型N取代1H-二苯并[a,c]咔唑衍生物1(圖2)。該課題組采用CCK-8法和流式細胞術檢測了衍生物1對胃癌細胞的殺傷作用，發現其對胃癌細胞具有很強的細胞毒性，質量濃度為 10 μg/mL 時完全抑制達 48 h 甚至更久。研究認為其作用機理是通過劑量和時間依賴性抑制細胞增殖，破壞細胞膜的完整性，并激活鈣蛋白酶-1抗體自溶，以達到誘導凋亡蛋白分裂。Chen等[12]也合成了一系列含不同N-(哌嗪-1-基)烷基側鏈的去氫松香酸基1H-二苯[a,c]并咔唑衍生物，并研究了衍生物對3種人肝癌細胞系(SMMC-7721、HepG2和Hep3B)的體外抗癌活性。其中，化合物2(圖2)抗癌活性最強，IC50值分別為(1.39±0.13)、(0.51±0.09)mmol/L和0.73±0.08 mmol/L。還發現該化合物可提高細胞內ROS水平，降低線粒體膜電位，破壞細胞膜完整性，并最終導致HepG2細胞的癌性和凋亡。

圖2 Luo等和Chen等合成的衍生物

Huang等[20]對B環C7進行氧化后與羥胺反應，并最終合成得到一系列新型具有抗腫瘤活性的去氫樅酸基手性二肽衍生物3(圖3)。并采用MTT法測定化合物對人肺癌NCIeH460、宮頸癌上皮細胞HeLa和胃癌MGC-803細胞的體外抑制活性。抗腫瘤活性測試表明，多個化合物對這三種腫瘤細胞株均表現出中高水平的抑制活性。大部分化合物的抑腫瘤活性高于商業抗癌藥物5-氟尿嘧啶(5-FU)。Vahermo 等[21]先將去氫樅酸C7氧化改性成羰基，再與羥胺反應，得到一系列具有不同側鏈氨基酸骨架的去氫松香酸衍生物4(圖3)。衍生物對多氏利什曼原蟲和克氏錐蟲具有較強的抗原蟲活性。其中，4a和4b殺死細胞內多氏利什曼原蟲IC50值分別為2.3、6.6 μmol/L。4a、4b和4c殺死細胞內克氏錐蟲IC50值分別為4.2、3.9、5.8 μmol/L。

圖3 Huang等和Vahermo等合成的衍生物

2016年，陳乃源等[7]以去氫樅酸為原料，經對B環C7氧化成羰基后，再對羰基α碳進行溴化并與硫脲等反應，最后合成得到一系列新型去氫樅酸基B環并噻唑-酰胺化合物。并研究了化合物對黃瓜枯萎、番茄早疫、蘋果輪紋、花生褐斑及小麥赤霉等5種病原菌的抑制活性。結果表明，化合物5(圖4)及其中間體(去氫樅酸基環并噻唑-胺)在50 mg/L下對蘋果輪紋病菌的抑制活性均達A級，抑制率分別為90.0%和92.4%。2020年，陳乃源等[11]又在5的基礎上合成得到一系列新型(芳基)甲基胺脫氫樅酸基B環融合噻唑衍生物6(圖4)，以CCK-8法研究了它們對HepG2、SCC9和293T的體外細胞毒活性。其中，化合物6a和6b對癌細胞具有一定的抑制活性，而對正常細胞毒性較弱，同時對PI3K/AKT/mTOR信號通路有抑制活性。

圖4 文獻[7]和[11]合成的衍生物

2 基于C環的改性及其衍生物活性

C環為苯環。對C環的改性方法主要是利用親電試劑與苯環進行如鹵化、硝化、磺化、傅克?；兔摦惐扔H電取代反應，最后合成得到苯并雜環、氨基取代物等具有生物活性的衍生物。

Gu 等[15]對去氫樅酸C環進行鹵化、脫異丙基化、硝化等改性后，合成得到化合物7(圖5)，并通過X射線單晶衍射研究了化合物的晶體結構，證實該化合物為單斜晶系。初步抗腫瘤實驗表明，該化合物對HepG2和SMMC-7721細胞具有較強的抑制活性，IC50值分別為17.1、10.2 μmol/L。

圖5 文獻[16]、[17]合成的衍生物

Huang 等[17]對C環進行磺化后，合成得到一系列含有磺胺基的去氫松香酸二肽衍生物8(圖5)。抗腫瘤活性研究表明，部分化合物具有較好的抑制活性，甚至優于商品化抗癌藥物5-FU。其中,8a對HepG2細胞的抑癌活性最好，IC50為(4.18±1.08) μmol/L。研究發現,8a是通過抑制MMP-3活性和誘導細胞凋亡，對HepG2細胞系產生了最強的抑制作用。

Wei等[16]在去氫樅酸C14硝化還原胺化后，并最終制備一系列新穎的C-14 1,2,3-三唑去氫樅酸衍生物9(圖6)。體外抗增殖活性評價表明，大多數化合物對癌細胞均有較強的抑制活性。其中，9a、9b和9c在低濃度下對耐阿霉素MCF-7生物同樣有效，且呈劑量相關。特別是，結構中具有3-(叔丁基羰基氨基)苯基取代的三唑基團的最有效化合物9c，不僅對癌細胞抑制效果明顯，IC50值在0.7～1.2 mmol/L 之間，且對正常細胞表現出非常弱的細胞毒性。

圖6 文獻[16]、[22]合成的衍生物

Miao 等[22]對去氫樅酸C12進行鹵化，脫去C13上異丙基并對C13，C14進行硝化后，最終合成得到多個新型2-芳基苯并咪唑衍生物。采用MTT法測定了目標化合物對肝癌細胞株SMMC-7721、MDA-MB-231、HeLa、CT-26和正常肝細胞QSG-7701的體外細胞毒活性。其中，化合物10(圖6)的細胞毒活性最強，其IC50值分別為0.08±0.01、0.19±0.04、 0.23±0.05、0.42±0.07 μmol/L，且對人正常肝細胞QSG-7701的抗腫瘤活性相對安全。微管蛋白聚合抑制實驗和免疫熒光染色進一步證實化合物10可明顯抑制微管聚合，從而破壞癌細胞的微管網絡。研究還發現，該化合物10可誘導SMMC-7721細胞凋亡。

Pilar 等[18]報道，以去氫樅酸為原料，首次合成了cassane型二萜taepeenin F11(圖7)。并對合成反應關鍵步驟甲酰基取代脫氫樅烷衍生的異丙基進行了補充研究，提出了該反應的假定機理。

檀貫妮等[23]以去氫樅酸為起始物，能過酯化、溴化、硝化、還原和C-N 偶聯反應合成得到 13-[N, N-(4-萘基苯基)-苯基]胺基-脫異丙基脫氫樅酸甲酯12a及13-[N, N-雙(4-萘基苯基)-苯基]胺基-脫異丙基脫氫樅酸甲酯12b兩個化合物(圖7)。并利用Gaussina 09程序采用密度泛函DFT/B3LYP等方法，研究了化合物結構與光譜性能之間的關系。通過對比發現，去氫樅酸骨架和萘環的引入對化合物平面性有影響，而萘環則會增大化合物的共軛程度。在甲醇、二氧六環等5種溶劑中的熒光及紫外光譜測試表明，化合物在不同極性的溶劑中熒光及紫外均變化較大，表明它們均存在溶致變色效應。該課題組[24]又以同樣的方法合成得到一種含雙萘的脫氫樅酸三芳胺化合物13-[N，N-雙(α-萘)]胺基-脫異丙基脫氫樅酸甲酯13(圖7)，熒光及紫外光譜測試同樣表明其具有溶致變色效應。

Yang等[25]合成系列2-芳基硫代和2-芳基胺- 1H -苯并[d]咪唑去氫樅酸衍生物，其中2-芳基胺- 1H -苯并[d]咪唑去氫樅酸衍生物14(圖7)對四種癌細胞(HCT-116、MCF-7、HeLa和HepG2)抑制活性最強，IC50值分別為0.18±0.03、0.43±0.05、0.71±0.08、0.63±0.09 μmol/L，對人胃黏膜細胞系gs -1的細胞毒性顯著降低，IC50為 21.95±0.73 μmol/L。此外，該化合物還可增加細胞內活性氧水平，降低線粒體膜電位，上調Bax和cleaved caspase-3 - 9水平，下調Bcl-2水平，并以劑量依賴性的方式誘導HCT-116細胞凋亡。

圖7 文獻[18]、[23]、[24]、[25]合成的衍生物

3 同時對B環和C環的改性及其衍生物活性

Damir等[4]首次報道了從去氫樅酸甲酯出發，在C14和C7分別引入羥基和羰基，半合成得到一種二萜類化合物(+)-流相-萜酸15(圖8)及若干個類似物。根據不同的官能團對以上化合物進行了生物學比較，得出了一些基本的構效關系(SAR)。通過對6種具有代表性的人類腫瘤實體細胞(A549、HBL-100、HeLa、SW1573、T-47D和WiDr)、5種白血病細胞模型(nom -06、KOPN-8、SUP-B15、UoCB1和BCR-ABL)和4種利什曼原蟲(L. infantum、L. donovani、L. amazonensis和L. guyanensis)的生物學特性進行研究，表明這些樅烷二萜類化合物可從廉價的手性化合物庫中獲得具有良好藥理特性的新型生物活性分子。

圖8 文獻[4]、[26]、[27]、[14]合成的衍生物

Liu 等[26]以在去氫樅酸B環中引入肟結構和C環引入芳?；玫?6(DHAD)(圖8)，并與ZnAlTi-LDH組裝得到DHAD/ZnAlTi -LDH復合材料。研究表明，該復合材料具有顯著的活性氧(ROS)生產能力，在可見光照射下均能殺滅革蘭氏陰性菌和陽性菌。同時，能有效保護皮膚免受紫外線的傷害。

Zhang 等[27]以去氫樅酸為原料在B環C7引入肟和在C14進行溴化，最后合成了一系列脫氫樅酸的7- N -酰氨乙基/丙肟衍生物，并對其對金黃色葡萄球菌紐曼株和多藥耐藥株(NRS-1、NRS -70、NRS-100、NRS-108和NRS-271)的抑菌活性進行了研究。大多數含三氟甲基苯基/芐基、鹵素取代噻吩基、苯并噻吩基和吡咯基的目標化合物都表現出較強的體外抗菌活性。其中，化合物17a、17b和17c(圖8)對5種耐多藥金黃色葡萄球菌具有較高的抑菌活性，最低抑菌質量濃度(MIC)為1.25～3.13 mg/mL。Zhang 等[14]于2017年合成得到一系列去氫樅酸的N-磺胺乙基肟衍生物，并研究了化合物對金黃葡萄球菌紐曼株和耐多藥菌株的抗菌活性。大多數含氯、溴、三氟甲基苯基的目標化合物具有較強的體外抗葡萄球菌活性。其中，化合物18(圖8)對金黃葡萄球菌紐曼株表現出最高的抑菌活性，MIC為0.39～0.78 μg/mL。對5種耐多藥金黃色葡萄球菌的抑菌活性在0.78～1.56 μg/mL 之間。

Cui等[28]以去氫樅酸為原料一系列脫氫樅酸的N -?；被榛垦苌?9(圖9)，并在CHO-K1細胞的實驗系統中評估了對BK通道的開啟活性。構效研究表明，2-噻吩的S原子與羰基O原子之間的非共價相互作用可能對其與離子通道的相互作用造成限制。

圖9 文獻[28]合成的衍生物

4 展望

去氫樅酸本身具有多種生物活性，且又是天然產物，具備較好的改性研究先天條件。根據當前對菲環結構的改性取得的研究成果，對菲環進行改性是尋找具有優良生物活性的較好選擇。菲環改性有B環及C環兩個區域可供選擇，也可同時進行改性，具有較為廣闊的研究前景。因C環是苯環可進行鹵化、?；?、烷基化、硝化、磺化等反應，取得的成果相較B環要多，活性類型不只有生物活性還有光學活性?？梢灶A見，對C環的改性的研究仍會較B環多，找到具有優良生物活性的先導物也不是不可能。引入的雜環多見含氮雜環，或多見單個雜原子的雜環，具有優良生物活性的含硫，含氧多雜原子雜環引入還比較少，這方面的研究具有較大前景。