異口惡唑環抗癌藥物研究進展

孫文，魏成喜，卞明

1.內蒙古民族大學醫學院，內蒙古通遼 028000；2.內蒙古民族大學藥物化學與藥理學研究所，內蒙古通遼 028000；3.通遼市中醫醫院西藥房，內蒙古通遼 028000

異噁唑是一類應用廣泛的雜環化合物，已被證明是藥物合成中用途非常廣泛的構件，其生物活性包括抗癌、免疫調節[1-2]、抗阿爾茨海默病[3-4]、抗帕金森[5]、降血糖[6]、鎮痛、抗炎[7]、抗菌和抑制HIV等諸多藥理活性。隨著研究的發展，異噁唑環已被用于制備小分子藥物或天然產物結構修飾。它可以由含有肟結構的官能團與富含電子的炔烴通過氧化成環得到。目前，異噁唑類衍生物的藥物較多，因其便捷的合成方式和優秀的生物活性受到藥物化學學者青睞，尤其在抗癌治療方面表現出了良好的應用前景[8]。現如今，異噁唑衍生物結構已成為有機化學家與藥物化學家等眾多科研人士研究的熱點之一。隨著新化合物不斷涌現，在研究其化學結構及生物活性之后，分析并總結其規律，這樣可以根據不同的需要選擇合適的先導化合物。為了能夠開發出更高效的抗癌新藥，研究異噁唑類化合物是非常必要的。

1 抗癌活性

Im D等[9]設計和合成了一系列具有喹唑啉核心的4-芳基氨基5-甲基異噁唑衍生物。其中化合物1a（見圖1），且對FLT3-ITD和FLT3-TKD（D835Y）有活性，IC50值分別為301 nM和228 nM?；衔?a顯示出優異的選擇性特征，對其他激酶包括FMS、cKit具有20%或更低的活性。分子對接結果顯示1a可以對接至FLT3激酶的ATP結合位點。因此，化合物4a顯示出作為急性白血病治療劑的潛力。

圖1 藥物化學結構式

Yazdani H等[10]用一種簡單的合成方法，基于炔基和溴氰氧化物之間的1，3-偶極環加成反應，然后將親水性聚乙二醇尾縫合到核上進行酯化反應，為合成含有異噁唑基枝狀體的結構聚合物提供了1條新的途徑。將聚乙二醇尾端加到端基樹枝狀分子中（見圖1），使其在包括水介質在內的各種溶劑中具有溶解性，并使端基樹枝狀分子結構具有空間穩定性。腦腫瘤細胞（U251N）用濃度在100 μM時的化合物2a處理，在24、72 h后，化合物2a顯著降低了活細胞數量，分別降至9.89%、1.35%。研究結果表明化合物2a通過抗腫瘤劑的共價和非共價連接，以及摻入細胞表面結合分子探針以提高細胞類型特異性，進一步探索它們聯合治療的潛力。

與常用的抗癌藥物阿霉素（DOX）作比較，Eid AM等[11]合成了一系列異噁唑甲酰胺類化合物（見圖1），并測定了它們對乳腺癌細胞（MCF-7）、宮頸癌細胞（HeLa）和肝癌細胞（Hep3B）的細胞毒活性和抗氧化活性。結果表明，化合物9b和9c對Hep3B細胞的抑制活性最強，IC50值約為23 μg/mL，9d對HeLa細胞的半數抑制濃度最高，IC50值為15.48 μg/mL。然而，化合物3a對MCF-7細胞具有最低的IC50值39.80 μg/mL）。化合物9b和9c均可使Hep3B分泌甲胎蛋白的量減少分別為（1 829.33±65.91）ng/mL和（1 758.66±54.04）ng/mL。此外，在細胞周期分析中，化合物3a和3b誘導的G2/M期延遲為18.07%，與阿霉素陽性對照相似。此外，化合物3b和3c可使Hep3B細胞的壞死率降低3倍，并使細胞發生凋亡。結果表明，化合物3b和3c具有較強的抗癌活性。

以天然酚類化合物酪醇為原料，Aissa I等[12]合成了3，5-二取代異噁唑衍生物（見圖1）。酪醇是一種天然酚類化合物，廣泛存在于橄欖油等天然來源中，具有廣泛的生物活性。大多數衍生物對人膠質母細胞瘤癌細胞（U87）具有顯著的抗增殖活性，且呈劑量依賴關系?；衔?a的IC50（15.2±1.0）μg/mL具有較強的抗癌活性。結果認為新合成的異噁唑連接的酪醇衍生物是開發有效抗癌藥物的有前途的支架。

Liu S等[13]合成了一系列含CF3的高活性3'-（硝基異惡唑）螺（吡咯烷-3,20-氧吲哚）。將具有生物活性的螺辛吲哚和異噁唑骨架結合，得到的化合物5a（見圖1），對這兩個靶標均表現出很強的活性（Ki=112.5）?；衔?a在MCF-7乳腺癌細胞中表現出了良好的抑制MDM2介導的p53降解活性和GPX4水平的活性。此外，在體內實驗中，化合物5a對MCF-7異種移植模型中MDM2和GPX4均表現出抑制作用，可觸發嗜鐵性和凋亡細胞死亡這與體外實驗結果一致。

Murthy A等[14]設計并合成了一個含3-芳基異噁唑側鏈的新型哌啶-三唑雜化化合物，見圖1。細胞毒性研究發現，其中化合物6a是最具潛力的衍生物，對具有代表性的7種癌細胞株具有很高的活性。通過BRET分析，確定活癌細胞中PUMA/BclxL相互作用的IC50值為3.8 μM。通過分子模擬研究，帶有芳基異噁唑部分的新側鏈應該部分填充PUMA結合的BCL-XL凹槽。因此，相應的數據使該實驗能夠提出這個新分子的活性的理論基礎，并確認這一家族化合物對PUMA-BCL-XL強相互作用的擾動潛力。

Abou-Seri SM等[15]合成了3個新系列的基于異噁唑的甲酰胺系列、尿酸鹽系列和腙系列（見圖1），并對其潛在的生長抑制活性進行了生物學評估60種癌細胞系?；衔?a對48種癌細胞系顯示出廣譜抗癌活性，平均GI=30.9%。抗肝細胞癌（HepG2）化合物的綜合抗癌評估表明，尿酸鹽衍生物7b和腙衍生物7c和7d通過促進細胞周期停滯和誘導細胞凋亡顯示出比索拉非尼IC50值為3.99 μM更好的抗癌活性IC50值為0.84、0.79、0.69 μM。此外，還顯示了化合物7b、7c和7d對THLE2正常肝細胞的有希望的安全性。血管內皮細胞生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor-2, VEGFR-2）抑制活性的評估表明，化合物7b和16c是本研究中最有效的VEGFR2抑制劑，IC50值分別為25.7和28.27 nM。與VEGFR2結合位點的對接表明，所提出的衍生物產生了與索拉非尼相當的擬合值、結合能和結合相互作用。因此，化合物7b、7c和7d顯示出高體外效力和對HepG2癌細胞的良好選擇性、有效的VEGFR-2激酶抑制作用并預計具有良好的藥代動力學特征，代表了探索其在癌癥治療中潛在益處的有吸引力的工具。可以得出結論，該研究強調了所提出的設計策略，并提出了一種新的分子支架，可以進一步優化并用于設計有前途的強效VEGFR-2抑制劑。

通過雜化Michael加成和1，3-偶極環加成序列，Tsai Y等[16]設計合成了新型左旋糖苷酮類衍生物（見圖1）。所有異噁唑都具有細胞毒性，其IC50值范圍為13.8～26.4 μM。這些值低于相對應1，2，3-三氮唑取代衍生物的結果，表明側鏈上的異噁唑環為更突出的結構基序。這可以通過比較芳香族片段上具有相同取代基的化合物觀察到的活性來證明，這些異噁唑的活性（平均）比相對應的三唑類似物高43%。合成的活性最高的化合物是8a，具有5-氯-2-呋喃取代基，其IC50值為13.8 μM。

Warda ET等[17]合成了一系列新的異噁唑類化合物（見圖1、圖2）并對其體外抗腫瘤活性進行了評價。結果表明，化合物9b和9i對3種癌細胞的抑制作用最強，IC50值為6.38、9.96 μM。此外，化合物9a、9d和9g對這3種癌細胞表現出較強的活性，而化合物9c、9e、19f和9g對這3種癌細胞表現出中等活性。此外，化合物9i對Wish和WI38正常細胞具有較低的細胞毒作用的IC50值分別為（53.19±3.1）、（38.64±2.8）μM，有望成為一種安全有效的抗腫瘤藥物。研究了9個活性化合物9a～9i對EGFR-TK的抑制活性，其中化合物9e、9f和9i的抑制活性最高的IC50值分別為（0.064±0.001）、（0.066±0.001）和（0.054±0.001）μM?；衔?i還與其他4個靶蛋白進行了比較，結果表明，化合物9a對VEGFR-2、細胞角蛋白2α（CK2α）和拓撲異構酶Ⅱβ具有良好的抑制活性，對微管蛋白聚合具有較好的抑制活性。細胞周期分析表明，9i誘導癌細胞周期停滯于G2/M期和前G1期。此外，還證實了9i通過caspase3/9水平升高和Bax/Bcl2比值升高而誘導癌細胞死亡。對接研究證明，化合物9i與EGFR-TK、VEGFR-2、CK2α、拓撲異構酶IIβ和微管蛋白的活性部位完全匹配。利平斯基規則和Veber標準也進行了分析，結果表明化合物9i有望被口服吸收。

圖2 藥物化學結構式

用鈀交叉偶聯的方法Weaver MJ等[18]合成了一系列含N雜環（N-het）的蒽基異噁唑酰胺（AIM）類抗腫瘤藥物10a、10b（見圖2）。對腦癌細胞和乳腺癌細胞都表現出很強的抗腫瘤活性。在這兩種情況下，化合物20b是最活躍的化合物。對于乳腺癌細胞株MDA-468，所有化合物都表現出個位數的微摩爾細胞毒性，其中化合物10a與10b大致相當。在腦瘤細胞系SNB-19中，化合物10b的活性明顯高于其他雜環，化合物10a的活性為2 μM。此外，還檢查了大鼠膠質瘤細胞系，N-雜環AIMS對其活性較低，然而，Quin-AIM確實在6.71 μm處保持了個位數的微摩爾效價，這表明該細胞系可能被用于AIMS的臨床前表征的動物模型中。

Wu X等[19]所在課題組通過高通量虛擬篩選（HTVS）方法確定了一個潛在的乙酰輔酶A羧化酶（acetyl coA carboxylase, ACC）抑制劑11a，并合成了一系列4-苯氧基苯基異噁唑類化合物（見圖2）用于SAR研究。其中，化合物11b的抑癌活性最強的IC50值為99.8 nM，與CP-640186相當?？乖鲋硨嶒灡砻?，化合物11c的細胞毒性最強，其IC50值分別為0.22 mM（A549）、0.26 mM（HepG2）和0.21 mM（MDA-MB-231）。化合物11b和11c的初步機制研究表明，這些化合物降低了丙二酰輔酶A水平，使細胞周期停滯在G0/G1期，并誘導了MDA-MB-231細胞的凋亡。這些結果表明4-苯氧基苯基異噁唑作為ACC抑制劑在癌癥治療中具有進一步研究的潛力。

Zhu P等[20]設計合成了一系列新型的含異噁唑的聯苯類化合物（見圖2），并對其作為PD-1/PD-L1抑制劑進行了評價。構效關系表明，引入異噁唑的閉環策略是可行的，并且3-氰基苯基對PD-1/PD-L1蛋白-蛋白質相互作用具有顯著的抑制活性。分子對接研究有助于了解小分子抑制劑與PD-L1二聚體的結合模式。特別是化合物12a是1種很有前途的抗PD-1/PD-L1抑制劑，其IC50值為23.0 nM，為今后的藥物開發提供了有價值的信息。

2 結論

本文綜述了近幾年異噁唑衍生物的抗癌研究進展并歸納了它們的生物活性、構效關系、治療作用和化學結構。對不同類型化合物進行分析比較后發現它們都具有較好的抗腫瘤活性；在體外實驗結果表明它們均能有效抑制癌細胞生長；在體內外動物試驗表明它們對腫瘤細胞也表現出良好療效。但存在一些問題需要解決。作者認為異噁唑結構中N、O原子能夠與受體形成增強結合力的H鍵，異噁唑本身具有芳香性能夠形成π-π共軛，這使異噁唑成為重要的生物活性官能團。綜上所述，異噁唑是非常具有抗癌潛力的結構片段，值得今后進一步研究。