四氢异喹啉类生物碱的生物活性多样性及其作用机制_刘册家

药学学报ActaPharmaceuticaSinica2010,45(1):9−16·9·四氢异喹啉类生物碱的生物活性多样性及其作用机制刘册家,刘佃雨,向兰*(山东大学药学院,山东济南250012)摘要:四氢异喹啉类生物碱在自然界中分布广泛,有些药物在临床上已广泛应用。随着对四氢异喹啉类生物碱研究的深入,越来越多新的生物活性、新的作用机制和靶点被发现和揭示,此类生物碱生物活性的多样性受到人们广泛关注。本文综述了近五年来四氢异喹啉类化合物在抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗炎、抗凝血、支气管扩张及中枢神经系统作用等方面的活性及机制研究的新进展,旨在为四氢异喹啉类生物碱的活性研究提供思路和启示,为寻找先导化合物、合理设计药物分子提供依据。关键词:四氢异喹啉类生物碱;生物活性多样性;作用机制中图分类号:R916文献标识码:A文章编号:0513-4870(2010)01-0009-08BioactivitydiversityandfunctionalmechanismoftetrahydroisoquinolinealkaloidsLIUCe-jia,LIUDian-yu,XIANGLan*(SchoolofPharmacy,ShandongUniversity,Jinan250012,China)Abstract:Tetrahydroisoquinolinealkaloidsdistributedwidelyinthenatureandsomehaveabroadapplicationinclinic.Moreattentionhasbeenpaidinrecentyearsonthistypeofalkaloid,owingtothediverserangeofbiologicalactivitiesexhibitedbythesealkaloidsandthediscoveryofnewfunctionalmechanismsandmoleculartargetsunderlyingtheseactivities.Thisarticlesummarizedtherecentadvancesinthebiologicalactivitiesandfunctionalmechanismoftetrahydroisoquinoline,whichincludedtheactivitiessuchasantitumor,antibiotic,antivirus,anti-inflammatory,anticoagulation,bronchodilation,andtheactiononcentralnervoussystem,withthepurposeofprovidingsomeideasinthestudyofbiologicalactivityofthistypeofalkaloidandinthesearchforlead-compoundandrationaldrugdesign.Keywords:tetrahydroisoquinolinealkaloids;bioactivitydiversity;functionalmechanism四氢异喹啉类生物碱在自然界中分布广泛,在木兰科、樟科、马兜铃科、毛茛科、小檗科、防己科、罂粟科等许多科的植物中都有分布。某些四氢异喹啉类生物碱如盐酸小檗碱、延胡索乙素等已经在临床上广泛应用。随着对植物化学成分研究的深入,越来越多的四氢异喹啉类化合物被分离出来;更有学者通过经典的化学合成方法如Pictect-Spengler合成法、Bischler-Napieralski合成法、Pomoanz-Fistsch合成法收稿日期:2009-07-07.基金项目:国家自然科学基金资助项目(30500651).*通讯作者Tel:86-531-88382028,Fax:[phone],E-mail:[e-mail]以及仿生合成法[1]等进行修饰和改造,丰富了四氢异喹啉类生物碱的结构多样性。随着对四氢异喹啉类生物碱研究的深入,越来越多新的生物活性、新的作用机制和靶点被发现和揭示,四氢异喹啉类生物碱生物活性的多样性已引起人们的广泛关注,2002年Scott等[2]曾对四氢异喹啉类生物碱及其抗肿瘤活性进行过系统综述。2004年本课题组和国内其他两个课题小组分别从马齿苋、金莲花和猪毛菜中发现了四氢异喹啉生物碱:马齿苋酰胺E(oleraceinE)[3]、金莲花碱(trolline)[4]或猪毛菜碱A(salsolineA)[5],其在活性初筛中显示出抗菌、抗病毒[4]及很强的抗氧化活性[6],在思考如何对此化合物的生物活性进行深入研·10·药学学报ActaPharmaceuticaSinica2010,45(1):9−16究的过程中也引发了对四氢异喹啉生物碱活性多样性的关注。本文对昀近五年来天然及合成的四氢异喹啉类生物碱在抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗炎、抗凝血、支气管扩张及中枢神经系统作用等多方面的生物活性及其作用机制研究进展进行了综述,旨在为四氢异喹啉类生物碱的活性研究提供思路和启示,为寻找先导化合物、合理设计药物分子提供依据。1抗肿瘤活性从加勒比海背囊动物红树海鞘(Ecteinascidiaturbinate)中提取得到的含有3个四氢异喹啉环结构的Ecteinascidin743(海鞘素,化合物1),在体内有较好的抗肿瘤活性,近来西班牙Pharmamar公司将其开发为新药Yondelis,已经在英国、瑞士和菲律宾等许多国家上市,用于治疗软组织肉瘤[7],另外还与强生公司合作研究其在子宫内膜癌[8]和乳腺癌[9]治疗方面的应用。目前其全合成和类似物的合成已成为研究热点。Ecteinascidin743抗癌的作用机制主要是通过与DNA双链螺旋表面小沟里鸟嘌呤的2-氨基共价结合,其中A环和B环在结合中起主要作用,C环的作用还不清楚,C-21位的羟基对抗癌活性影响明显,含有此羟基的类似物比不含的活性强[10]。由于Ecteinascidin743在剂量范围内可造成碱性磷酸酶、胆红素及转氨酶类升高的肝毒性[11],对其类似物的构效关系进行深入研究并开发出抗癌活性高和肝毒性小的药物具有重大意义。具有哌嗪结构和(1,3')-双-四氢异喹啉骨架的Phthalascidin650(2)是海鞘素类似物,它对人的K562骨髓瘤细胞、A549肺癌细胞、MCF-7乳腺癌细胞及小鼠的P388白血病细胞和淋巴性白血病L-1210细胞都有较强的抑制活性,它是通过C-21位上的含N基团形成的亲电亚胺阳离子与细胞中的DNA烷基化而抑制肿瘤细胞增殖[12]。Mohler等[13]发现化合物3对鼠C6神经胶质瘤细胞(IC50=2.6μmol·L−1)的选择性远高于正常星形细胞(IC50=29.0μmol·L−1),对其类似物进一步研究发现联苯结构是产生细胞毒的原因之一,叔胺结构的存在可以增强细胞毒性,但会使其选择性下降。Lin等[14]发现化合物4可选择性地抗乳腺癌细胞增殖,它通过拮抗雌激素受体发挥作用,且对雌激素受体的亲和力(relativebindingaffinity,RBA=5)远大于目前临床治疗乳腺癌常用的药物他莫昔芬(RBA=1),以此类母核结构为先导化合物,对雌激素受体调节剂设计具有重要意义。抗凋亡基因Bcl-2在人血癌和实体癌中高表达,其高同源性家族成员Bcl-xL在肺癌和卵巢癌中高表达,Porter等[15]发现的一系列四氢异喹啉化合物可以通过抑制Bcl-2和Bcl-xL蛋白的表达来加速细胞凋亡,以5为母核结构,在R2上以Br、Cl取代时活性增强。驱动蛋白Eg5能促进细胞有丝分裂中微管形成纺锤体,Tarby等[16]发现化合物6通过抑制驱动蛋白Eg5(ATPase,IC50=104nmol·L−1)发挥抑制细胞增殖的作用。血管内皮生长因子对新生微细毛细血管的形成有促进作用,含激酶域插入片段受体(kinaseinsertdomaincontainingreceptor,KDR)是血管内皮生长因子受体2(vascularendothelialgrowthfactorreceptor-2,VEGFR2),Choquette等[17]发现以7为骨架的四氢异喹啉类化合物能够选择性抑制KDR,从而抑制新生微细毛细血管的形成,阻止对肿瘤细胞的营养供应而“饿死”肿瘤细胞。四氢异喹啉类生物碱可以分别从烷基化、受体调节、抑制抗凋亡基因、抑制新生血管生成等不同机制来发挥抗肿瘤作用,通过构效关系研究,设计同时具有几个或全部作用机制的多途径多靶点的四氢异喹啉结构化合物是开发抗癌新药的又一途径。2抗病原微生物活性2.1抗病毒活性近年来从植物中提取到的很多四氢异喹啉类生物碱具有抗HIV作用,并且发现四氢异喹啉结构母核对发挥抗病毒活性至关重要。Kashiwada等[18]发现从莲花NelumbonuciferaGaertn.叶片中分离得到的苄基四氢异喹啉类生物碱(+)-1-(R)-乌药碱和(−)-1-(S)-去甲基乌药碱能够抑制人T淋巴细胞H9中HIV病毒复制[EC50分别为2.8μmol·L−1和小于3μmol·L−1,治疗指数TI(treatmentindex,TI)分别大于125和25]。Iwasa等[19]发现在10余种结构简单的四氢异喹啉生物碱中,1-甲基-6,7-二羟基四氢异喹啉在H9淋巴细胞中抑制HIV复制活性较强,其EC50=0.65μmol·L−1,TI=181。6,7-二羟基四氢异喹啉类生物碱的抗HIV活性随着C-1位上烷基链的加长而降低;其异构体7,8-二羟基四氢异喹啉的活性则比较低,在浓度为1.17mmol·L−1时对HIV-1逆转录酶的抑制率只有48%。此外,Cheng等[20,21]在研究1-芳基-6,7-二羟基(甲氧基)-四氢异喹啉类对C8166细胞中HIV-1ⅢB的抑制活性构效关系中发现,6,7-二羟基四氢异喹啉类比6,7-二甲氧基四氢异喹啉类生物碱细胞毒性低,有较高的治疗指数;当用4-甲基苯基、2-萘基和3-氯苯基代替C-1位的甲基时仍有较强的抗HIV活性,EC50分别为8.24、6和5.3μmol·L−1,TI分别为95、159和130。由此可见,四氢异喹啉抗HIV的活性与C1位取代基的类型、羟基的位置等密刘册家等:四氢异喹啉类生物碱的生物活性多样性及其作用机制·11·切相关。2.2抗真菌活性羊毛甾醇14-α-去甲基化酶(sterol14-alpha-demethylase,CYP51)是真菌甾醇生物合成中的关键酶,是开发抗真菌药物的重要靶点。Zhu等[22]通过构建白色念珠菌CYP51的三维模型以及研究CYP51的活性位点,首次发现6,7-二羟基-四氢异喹啉-2-烷基类衍生物具有抗真菌活性;这些先导化合物与CYP51主要是通过与脂蛋白的非共价结合而抑制CYP51的酶活性,与临床常用的唑类抗真菌药物的作用机制明显不同;其中8和9在抗新型隐球菌、近平滑念珠菌、烟曲霉、红色毛癣菌、大小孢子菌方面要等于或强于氟康唑;结构上与2位N相连的碳原子数目以7～13个为宜,碳链太长则亲脂性太强,与CYP51的S3位点结合不好,太短虽然能进入活性位点但不能与疏水区域紧密结合而发挥作用。3抗炎作用Tsoyi等[23]研究发现四氢异喹啉类化合物CKD712[即化合物10,(S)-YS49]在脂多糖诱导RAW264.7小鼠产生的炎症模型中具有较好抗炎作用,在10～100μmol·L−1范围内呈剂量依赖性抑制诱导型一氧化氮合成酶(induciblenitricoxidesynthase,iNOS)和NO的生成,但对COX-2和PGE2的抑制作用却较弱,初步表明它是通过抑制JAK-2/STAT-1两条通路来发挥抗炎作用的;其S型异构体对iNOS的抑制作用强于R型异构体。Seo等[24]以N-乙酰基-7-羟基-6-甲氧基-1,2,3,4-四氢异喹啉先导化合物11为基础合成的17个四氢异喹啉衍生物,可抑制脂多