微管蛋白聚合靶向抑制的抗肿瘤药的研究进展

许 悦 (山东省武城县人民医院ICU，山东 德州 253300)

微管是由α-微管蛋白和β-微管蛋白的异二聚体形成的蛋白质类多聚物，具有中空管状结构，在维持细胞形态、细胞分裂及物质运输等的过程中起重要作用。微管的破坏可诱导细胞周期阻滞在G2/M 期，并形成不正常的有丝分裂纺锤体，这也使其成为抗肿瘤药的重要靶点之一。近年来，一些新型微管蛋白聚合抑制剂的合成和发现越来越引起人们的关注。本综述根据化合物临床研究阶段及其结构的不同，总结了已进入临床应用的15 种靶向抑制微管聚合药物，以及新合成的查尔酮类、二鬼臼毒素类衍生物和其他杂环取代的29 种化合物的抗肿瘤活性，现综述如下。

1 微管蛋白聚合靶向药物的作用机制

微管靶向药物通过破坏微管聚合功能，将诱导细胞周期阻滞于G2/M 期，产生非正常有丝分裂的纺锤体来发挥其对细胞增殖的影响。微管靶向药物通常也被称为抗有丝分裂药，通常根据该类药物的对微管蛋白的稳定性和动力学参数来划分［1］。秋水仙碱位点和长春新碱位点是该类药物常见的药物结合位点。虽然结合位点不同，但二者的作用机制相近，均能可逆性地与微管蛋白结合形成复合物，阻碍了其他微管蛋白的聚合从而抑制微管的形成，同时微管聚合抑制剂还能通过诱导微管的解聚抑制纺锤体的形成，将细胞阻滞在M 期，并最终诱导细胞凋亡［2］。

2 临床应用的靶向微管蛋白聚合抑制剂

目前已有多种化合物已进入了临床研究阶段，其中秋水仙素是首个进入临床研究的靶向微管蛋白聚合抑制剂。秋水仙素是从百合科植物秋水仙的种子和鳞茎中提取出的一种卓酚酮类生物碱，能够与微管蛋白上的秋水仙碱位点结合，使α 与β 微管蛋白变形，阻断微管蛋白的组装，继而形成了非正常状态的纺锤体，最终阻滞细胞有丝分裂。体内外药效学实验发现，秋水仙碱对乳腺癌、白血病、皮肤癌疗效显著［3］，但因在临床研究中毒性太大而较少用于肿瘤的治疗。

为降低毒性、提高其临床应用可能性，阿斯利康公司研发的N-乙酰基取代的秋水仙醇的磷酸酯类前药ZD6126 对实体瘤具有明显的抑制作用。研究其作用机制发现，该化合物可靶向作用于血管内皮细胞内的微管蛋白，阻碍微管蛋白聚合，破坏内皮细胞骨架结构而造成肿瘤血管系统选择性闭塞和大规模的损伤坏死［4］。虽然数据显示ZD6126 在人体内安全性比较好，但因约有11%的患者出现了心脏的不良反应，该药的II期临床试验已被终止，然而与其他药物的联合用药却在继续研究中［5］。

OXiGENE 公司近期研发了一种新型卵巢癌治疗药物fosbretabulin，现已进入Ⅱ期临床试验阶段。该药物属于考布他汀A-4 (CA4)的磷酸盐前体，在体外具有很强的细胞毒活性，对多种肿瘤细胞的半数抑制浓度(IC50)达到了纳摩尔级，尤其对白血病及非小细胞肺癌细胞系的抑制作用明显。

2-甲氧基雌二醇(2ME)是β-雌二醇的生理代谢产物。体外研究结果发现，2-ME 在1 ～3 μM 浓度下能够阻止微管装配和抑制纺锤丝的形成，从而使细胞周期停滞于M 期，且生理活性优于β-雌二醇。与传统抗肿瘤药物不同，2-ME 具有较好的口服生物利用度，对微管聚合的抑制作用是通过降低其聚合速率来实现的，2ME 的存在会改变微管的结构，说明2ME 与微管蛋白的结合是在其已经聚合形成微管之后，而不是先与微管蛋白形成复合物之后影响微管的聚合［6］。此外，现已有十余种药物作为靶向微管蛋白聚合抑制剂用于肿瘤的临床治疗，其药物名称、微管蛋白作用位点、临床应用及所处的研究阶段如表1 所示。

3 新型靶向微管蛋白聚合抑制剂

3.1 查尔酮衍生物

3.1.1 考布他汀A-4 衍生物:考布他汀A-4 (CA-4)首次从风车子属南非柳树Combretum caffrum树根中分离得到的一类天然化合物，与秋水仙碱结构同样具有顺式乙烯桥连接的两个苯环的基本母核结构，可与秋水仙碱竞争微管蛋白上的结合位点，将肿瘤细胞周期阻滞在G2/M 期，阻断了细胞的有丝分裂，并最终通过诱导细胞凋亡来发挥其细胞毒性作用。但是CA-4具有水溶性差、反式构型没有活性等限制。

近年来，人们针对CA-4 的衍生物设计做了大量的研究。为了增加CA-4 的水溶性，Pouria 等［18］在乙烯桥连接处引入了极性基团氰基，合成了一系列的氰基取代的CA-4 衍生物。其中化合物17 是E-构型化合物中唯一具有微管蛋白聚合抑制活性的化合物，与CA-4 相似，抑制肿瘤细胞增殖，其IC50值为42 μM。由于A 环3 个甲氧基是最佳取代方式，3 个甲氧基能保持足够的构象灵活性，从而与微管蛋白更好地结合。因此现在的很多工作围绕着对B 环的改造。利用Perkin 催化反应对B 环进行改造，合成了氰基取代的CA-4 衍生物18、19、20 和21，对四种化合物的体外抗肿瘤实验发现，Z 构型的CA-4 衍生物对人大细胞肺癌细胞NCI-H460 及人结直肠腺癌细胞HCT-15 均表现出了明显的抗增殖活性，是E 构型细胞毒活性的1000 倍以上，同时口服生物利用度可达到40%以上。

为提高化合物的抗肿瘤活性，Kumar 等［19］尝试对CA-4 的A 环进行改造。利用高通量筛选技术发现当引入吲哚环时，衍生物对7 种肿瘤细胞均具有明显的细胞毒活性，利用ELISA 检测发现化合物22 的微管蛋白聚合抑制活性最强，当浓度为30uM 时，该化合物对微管蛋白聚合抑制达100%。

前期研究发现，在结构内引入硅原子(Si)能够显著增加化合物的稳定性和生物活性［20］。在此基础上，Nakamura 等［21］通过改变CA-4 结构中A 环、B 环以及Si 原子上的取代基，得到能够显著抑制乳腺癌细胞系MCF-7 的化合物，其中化合物23和24 对微管蛋白装配的抑制率分别为66%和87%。构效关系研究发现，Si 原子取代CA-4 的碳-碳双键(C =C)是新型微管蛋白聚合抑制剂的重要药效基团。

3.1.2 卤代查尔酮类化合物:近年来，采用卤素取代查尔酮类衍生物合成是新型靶向微管蛋白聚合抑制剂另一个研究方向。Nam NH 等［22］验证了查尔酮母核结构中A 环上卤素、羟基、甲氧基取代都会使查尔酮抗肿瘤活性增加，其中最有效的化合物是2-氯-2'，5'-二羟基查尔酮，其在低浓度时对肿瘤细胞的抑制率达到了60%以上。Dyrager C 等［23］采用醇醛缩合反应将二卤代乙酰苯和乙醛取代物在碱性环境中生成了十余种二卤代查尔酮类衍生物，均具有较强的体外抗肿瘤活性，其中化合物26、27是阳性对照药物长春新碱抑制微管蛋白聚合活性的3 倍以上。

3.1.3 其他取代基团的新型查尔酮衍生物:Vitorovic-Todorovi等［24］为提高抗肿瘤生物活性及生物利用度，对查尔酮母核的B 环进行改造，合成出了一些新型查尔酮衍生物。其中利用查尔酮母核的B 环与α、β-不饱和羰基化合物反应生成了几十余个新型芳酰基丙烯酸取代的查尔酮类化合物，经过体外抗微管蛋白聚合活性评价发现，有14 种查尔酮衍生物表现出明显的抗微管蛋白聚合活性，其中抑制作用最强的是化合物28，查尔酮A 环未经取代，其IC50值为2.9 μM，且呈现剂量依赖性。

Salum 等［25］认为与秋水仙碱结合位点配体结构相似的化合物对微管蛋白聚合抑制作用明显。利用取代苯乙酮与乙醛通过羟醛缩合反应生成B 环结构各不相同的17 个查尔酮衍生物。构效关系研究发现，B 环被4-N(CH3)2-C6H4取代的化合物29 与秋水仙碱的抑制活性相当(IC50值为2.8 μM)。

3.2 新型鬼臼毒素类衍生物

鬼臼毒素是从植物盾叶鬼臼中分离得到，可逆地与微管蛋白的秋水仙碱结合位点相结合，扰乱微管的动态平衡和细胞的有丝分裂，从而发挥抗肿瘤作用。但该药在人体水溶性差且有严重的不良反应，不宜直接应用于临床，所以国内外许多研究者对其母核进行改造和结构修饰，得到了新型鬼臼毒素类衍生物，如依托泊苷(VP-16)、鬼臼噻吩苷(VM-26)。Castro 等［26］去掉鬼臼毒素的亚甲二氧基或改变环木酚素骨架的A 环的功能团后得到19 个鬼臼类似物，发现化合物33、34 对小鼠淋巴细胞性白血病细胞P-388、人肺癌细胞A549、人结肠癌细胞HT-29、黑素瘤细胞MEL-28 均具有明显的细胞毒作用，IC50值均达到微摩尔级。Alam 等［27］运用了三维构效关系及分子对接方法对新合成的154 种鬼臼类似物与微管蛋白的相互作用机制进行了较为深入的研究，其中有48 种化合物对小鼠淋巴细胞性白血病细胞P-388 细胞的抑制活性强于鬼臼毒素(IC50值0.6 μM)，所建立的模型及结合能的计算对新药设计具有一定指导意义。Reddy 等［28］在鬼臼毒素1-位引入4β-［(4-烷基)-1，2，3-三唑基团，并将合成的新化合物对6 种肿瘤细胞进行活性测试，发现化合物35、36、37、38 和39 具有显著地细胞毒活性，特别是化合物35 对前列腺癌细胞PC-3 以及人喉癌上皮细胞Hep-2 的IC50值达到纳摩尔级，这与后续使用的分子对接方法所得的结果一致，即对接打分结果越高，抑瘤活性越好。

3.3 其他新型微管蛋白聚合抑制衍生物

喹唑啉类化合物是一类重要的新型抗肿瘤药，已进入临床应用的埃罗替尼和吉非替尼等都是含喹唑啉母核的化合物。Spanò 等［29］利用增环反应在异吲哚结构的嘧啶环上引入吡咯并［3，4-h］喹唑啉，并对所合成的新化合物进行体外活性评价及分子机制的研究，发现化合物40 和41 对5 种肿瘤细胞抑制活性最高，且诱导细胞凋亡作用与线粒体凋亡依赖通路有关，此外喹唑啉类化合物还可发挥抗有丝分裂活性和抑制微管蛋白的聚合活性。

Kamal 等［30］合成了含A、B、C、D 环的咪唑并［2，1-b］噻二唑取代的氧化吲哚衍生物，其中化合物42、43、44 可以通过阻滞微管蛋白的组装，使细胞周期停滞于G2/M 期来发挥抗肿瘤细胞增殖，此外该杂环化合物还能升高细胞周期素-B1 蛋白的水平。

综上所述，微管蛋白聚合抑制剂是临床应用较早且上市品种较多的抗肿瘤药，其的广泛应用有效缓解了患者的病情，至今仍发挥着重要的作用。在过去的30 年中，为了找到高效的抗微管蛋白聚合抑制药物，大量的化合物已被合成并进行了生物活性测试，且已有数十种药物进入抗肿瘤的临床应用。然而由于抗肿瘤普遍具有活性低，且应用时易诱发各种不良反应，使临床应用受到很大限制。因此，研发高效、低毒的新型微管蛋白聚合药物具有非常重要的意义。

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