含氮杂环甾体化合物的抗肿瘤活性研究进展

蔡晓锐，朱志伟，朱辉德，蔡 奋，许斯琪，陈一村*

( 1．汕头大学医学院附属肿瘤医院，广东 汕头 5 15041；2．汕头大学医学院药理学教研室，广东 汕头 515041 )

甾体(steroids)是一类结构特殊的天然产物，其分子母体结构中均含有环戊烷骈多氢菲(cyclopentano-perhydrophenanthrene)碳骨架，此骨架又称甾核(steroid nucleus)。甾体化合物是一类对生命体具有重要生理功能的化合物，也被称为生命的荷尔蒙。甾体化合物及其衍生物广泛存在于自然界，与许多生命过程密切相关。在甾体化学物中，芳杂环与甾体母核稠合，形成新的芳杂环甾体；或者是芳杂环作为附属基团独立于甾体母核外而得到一个具有芳杂环结构的甾体化合物。

1 含氮杂环甾体化合物及其衍生物生物活性研究进展

甾体化合物在医学上应用十分广泛，特别是甾体激素类药物，如肾上腺皮质激素能治疗或缓解胶原性疾病，也可以治疗过敏性休克等难治或危重疾病，对治疗阿狄森氏病等内分泌疾病也是不可缺少的药物。

近几十年来大量研究表明，甾体药物在医疗领域中的应用范围不断扩大。随着对甾体化学物研究的深入，科学家们发现在甾体母核或者侧链引进氮原子或者含氮原子的官能团时，会使生成的甾体化合物有着独特的甚至超越母体化合物的生理活性[1]，例如具有抗菌、抗病毒、抗炎以及抗肿瘤等多种生理活性。本文按照氮杂环在甾核中的不同取代位置而具有的不同抗肿瘤活性进行阐述，综述了国内外近5年来有关含氮杂环甾体化合物及其衍生物的合成、抗肿瘤生理活性中具有代表性的研究工作，并对其发展趋势进行讨论。由于本文的化合物结构比较多，因此我们按照化合物出现的顺序按“化合物＋数字”来表示。

2 含氮杂环甾体化合物及其衍生物抗肿瘤活性研究进展

近年来，具有甾体芳杂环结构的化合物被广泛报道，它们大部分通过在甾核的A-环或D-环并联构成芳杂环或D-环并联构成芳杂环或在甾体的支链上连接芳杂环片段。目前，许多具有芳杂环结构的化合物因具有良好的生理活性而被广泛用于抗肿瘤等医药领域中。17α-羟化酶-C17，20-裂解酶(P45017，CYP17)，是一种细胞色素P450单加氧酶，为雄性激素和肾上腺皮质类脂醇生物合成的关键酶。CYP17可以作为前列腺癌的治疗靶点，人们发现在甾体化合物的C-17位引入具有含N，S或者O的氮杂原子可以作为CYP17受体抑制剂，因此含此类结构的甾体化合物可以作为前列腺癌的治疗药物[2]。

2.1 含氮杂环与甾核A-环连接的甾体化合物

化合物1(结构式见图1)是一类在甾体3-位具有氨基甲酸酯的含氮杂环化合物，Lei等[3]对化合物1进行了包括10种体外抗肿瘤细胞活性的测试，结果表明该化合物对10种肿瘤细胞的生长均具有良好的抑制作用，IC50值在0.3～1.09 μmol/L之间。

Szabo等[4]合成在甾体母核3-位具有三氮唑的含氮杂环类化合物2～6(结构式见图2)，并且将该类化合物作了抗肿瘤活性，包括了HeLa、MCF-7、A2780和A431等4种肿瘤细胞，实验结果显示出该类化合物对4种肿瘤细胞均有一定的抑制作用，但是效果远不如阳性对照物顺铂。

图2 含氮杂环甾体化合物2～6结构式

Uzzaman等[5]通过3步反应合成了具有3-取代噁二唑，3-取代吡咯，3-取代吡唑结构的芳杂环甾体衍生物7～9(结构式见图3)，并且测试了它们对人白血病细胞(HL-60)的活性，其中化合物9对抑制人白血病细胞(HL-60)的活性最好，IC50值为14.32 μmol/L，而化合物7，8对HL-60肿瘤细胞生长的IC50值分别为17.33和18.57 μmol/L。

图3 含氮杂环甾体化合物7～9结构式

化合物10-17(结构式见图4)是一类在甾核3-位通过酯键与多环芳杂环连接的芳杂环甾体化合物，它是由去氢表雄酮合成。化合物13对多种肿瘤细胞均有很强的抑制作用。如对MCF-7(人乳腺癌细胞)、U87(人恶性胶质母细胞瘤细胞)、SHSY5Y(人神经母细胞瘤细胞)、MGC-803(人胃癌细胞)、EC109(人食管癌细胞)的IC 值范围在4.06～32.25 μmol/L[6]。

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图4 含氮杂环甾体化合物10～17结构式

2.2 含氮杂环与甾核B-环连接的甾体化合物

黄燕敏等[7]以胆甾醇为原料合成了一系列B-降胆甾醇噻唑化合物(结构式见图5)，同时，分别采用人肺癌细胞(A549)、宫颈癌细胞(HeLa)、肝癌细胞(HEPG2)和人正常肾上皮细胞(HEK293T)对合成产物进行体外抑制肿瘤细胞增殖活性研究，结果表明具有N-甲基噻唑结构的化合物18和19对A549和HEPG2细胞的生长增殖表现出较好的抑制活性；具有N-苯基噻唑结构的化合物20～24对HeLa细胞表现出选择性的增殖抑制作用，但对人正常肾上皮细胞却几乎没有作用。

图5 含氮杂环甾体化合物18～24结构式

Uzzaman等[8]合成了某些6-位侧链含有四氮唑结构的甾体化合物25～27(结构式见图6)，同时测试了这类化合物的抗肿瘤活性，包括宫颈癌细胞HeLa，慢性髓样白血病细胞KCL-22，乳腺癌细胞MDA-MBA-231，结果表明该类化合物有明显的抗肿瘤活性，其中化合物27的活性最好，并且对正常细胞无毒性作用。

图6 含氮杂环甾体化合物25～27结构式

2.3 含氮杂环与甾核D-环连接的甾体化合物

Lopes等[9]运用微波加热实验合成了具有六环的含氮杂环甾体化合物28～31(结构式见图7)，并进行了体外抗肿瘤活性实验研究，结果发现，化合物30，31对EL4(小鼠T淋巴瘤细胞)均具有良好的抑制作用，IC50值在11.1～11.9 μmol/L之间。

图7 含氮杂环甾体化合物28～31结构式

Agarwal等[10]设计合成了某些结构新颖的17-取代支链甾体酰胺化合物32～36(结构式见图8)，这些化合物的母核具有胆汁酸的结构，其结构差别在于17-取代支链上取代基的不同。化合物32～34在17-取代支链上分别具有苯基，苯并噻唑，4-甲基苯基，这些化合物对乳腺癌细胞株体外抑制生长增殖活性的IC50值分别为1.35、1.41、4.52 μmol/L。而化合物34～36则对体外恶性胶质瘤细胞的生长具有良好的抑制作用，其IC50值分别为1.62、2.49、2.46 μmol/L，三种化合物对恶性胶质瘤细胞的生长抑制效果优于对照组顺铂和阿霉素。

图8 含氮杂环甾体化合物32～36结构式

以氢表雄酮为原料，Banday等[11]合成了一类含有异噁唑啉环的甾体化合物37～42(结构式见图9)和噁唑啉环的甾体化合物43～49(结构式见图10)。生物活性实验研究表明：化合物37，40，43对前列腺癌细胞LNCaP、DU-145、PC-3三种肿瘤细胞均有较强的细胞毒活性，其IC50值在2～13 μmol/L。

图9 含氮杂环甾体化合物37～42结构式

图10 含氮杂环甾体化合物43～49结构式

Banday等[12]以孕烯醇酮为原料，通过不同的路线合成了两种在甾体母核侧链上具有吡唑啉基团的系列化合物(结构式见图11和图12)，并且将这两种系列的化合物去测定它们对5α-还原酶的抑制活性，实验结果发现化合物51，52和61对5α-还原酶的抑制活性最好，表明该类化合物对前列腺腺癌具有一定的治疗作用。

图11 含氮杂环甾体化合物50～59结构式

图12 含氮杂环甾体化合物60～63结构式

Fan等[13]以黄体酮为原料合成了化合物64～70(结构式见图13)，这是一类结构与化合物60～63类似的芳杂环甾体化合物，化合物64～70甾核具有3-羰基-4-烯结构，而化合物60-63甾核却是3-醇基-5-烯结构。这些化合物对前列腺癌(PC-3)，卵巢癌(SKOV-3)细胞的体外抑制作用结果表明，化合物65、67、70对人体卵巢癌细胞(SKOV-3)的抑制率分别为59%、54%、54%。

图13 含氮杂环甾体化合物64～70结构式

Fan等[14]合成了另一类含有吡唑啉结构的甾体化合物71～77(结构式见图14)。生物活性实验表明：这些化合物对NCIH460、HeLa、HepG2三种肿瘤细胞都有较强的细胞毒性，其中化合物72对HeLa肿瘤细胞的抑制活性最好，IC50值为10.3 μ g/mL。

图14 含氮杂环甾体化合物71～77结构式

Mernyak等[15]合成了含氮杂环取代的甾体化合物78～83(结构式见图15)，并研究了这些化合物的体外生物活性。在抗肿瘤细胞研究试验中，化合物82被认为是最有效的，对HeLa、MCF7、A2780、A431、T47D、MDA-MB-231、MDA-MB-361等多种肿瘤细胞都有良好的抑制作用。

图15 含氮杂环甾体化合物78～83结构式

化合物84，85(结构式见图16)是一类去氢表雄酮芳杂环衍生物，是在16-位与17-位直接与一个噻唑环相连。它们对食管癌细胞和胃腺癌细胞具有良好的细胞毒性。如化合物84，85对食管癌细胞(EC109)的IC50值分别为16.41和12.64 μmol/L；对胃腺癌细胞(MGC803)的IC 值分别为10.95和14.47 μmol/L[16]。

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图16 含氮杂环甾体化合物84～85结构式

有些肿瘤的生长具有激素依赖性，例如乳腺癌和前列腺癌的发生。乳腺癌的发生主要跟孕激素和雌激素受体相关，有报道称对甾体的D环改造得到的化合物展现出对类固醇硫酸酯酶受体的影响，具备抗乳腺癌的活性[17]。 Rassokhina等[18]合成了一系列在甾体17-位上具有咪唑并吡啶环的结构化合物86，87，88(结构式见图17)，并且测试了它们对乳腺癌细胞(MCF-7、MDA-MB-231、 HBL-100、 MDA-MB-453)和 前 列 腺 癌 细 胞(LNCaP-LN3、PC-3、DU145)的活性。抗癌活性结果是86，87对MCF-7的抗肿瘤活性最好，IC50值在3～4 μmol/L之间，优于参照物顺铂的6 μmol/L，而化合物88对雌激素受体具有选择性调节作用。

图17 含氮杂环甾体化合物86～88结构式

Arenas-Gonzalez等[19]以孕烯醇酮、雌酮、反式雄甾酮为原料，先通过Claisen Schmidt反应，再通过与3-氨基-1，2，4-三唑反应形成一系列的环化加成，构成一类结构新颖的芳杂环甾体化合物(结构式见图18)，其中化合物90，91对乳腺肿瘤细胞(T-47D)和结肠肿瘤细胞(WiDr)均有良好的细胞毒性，效果优于对照物顺铂。

图18 含氮杂环甾体化合物89～91结构式

化合物92～99(结构式见图19)是一类在甾核17-位具有多环芳杂环连接的芳杂环甾体化合物，它们由孕烯醇酮经过一系列的环加成反应得到。这些化合物对恶性肿瘤细胞的增生均有很强的抑制作用。其中化合物94和98对MCF-7人乳腺癌细胞的抑制活性最好，IC50值分别为4和3.9 μmol/L，抗癌活性优于阳性对照物氟尿嘧啶[20]。

图19 含氮杂环甾体化合物92～99结构式

以孕烯醇酮为原料，LI等[21]成功合成了一系列17-位取代的吡唑啉类甾体化合物100～112(结构式见图20)，其中化合物101对宫颈癌细胞有很好的细胞毒性，其IC50值为0.53 μmol/L，显示抗肿瘤细胞的效果优于对照物顺铂。

图20 含氮杂环甾体化合物100～112结构式

化合物113，114(结构式见图21)是以孕烯醇酮为基本合成原料，通过不同的官能团转换合成得到一类在17-支链连接一个三氮唑环或者二氮唑环结构的含氮杂环甾体化合物。其中化合物114对人前列腺癌细胞(PC-3)具有很好的细胞毒性，IC50值为2.0 μmol/L[22]。

图21 含氮杂环甾体化合物113～114结构式

YU等[23]通过实验设计合成了一个结构新颖的甾体二聚体化合物115(结构式见图22)，两个甾核通过一个苯基相连而形成一个甾体二聚体化合物；其中，甾核上的D-环与两个芳杂环相并，整个甾核构成一个6环并环体系。通过对前列腺癌(PC-3)、胃腺癌(MGC-803)、肝癌(SMMC-7721)、乳腺癌(MCF-7)和食管癌(EC109)细胞的测试结果表明，化合物115对这5种肿瘤细胞EC109、MGC-803、SMMC-7721、PC-3、MCF-7的IC50值分别为2.36、0.13、1.68、3.18和1.19 μmol/L。

图22 含氮杂环甾体化合物115结构式

Bjedov等[24]以胆汁酸为原料合成了在甾核17-位侧链上具有噁唑啉环的含氮杂环甾体衍生物116(结构式见图23)，对化合物116进行抑制肿瘤细胞生长增殖活性结果表明，它对人乳腺癌细胞MDA-MB-231、人前列腺癌细胞PC3、人宫颈癌细胞HeLa具有良好的细胞毒活性，其IC50值为5～21 μmol/L。

图23 含氮杂环甾体化合物116结构式

化合物117～126(结构式见图24)是由异噁唑啉与甾核D-环上16-位连接构成的甾体衍生物。它们对宫颈癌细胞(HeLa)，乳腺癌细胞(MCF-7)，人表皮癌细胞(A431)具有不同程度的抑制作用，其中化合物120和125对3种癌细胞的抑制效果最佳[25]，化合物120对HeLa、A431、MCF-7细胞的IC50值分别为7.46、3.42、8.07 μmol/L；化合物125对HeLa、A431、MCF-7细胞的IC50值为7.39、4.20、7.13 μmol/L。

图24 含氮杂环甾体化合物117～126结构式

化合物127，128(结构式见图25)是在甾核D-环上连接有一个噁唑啉环的甾体芳杂环化合物，KUZIKOV等[26]通过电化学方法 测 定 化 合 物 127和 128对 17α-羟 化 酶 /C17， 20-裂 解 酶(CYP17)的抑制活性，阳性对照物为化合物129阿比特龙，实验结果得出化合物127对17α-羟化酶/C17，20-裂解酶(CYP17)具有良好的抑制活性，其IC50值为0.9 μmol/L，活性优于对照物阿比特龙(IC50=1.3 μmol/L)，表明此类化合物具有潜在的抗前列腺癌的活性。

图25 含氮杂环甾体化合物127～129结构式

Banday和Mir等[27]合成了一系列17-位支链杂环取代的甾体化合物130～139(结构式见图26)，并且研究了这些化合物对结肠癌细胞、肺癌细胞、乳腺癌细胞及神经胶质瘤细胞的体外抑制作用，体外抗肿瘤细胞实验结果表明化合物131、132、134、135、137、139对HT-29和HCT-15两种结肠癌细胞有良好的抑制作用，其IC50值在0.24～2.37 μmol/L之间。

图26 含氮杂环甾体化合物130～139结构式

Ivanyi等[28]同样也合成了17-位具有吡唑啉结构的含氮杂环甾体化合物130、132、137、140～142(结构式见图27)。实验结果表明，化合物130对雄鼠睾丸C17，20-裂解酶具有高度抑制作用；而化合物132和140对人宫颈癌细胞HeLa、人乳腺癌细胞MCF7、人卵巢癌细胞A2780和人肺癌细胞A431等4种肿瘤细胞的生长抑制率都达到90%以上。

图27 含氮杂环甾体化合物140～142结构式

Mohareb等 以孕烯醇酮为起始原料，合成了一系列具有17-取代噻吩结构的含氮杂环甾体衍生物143～147(结构式见图28)。MTT实验表明苯环上氯原子和氰基等带负电荷的基团引入使化合物的细胞毒性明显增强。例如144对人胃癌细胞(NUGC)、人结肠癌细胞(DLDI)和人肝癌细胞(HEPG2)具有良好的细胞毒活性，而147的抗癌活性相对144要弱很多。

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图28 含氮杂环甾体化合物143～147结构式

崔建国等[30]以去氢表雄酮为原料，通过微波一步合成法及常规2步合成方法得到6个新的具有不同结构特征的去氢表雄酮噻唑衍生物(结构式见图29)。同时选用人宫颈癌细胞(HeLa)、人肝癌细胞(HepG)、人肺癌细胞(A549)和人正常肾上皮细胞(HEK-293T)对合成物的抗肿瘤活性进行了研究，结果表明化合物150对所测试的肿瘤细胞株具有很好的生长增殖抑制活性，对上述肿瘤细胞的IC50值分别为13.2、11.3和8.3 μmol/L，对人肾上皮正常细胞HEK-293T却没有表现出明显的抑制作用。

图29 含氮杂环甾体化合物148～153结构式

何冬梅等[31]以孕烯醇酮为原料，通过17-位甲基酮与不同的芳香醛反应生成α，β-不饱和酮，再与水合肼反应得到具有吡唑啉结构的甾体芳杂环化合物154～157(结构式见图30)；体外抗肿瘤实验结果表明，4个目标物对人体结肠癌细胞HT-29、宫颈癌细胞HeLa和胃癌细胞SGC-7901均表现出很好的生长抑制活性，而且对宫颈癌细胞HeLa的抑制活性优于阳性对照药顺铂。

图30 含氮杂环甾体化合物154～157结构式

韦英亮等[32]以鹅脱氧胆酸为原料，通过Jones试剂氧化其3，7-位的羟基，然后与不同的芳杂环氨反应，进一步还原羰基，合成了3个新的具有不同结构特征的甾体芳杂环酰胺衍生物(结构式见图31)，同时采用人胃癌细胞(SGC-7901)和肝癌细胞(Bel-7404)对合成物进行了体外抑制肿瘤细胞生长增殖活性测试，结果表明3，7-二羟基鹅脱氧胆酸芳杂环酰胺衍生物对所测试肿瘤细胞株具有明显的抑制活性。

图31 含氮杂环甾体化合物158～160结构式

目前，有些甾体含氮杂环化合物在临床上已经得到应用。例如阿比特龙(化合物129)，它是一种在甾核D-环上连接有一个吡啶环的甾体含氮杂环化合物，通过抑制17α-羟化酶/C17，20-裂解酶(CYP17)，从而达到消灭癌细胞的目的。阿比特龙与强的松联合用于治疗晚期(转移)去势抵抗前列腺癌患者，其优势在于能够延长之前曾接受治疗并且几乎没有其他有用的治疗选择的晚期前列腺癌患者的生命；但是阿比特龙在治疗运用中也存在一些缺点，例如治疗指数较低，副作用也相对较多，如关节肿胀或不适、血钾水平低等[33]。而另外一种与阿比特龙结构类似的新型抗前列腺癌药物Galeterone(TOK-001)目前处于临床试验的第3期[34]。又如VN/85-1，是一种在甾核D-环上连接有1个三氮唑环的甾体含氮杂环化合物(结构式见图32)，目前也处于治疗前列腺癌的临床前期研究阶段，在肿瘤治疗中具有很好的应用前景，其合成得到了广泛关注。

图32 新型含氮杂环甾体药物Galeterone和VN/85-1结构式

3 启示与展望

从最近的文献报道可以看到，以甾体D环连接或构成一个含氮杂环居多，尤其是在孕烯醇酮17，20，21-位碳原子，去氢表雄酮16，17-位碳原子，许多科研工作者研究了在这些位置碳原子连接或者构成含氮杂环后整个分子的生理活性变化。而通过甾体A环连接或构成一个含氮杂环的文献报道相对较少，研究主要集中在甾体3-位碳原子外接含氮杂环后的生理活性变化。而在甾体B环连接含氮杂环的文献报道也是相对较少，研究集中在胆甾醇衍生物的结构改造，主要研究在甾体6-位碳原子外接含氮杂环后的生理活性变化。甾核C-环上连接含氮杂环也极少有研究报道。综上所述，含氮杂环甾体化合物大多数表现出良好的抗肿瘤生物活性作用，除此之外，这类化合物还具有抗菌活性、抗炎活性或者抑制某些酶活性的作用[2]。通过对其进行结构改造，在甾核或支链上引入具有较高生理活性的含氮杂环类如吡唑啉、噻唑、噁唑类等官能团，并进一步对其进行活性筛选，有利于某些抗肿瘤新药的发现和发明；以这些具有较强生理活性的化合物作为先导氮杂环化合物出发，进行分子设计、合成具有高生物活性、高选择性及低毒性的含氮杂环甾体类化合物，这将有利于抗肿瘤新药的研制与开发。鉴于含氮杂环甾体类化合物良好的抗肿瘤生理活性，相信在不久的将来，越来越多的氮杂环甾体类化合物将作为抗癌新药进入人们的生活，为人类的健康作出贡献。