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癌细胞与正常细胞相比,呈现出提高的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平来维持其不断增值、侵袭和转移的恶性表型。因此癌细胞作为一种应激细胞,更加敏感于ROS的刺激。这衍生出一种基于促氧化作用设计抗癌试剂的策略,即设计促氧化剂,促进ROS产生,实现选择性杀死癌细胞。另一方面,慢性炎症与癌症的发病机理密切相关,发展抗炎试剂在癌症的预防及治疗中具有重要作用。天然产物的结构多样性为抗癌药物的设计提供了灵感源泉。异甘草素(Isoliquiritigenin,ISL)是从药用植物甘草的根中分离得到的一种查尔酮型的Michael受体分子。其结构极其简单但具有多种药理学活性,已被证实能通过促进ROS的产生实施抗癌活性。然而对其实施抗癌活性的结构基础和机制并不清晰。例如它是否凭借其Michael受体单元实施抗癌活性?其芳香A和B环上羟基如何影响其上述活性?ROS如何介导癌细胞的死亡?因此,我们合成了ISL及其类似物(图1)。其中还原类似物ISL-1和ISL-5的合成是为探究Michael受体单元的重要性;而ISL-2、ISL-3和ISL-4的合成是为探究A和B环上羟基如何影响活性。在此基础上,我们试图发现更加有效的活性分子并探究其抗癌和抗炎活性机制。主要内容和结果如下:图1异甘草素及其类似物的化学结构(1)以人肝癌细胞HepG2为模型,发现:ISL的细胞毒活性是Michael受体依赖的;芳香B环上4’-位羟基削弱其毒活性,而A环上2-、4-位羟基贡献着Michael受体依赖的毒活性。ISL-2呈现出比母体分子更高的毒活性。机制的研究表明该分子并不介导细胞凋亡,而是通过诱导ROS独立的但Michael受体依赖的P21上调、Cdc25C和Cdk1下调,阻滞细胞周期在G2/M期(图2)。图2 ISL-2诱导癌细胞周期阻滞机制(2)以人成纤维肉瘤细胞HT1080为模型,发现:ISL及其类似物呈现出与HepG2细胞中同样的细胞毒性构效关系。ISL-2呈现出最强的细胞毒活性,其IC50值为14.5μM。机制研究表明:ISL-2能够通过ROS和Michael受体依赖的方式诱导细胞G2/M期阻滞和线粒体途径凋亡(图3)。图3 ISL-2诱导癌细胞凋亡机制(3)以脂多糖(LPS)刺激的小鼠巨噬细胞RAW264.7为炎症模型,发现:ISL及其类似物呈现出与抗癌活性同样的构效关系。其中,ISL-2呈现出最强的抗炎活性。机理研究表明(图4):该分子能够以Michael受体依赖的方式抑制IKK/IκB-NFκB信号途径实施抗炎活性。它遏制MAPKs活化和抑制IKK磷酸化,从而稳定NF-κB的抑制蛋白IκB并阻断NF-κB的核转位,最终抑制LPS诱导的iNOS和COX-2蛋白表达。图4 ISL和ISL-2的抗炎机制