海洋生物碱Pityriacitrin及其衍生物的合成与生物活性研究

1、海洋生物碱Pityriacitrin及其衍生物的合成与生物活性研究张朴永，孙小飞，万升标，任素梅，江涛*中国海洋大学医药学院，教育部海洋药物重点实验室，青岛，中国摘要：目的 本文对源自海洋细菌的咔啉生物碱Pityriacitrin的全合成与体外细胞毒性进行了描述，其衍生物的合成也是首次报道。方法 使用色氨酸或五位被取代的色氨酸与5-取代吲哚作为起始原料，通过改进的PictetSpengler反应合成了Pityriacitrin及其衍生物。结果 所有化合物均通过红外、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱进行了结构表征。对肿瘤细胞MDA-231进行了体外的细胞毒性测试，其中化合物5显示对MDA-231

2、具有高活性(IC50 = 0.08 uM)。结论 咔啉生物碱Pityriacitrin是一个结构新颖的具有抗肿瘤活性的先导化合物，所使用的全合成的反应路线为以后类似物的合成提供了良好的借鉴。关键词：Pityriacitrin；咔啉；抗肿瘤；全合成；海洋生物碱；PictetSpengler反应Synthesis and Bioactivity of the Marine Alkaloid Pityriacitrin and Its DerivativesPuyong Zhang, Xiaofei Sun, Sumei Ren, Shengbiao Wan, Tao Jiang*,College

3、of Medicine and Pharmacy, Key Laboratory of Marine Drugs,Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao, ChinaABSTRACT：OBJECTIVE Total chemical synthesis and in vitro cytotoxic evaluation of -carboline alkaloid pityriacitrin, originally isolated from a marine bacterium, and its derivative

4、s is reported for the first time. METHODS Using tryptophan or 5-hydroxyl tryptophan and 5-substituted indole as starting materials, via the modified PictetSpengler reaction, pityriacitrin and its derivatives were synthesized. RESULTS All compounds have been characterized by IR, NMR and mass spectrom

5、etry. All the compounds were tested for in vitro cytotoxicity against MDA-231. Compound 5 exhibited high cytotoxicity (IC50 = 0.08 uM) against MDA-231 cell line. CONCLUSION -carboline alkaloid pityriacitrin was a lead compound of antitumor, the route of synthesis may be as the reference for the synt

6、hesis of anologues.KEY WORDS: Pityriacitrin; -carboline; antitumor; totalsynthesis; marine alkaloid; PictetSpengler reaction咔啉类化合物是自然界存在的一大类吲哚生物碱，由于其生物活性广泛而引起越来越多的关注。咔啉是一个具有平面三环结构的吲哚并吡啶类化合物，具有咔啉结构的海洋生物碱比较典型的有manzamines, didemnolines, eudistomins, fascaplysins, plakortamines和shishijimicins，这些来自海洋的咔啉些

7、化合物显示了优异的生物活性，抗菌，抗肿瘤，抗病毒，杀虫活性1。特别是它们所表现出来的优异的抗肿瘤活性，尤其受到人们的青睐。由于咔化合物所具有的独特的刚性平面芳香杂环骨架结构，使其能够嵌入DNA，抑制拓扑异构酶，CDK（周期蛋白依赖激酶）和IB激酶以及肿瘤DNA体外合成2，并且与苯并二氮卓受体(BzR)和5-羟色胺受体有极强的亲和性3,4。研究表明咔啉类化合物在C-1位引入适当的基团后，生物活性会有不同程度的改善5。由于色胺和吲哚羧酸衍生物是海洋微生物海绵和海洋细菌的次级代谢产物，C-1位被吲哚衍生物取代的咔啉生物碱是来自海洋生物的结构极其新颖的化合物。比如，从印度尼西亚海洋海绵H.erectu

8、s中分离得到的hyrtiosulawesine6和从加勒比海海鞘Lissoclinum fragile中分离得到的eudistomin U7。Pityriacitrin是从Paracoccus (F-1547属)海洋细菌8或Malassezia furfur酵母9中分离出来的又一类结构新颖的咔啉化合物，其C-1位与吲哚环通过羰基连接。文献9报道了Pityriacitrin本身具有广泛的UV吸收性能(max 389, 315, 289, 212 nm)，从而有望作为一种潜在的UV滤过药物，该化合物所具有的这种UV吸收性能在海洋咔啉生物碱中是非常罕见的。由于海洋微生物的采集受到各种因素的制约，包括

9、其所处的特殊环境，最终能够分离得到的化合物的数量非常少，不能满足进行进一步活性研究以及结构修饰的需要。因此对于海洋天然产物的人工全合成显得尤为重要。海洋生物碱在实验室的成功合成使得人们对于其生物活性能够进行更深入的研究分析。结果与讨论在文献报道的合成咔啉生物碱的众多方法中，PictetSpengler 和 BischlerNapieralski 缩合是被广泛使用的两种方法。PictetSpengler反应是一种以色氨酸作为起始原料，通过碳-碳键合构成咔啉环体系的最有效的方法之一10。多年来，已有许多研究小组对PictetSpengler反应的机理做了详细的研究，PictetSpengler这种

10、方法一直被众多化学家通过使用新的反应条件而不断使其得到改善，一直是人们研究的热点问题。通常来说，经典的PictetSpengler反应指的是与芳环相连的脂肪族胺与醛在酸催化下的缩合，分为两步。在第一步中，酸催化脱水形成亚胺；在第二步中，充分活化的芳环上的亲核碳原子与活性亚胺离子之间的分子内环合，形成氮杂环的四氢咔啉，而后经过脱氢转变为咔啉。然而，在我们的实验中，L-色氨酸在酸性条件下与吲哚-3-甲酰甲醛16反应，并未生成所预期的四氢咔啉，而是直接得到脱氢产物咔啉pityriacitrin 1，反应路线如图3。 图 1 化合物9, 10 和11的结构式Fig. 1 Structure of co

11、mpounds 9, 10 and 1112: R1 = H 13: R1= OCH3 16: R1 = H 17: R1= OCH314: R1 = Br 15: R1 = NO2 18: R1 = Br 19: R1 = NO2(a) 草酰氯,乙醚, 0, 1 h, 80-95%; (b) 三丁基氢化锡, 乙酸乙酯, r.t., 2 h, 65-70%.图 2 中间体的合成路线Fig. 2 Route of synthesis of the intermedium1: R1 = H R2 = H 2: R1= OCH3 R2 = H3: R1 = Br R2 = H 4: R1 = NO2

12、 R2 = H5: R1 = H R2 = OH 6: R1 = OCH3 R2 = OH7: R1 = Br R2 = OH 8: R1 = NO2 R2 = OH(c) 对甲苯磺酸, 甲醇, 50, 2 h, 20-30%.图 3 目标化合物的合成路线Fig. 3 Route of synthesis of the target compounds以吲哚与草酰氯为起始原料，在05的无水乙醚中反应1h，以90.6%的产率制得吲哚-3-乙醛酰氯12。具有不同取代基的12的类似物13, 14 和15使用上述相同的方法以高产率制得。室温下在无水乙酸乙酯中吲哚-3-甲酰甲醛12与三丁基氢化锡于室温下

13、反应2h制得吲哚-3-甲酰甲醛16，收率67.3%。具有不同取代基的16的类似物17, 18 和19使用上述相同的方法以高产率制得，反应路线见图2。在最后一步中，将吲哚-3-甲酰甲醛加到L-色氨酸与对甲基苯磺酸的甲醇溶液的混合物中，控温50条件下，反应2h。所得的粗产品用石油醚和丙酮的混合溶剂作为淋洗剂进行硅胶柱柱层析分离，得到pityriacitrin 1，收率27.4%。Pityriacitrin 1的波谱数据与文献报道的值相符9。除此之外，我们在提高洗脱剂的极性后，又分离得到另一天然海洋生物碱pityriacitrin B 9（图1），收率为22.5%。而pityriacitrin B是

14、由Irlinger等人于2005年从Malassezia furfur酵母11中分离出来的新的色氨酸代谢物。化合物2-8用上述相同的方法制备，在对5和2的反应混合物分别进行纯化时，我们也得到了化合物10 和 11 (图1)。与两步法的PictetSpengler反应相比，改进的一锅氧化反应法在制备1-取代的咔啉类化合物时，不经过芳构化一步，从而使该系列化合物的合成更加高效便捷。运用改进的PictetSpengler反应，我们成功合成了pityriacitrin及其系列衍生物。所得的目标产物通过红外、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和质谱进行了结构表征，这些化合物均为首次用化学方法合成的新化合物。RE

15、FERENCES1 Suwigarn Pedpradab, RuAngelie Edrada, Rainer Ebel, et al. New -Carboline Alkaloids from the Andaman Sea Sponge Dragmacidon sp.J. J Nat Prod. 2004, 67(12): 21132116.2 Huaji Guan, Xiaodong Liu, Wenlie Peng, et al. b-Carboline derivatives: Novel photosensitizers that intercalate into DNA to c

16、ause direct DNA damage in photodynamic therapyJ. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2006, 342: 894901.3 McNulty J, Still I W J. Synthetic approaches to the Eudistomin marine alkaloidsJ. Current Organic Chemistry, 2000, 4(2): 121138.4 Song Y C, Wang J, Teng S F, et al. Carbolines as

17、 specific inhibitors of cyclin-dependent kinasesJ. Bioorg Med Chem Lett, 2002, 12(7): 11291132. 5 Cao R H, Peng W L, Chen H S, et al. Synthesis and in vitro cytotoxic evaluation of 1,3-disubstituted and 1,3,9-trisubstituted-carboline derivativesJ. Eur J Med Chem, 2005, 40(3): 249257.6 Salmoun M, Dev

18、ijver C, Daloze D, et al. 5-Hydroxytryptamine-Derived Alkaloids from Two Marine Sponges of the Genus HyrtiosJ. J Nat Prod, 2002, 65(8): 11731176.7 Badre A, Boulanger A, Abou-Mansour E, et al. Eudistomin U and isoeudistomin U, new alkaloids from the Caribbean ascidian Lissoclinum fragileJ. J Nat Prod, 1994, 57(4): 528533.8 Nagao T, Adachi K