УДК 547.824:542.91:548.737
СИНТЕЗ И ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ АКТИВНОСТЬ ИМИДАЗОЛИДОВ
БЕТУЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ
© 2015 г. О. Б. Казакова*, #, Н. И. Медведева*, Т. В. Лопатина*, Г. Н. Апрышко**,
Р. Б. Пугачева**, Н. П. Яворская**, И. С. Голубева**, |Г. А. Толстиков*
*Институт органической химии УНЦ РАН, 450054, Россия, Уфа, проспект Октября, д. 71 **Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина, Москва, Каширское шоссе, д. 24, Россия Поступила в редакцию 05.08.2014 г. Принята к печати 22.09.2014 г.
Осуществлен синтез лупановых С-28-имидазолидов, содержащих 3-оксо-, 3-гидроксиимино- и 2-циано-2,3-секо-4(23)-ен фрагменты в цикле А. При испытаниях in vitro наибольшую противоопухолевую активность показал 3-оксимино-луп-20(29)-ен-28-ил-1#-имидазол-1-карбоксилат, значительно ингибируя рост или индуцируя гибель клеток рака легкого, толстой кишки, молочной железы, центральной нервной системы, яичника, простаты, почки, лейкозов и меланомы. В исследованиях на мышах наблюдали его умеренное противоопухолевое действие на перевиваемые аденокарциному молочной железы Ca755 и аденокарциному толстого кишечника АКАТОЛ.
Ключевые слова: лупановые тритерпеноиды, бетулоновая кислота, имидазолиды, противоопухолевая активность.
DOI: 10.7868/S0132342315020062
ВВЕДЕНИЕ
Широко представленный в природе класс три-терпеноидов привлекает возрастающее внимание специалистов в области создания лекарств для лечения злокачественных новообразований. Так, бетулиновая кислота, избирательно действующая на клетки меланомы, находится на II фазе клинических испытаний при диспластических новообразованиях кожи в США [1]. Много работ посвящено синтезу различных производных тритерпе-ноидов с последующей оценкой биологической активности и изучением связи "структура — активность". Например, в работе [2] путем введения различных заместителей в положения С3, С20 и С28 бетулиновой кислоты показана возможность получения ее синтетических производных, обладающих цитотоксическим действием различной степени на клетки меланомы человека линии MEL-2 и эпидермоидного рака носоглотки человека линии KB.
Производное олеаноловой кислоты "метил-бардоксолон" (метиловый эфир 2-циано-3,12-диоксоолеан-1(2),9(11)-диен-28-овой кислоты), оказывающий антипролиферативное и дифференцирующее действие на опухолевые клетки in vitro и противоопухолевое действие на животных с экспериментальными опухолями in vivo, изучен по программе I фазы клинических испы-
#Автор для связи (факс: +7(347) 235-60-66, эл. почта: obf@anrb.ru).
таний, в ходе которой наблюдали его лечебное действие у больного лимфомой и больного с ана-пластической опухолью щитовидной железы [3].
Описан синтез тритерпеновых ^-ацил- и ^-ал-килимидазолидов урсанового типа и результаты исследования их антипролиферативной активности в культуре клеток рака поджелудочной железы AsPC-1, показавшего, что присоединение ими-дазольного фрагмента при помощи экзометиле-нового спейсера приводит к более высокой активности, чем образование сложноэфирной связи [4].
При изучении цитотоксической активности двенадцати гидрофильных производных олеано-ловой кислоты в культурах четырех линий опухолевых клеток выявлено, что введение протонодо-норных заместителей в положение С3 с использованием сукцинильного спейсера приводит к усилению активности [5].
Одним из наиболее активных тритерпеноидов является 1-[2-циано-3,12-диоксоолеан-1(2),9(11)диен-28-ил]-имидазол (CDDO-Im), для которого показана способность ингибировать пролиферацию опухолевых клеток человека, индуцировать диф-ференцировку клеток лейкоза и апоптоз клеток рака поджелудочной железы [6]. CDDO-Im оказывал цитотоксическое действие на клетки мела-номы мышей B16F1 и рака толстой кишки человека HT-29 in vitro, ингибировал in vivo рост печеночных метастазов при внутривенной прививке клеток этих линий мышам [7]. Показано, что CDDO-Im может служить основой для создания
средств профилактики эмфиземы легких, так как способен защищать альвеолярные клетки легких от повреждающего действия табачного дыма за счет снижения окислительного стресса, приводящего к деструкции альвеолярных клеток [8].
Конъюгаты 1-[2-циано-3,12-диоксоолеан-1(2),9(11)диена (CDDO) с метиловыми эфирами аминокислот оказывали высокое антипролифе-ративное действие на клетки опухоли поджелудочной железы мышей линии Panc-1343. Исследование связи "структура — активность" показало, что усложнение структуры аминокислотной части, в частности, при использовании гистиди-на в качестве спейсера для связывании CDDO с 3-имидазолом, приводит к снижению антипро-лиферативной активности [9].
При исследовании механизмов действия CDDO-Im на опухолевые клетки выявлено, что он индуцирует активные формы кислорода и частичное разрушение ДНК, подавление клеточного цикла на стадии перехода G2/M и, в конце концов, апоптоз [10, 11].
Исследована цитотоксичность лупановых карбокси- и ^-ацилимидазолидов. Наибольшую активность в отношении клеток Hep G2, Jurkat и HeLa показали 1#-имидазол-1-карбоксилат бе-тулина, 1^-имидазолид бетулоновой кислоты и его 1-ен-производное [12, 13]. Для 1^-имидазо-лида бетулоновой кислоты IC50 в отношении клеток Hep G2 составила 0.8 мкМ [12].
Для бетулоновой кислоты показана значительная антипролиферативная активность по отношению к опухолевым клеткам различных линий [14, 15], способность индуцировать апоптоз по ми-тохондриальному сигнальному пути, включающему экспрессию каспаз 3 и 9, белков p53 и Bax [15].
В опытах на животных бетулоновая кислота при пероральном ежедневном введении в течение 8 дней в дозе 50 мг/кг не оказывала ингибирую-щего действия на рост первичных перевиваемых мышиных опухолей аденокарциномы легкого Льюис и лимфосаркомы RLS, но в значительной степени ингибировала их метастазирование в легкие и печень [16].
Сообщалось о способности CDDO-Im защищать печень от ацетаминофен-индуцированных повреждений [17].
В продолжение наших исследований по синтезу и экспериментальному изучению производных растительных терпеноидов [18—26] и учитывая перспективность тритерпеновых имидазолидов как потенциальных противоопухолевых агентов, в настоящей работе мы представляем синтез и результаты оценки противоопухолевой активности новых лупановых имидазолидов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В качестве исходного соединения использовали бетулоновую кислоту (I). Имидазолид (III) получали взаимодействием хлорангидрида бетулоновой кислоты (II) с коммерчески доступным имидазолом с выходом 85% (схема). Взаимодействие производного (III) с гидроксиламином привело к 3-гидроксииминопроизводному (IV), из которого перегруппировкой Бекмана второго рода (кипячением в пиридине в присутствии то-луолсульфохлорида) синтезировали имидазолид (V) с 2-циано-2,3-секо-4(23)-ен-фрагментом в цикле А. Структура полученных имидазолидов (III)—(V) подтверждена данными ЯМР-спектров. Так, сигналы амидной группы наблюдались в спектре 13С-ЯМР при 8 172.9 м.д. Сигналы ими-дазольного заместителя в положении С28 в спектрах 13С-ЯМР обнаруживались при 8 117.4, 129.6 и 137.3 м.д., в спектре 1Н-ЯМР присутствовали два дублета при 8 7.08 и 7.28 м.д.
С помощью компьютерной системы PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances) [27— 29] проведено компьютерное прогнозирование биологической активности для синтезированных соединений (III)-(V) в сравнении с исходным соединением — бетулоновой кислотой (I). В табл. 1 представлены результаты прогноза биологической активности бетулоновой кислоты и имидазолидов в виде вероятности соединения проявлять определенную биологическую активность (Pa) и вероятности не проявлять эту активность (Pi). Сравнение значений Pa для соединений (I) и (III)—(V) позволяет делать предположение о вероятности усиления или ослабления той или иной биологической активности при переходе от бетулоновой кислоты к имидазолидам (III)—(V).
Для бетулоновой кислоты системой PASS с высокой вероятностью (Pa > 0.5) прогнозируются такие экспериментально показанные виды биологической активности, как гепатопротекторная (Pa = 0.952), антинеопластическая (Pa = 0.925), лечебное действие на поврежденную печень (Pa = = 0.813), противовоспалительная (Pa = 0.740), противогрибковая (Pa = 0.575), клеточный механизм антинеопластической активности — проап-оптотическое действие (Pa = 0.856), его биохимические механизмы — стимулирование активности ключевых ферментов апоптотического сигнального пути каспазы 3 (Pa = 0.985) и каспазы 8 (Pa = = 0.905), стимулирование активности транскрипционного фактора NF-kappa B (Pa = 0.956).
Для соединений (III)-(V) получены сравнимые с бетулоновой кислотой (I) вероятности проявления антинеопластической активности (0.947, 0.923 и 0.911 против 0.925), ее механизмов — проа-поптотического действия (0.86, 0.771 и 0.656 против 0.856) и способности стимулировать активность транскрипционного фактора NF-kappa B
O
(I)
N
(V)
COOH
O
COCl
O'
(II)
N
HON
N
(III)
N
Схема. Условия: i - (COCl)2, CHCl3, 20°C, 2 ч; ii - имидазол, CHCl3, DMAP, 4 ч, A; iii - NH2OH • HCl, пиридин, 4 ч, A; iv — ^p-TsCl, пиридин, 5 ч, A.
(0.89, 0.826 и 0.803 против 0.956 для (I)), но значительно более низкие, чем для (I), значения вероятности проявления противогрибковой, противовоспалительной, антиметастатической, гепато-протекторной активностей, лечебного действия на поврежденную печень, спообности стимулировать активность каспазы 3 и каспазы 8.
Экспериментальное исследование противоопухолевой активности in vitro, или цитотоксич-ности, соединений (III)-(V) проведено в Национальном институте рака (НИР), США по отношению к клеткам 60 линий 9 различных опухолей человека (легкого, толстой кишки, центральной нервной системы, яичника, почки, простаты, мо-
Таблица 1. Результаты прогнозирования биологической активности бетулоновой кислоты (I) и ее имидазолидов
(III)-(V)*
Вид активности Соединение
(I) ( HI) ( IV) ( V)
Pa Pi Pa Pi Pa Pi Pa Pi
Антигрибковая 0.575 0.021 0.375 0.056 0.214 0.128 0.241 0.111
Противовоспалительная 0.740 0.011 0.641 0.024 0.409 0.091 0.593 0.033
Антиметастатическая 0.624 0.004 0.483 0.023 0.433 0.037 0.410 0.044
Противоопухоле
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.