Osa 1: Looduslike ja sünteetiliste kalkoonide vähivastane toime

Lisateabe saamiseks. kontaktitina.xiang@wecistanche.com

Abstraktne: Vähkon paljudest mehhanismidest põhjustatud seisund (geneetiline, immuunsüsteem, oksüdatsioon ja põletikuline).Vähivastane ravimille eesmärk on vähirakkude hävitamine või nende kasvu peatamine. Resistentsus ravile on praeguste standardteraapiate ebaefektiivsuse peamine põhjus. Sihtotstarbelised ravimeetodid on kõige tõhusamad kõrvaltoimete vähese arvu ja madala vastupanuvõime tõttu. Väikese molekuliga looduslikest ühenditest pakuvad uute vähivastaste ainete tuvastamisel erilist huvi flavonoidid. Kalkoonid on kõigi flavonoidide eelkäijad ja neil on palju bioloogilisi toimeid. Kalkoonide vähivastane toime tuleneb nende ühendite võimest toimida paljudele sihtmärkidele. Looduslikke kalkoone, nagu likohalkoonid, ksantohumool (XN), panduraat (PA) ja lonkokarpiin, on põhjalikult uuritud ja moduleeritud. Kalkoonide põhistruktuuri muutmine, et saada paremaid tsütotoksilisi omadusi omavate ühendite saamiseks, on läbi viidud aromaatsete jääkide moduleerimise, aromaatsete jääkide asendamise heterotsüklitega ja hübriidmolekulide saamisega. On saadud tohutul hulgal kalkooni derivaate, mille jäägid nagu diarüüleeter, sulfoonamiid ja amiin on kasulikud vähivastasele toimele. Aminokalkoonide struktuuris oleva aminorühma muutmine on alati soodnekasvajavastanetegevust. Seetõttu on saadud kalkoonide hübriidmolekulid, mille molekulis on erinevad lämmastiku heterotsüklid. Nende hulgast on asoolid (imidasool, oksasoolid, tetrasoolid, tiasoolid, 1,2,3-triasoolid ja 1,2,4-triasoolid) uute vähivastaste ainete tuvastamisel eriti olulised.

Märksõnad: kalkoon; asool;vähk;rakuliin; bioaktiivsus; ligandi-retseptori interaktsioon

Tooteefektide lisateabe saamiseks klõpsake nuppu

1. Sissejuhatus

Vähkon oluline rahvatervise probleem, millel on vähe tõhusaid ravimeetodeid, halb prognoos ja kõrge suremus [1]. Paljud vähirakud kohanduvad metaboolselt Warburgi efektiga, mis hõlmab suurenenud glükoosi ja toitainete imendumist ning piimhappe tootmist isegi aeroobsetes tingimustes. [2] Täpsed teadmised vähi epidemioloogiast annavad olulist teavet selle haiguse võimalike põhjuste ja suundumuste kohta elanikkonnas, võimaldades soodsat sekkumist tõhusate ennetus-, jälgimis- ja diagnoosimeetodite väljaselgitamiseks. [3] Vähkkasvajate etioloogiat mõjutavad pärilikud ja keskkonnategurid. Näiteks on vähirakkudes täheldatud muutunud geneetilist informatsiooni |4]. Sel põhjusel on suur hulk uuringuid iseloomustanud vähi genoomilisi muutusi alates onkogeenseid rakke moodustavatest signaaliradadest kuni mutatsioonide spektrini erinevates vähi alatüüpides [5]. Lisaks on onkogeensete protsesside korral põletikulised ja immuunsüsteemid korrelatsioonis paljude rakuliste ja humoraalsete komponentidega ning neil on ühised signaalirajad. Kasvajahaigustega kaasneva põletiku korral on protsessid pikad ja rasked. [6] Põletik ja vähk on teadaolevalt korrelatsioonis kahel viisil: sisemine rada ja välimine rada. Väline rada aktiveeritakse onkoloogiliste protsesside käivitamiselpõletik. Sisemise raja korral aktiveerivad somaatilised puudulikkused ja geneetilised mutatsioonid signaaliradu ja põhjustavad põletikulise reaktsiooni suurenemist [7]. Teine vähi determinant on immuunsüsteemi aktiveerumine, mis on korrelatsioonis paljude vähirakkude metaboolsete radadega [8]. Vähihaigetel vabaneb iga päev vereringesse suur hulk rakke. Metastaaside tekkeks lahkuvad vähirakud primaarsest kohast, sisenevad vereringesse, alluvad veresoonte rõhule, kohanevad sekundaarse rakukeskkonnaga ja sekkuvad immuunrakkudesse 9]. Vähirakkude vohamist põhjustab ka hapnikuliikide kuhjumine, millel on võime moonutada makromolekule ja kutsuda esile rakusurma [10]. Reaktiivseid hapniku- ja lämmastikuliike (ROS/RNS) toodavad põletikurakud ja epiteelirakud. ROS/RNS põhjustavad põletikulise protsessi surve all elundites DNA denaturatsiooni ja põhjustavad kantserogeneesi initsiatsiooni. DNA kahjustused, eriti 8-okso-7, 8-dihüdro-2'-desoksüguanosiini ja 8-nitroguanidiini puhul, on osutunud vähi molekulaarseks mehhanismiks[ 11]. Raku apoptoos või programmeeritud rakusurm on üks olulisi meetodeid kantserogeneesi reguleerimiseks ja raku kokkutõmbumine, mis kutsub esile DNA fragmenteerumise ja kromatiini kondenseerumise [12,13]. On kaks olulist apoptootilist rada (retseptori surm ja mitokondriaalsed rajad). Paljud uuringud on tuvastanud palju potentsiaalseid vähivastase ravi sihtmärke [14]. Nendele sihtmärkidele reageerides on eesmärk vähirakkude hävitamine või nende kasvu peatamine [15]. Kaspaasid, tsüsteiini proteaaside rühm, mis lagundavad raku valke, on vähivastase ravi olulised sihtmärgid, kuna neil on oluline roll apoptootilises signaaliülekandes [16]. PI3K / AKT rada peetakse ka üheks peamiseks mehhanismiks, mis on seotud rakkude migratsiooni, invasiooni ja üleminekuga läbi kopsu mesenhümaalse epiteeli. Lisaks on see signaalirada seotud proliferatsiooni ja metastaasidega neerurakk-kartsinoomides, rakkude apoptoosiga neelukartsinoomides ning mõjutab vähirakkude progresseerumist õõnsuses [17].

Vähivastase ravi ratsionaalne eesmärk on toimida vähirakkudele, mõjutamata mittekasvaja rakulisi komponente või kasvaja mikrokeskkonda [18]. Normaalsetest rakkudest moodustunud vähirakke on raske tavaliste kemoterapeutiliste ainetega selektiivselt ravida. Need ained toimivad erinevate mehhanismide kaudu, näiteks blokeerivad rakutsüklit erinevates etappides, kutsuvad esile apoptoosi ja takistavad vähirakkude proliferatsiooni ning segavad metaboolset ümberprogrammeerimist [19]. Nii keemia- kui ka kiiritusravi põhjustavad DNA moonutusi ja põhjustavad rakutsükli blokeerimist või rakusurma. Uue põlvkonna vähiteraapiad põhinevad aga kasvaja sisemise rakulise toime suurendamisel, lisades aineid, millel on unikaalne toimemehhanism või millel on teadaolev olemuslik viis tekitada ravile resistentsust [20].

Tsütotoksilised ravimid liigitatakse nende toimemehhanismi järgi alküülivateks aineteks, raskmetallideks (plaatina), antimetaboliidideks, tsütotoksilisteks antibiootikumideks ja rakutsükli blokaatoriteks. Enamik tsütotoksilisi ühendeid mõjutab vähirakkude DNA terviklikkust ja rakkude jagunemist [21]. Plaatinakomplekside kliiniline kasutamine lisandinavähivastane ravipõhineb nende võimel põhjustada kasvajarakkude surma, kuna neil ühenditel on lai valik toimeid |22]. Vähivastase ravi ebaefektiivsuse põhjused on metastaasid, retsidiivid, heterogeensus, resistentsus keemiaravi ja kiiritusravi suhtes ning immuunsüsteemi võimekuse langus. Kõiki neid terapeutilisi ebaõnnestumisi saab seletada vähi tüvirakkude omadustega [23-25]. Mesenhümaalsed tüvirakud on teatud tüüpi rakud, mida tavaliselt kasutatakse regeneratiivses meditsiinis. On teada, et need rakud avaldavad vähirakkudele pärssivat toimet [26]. Resistentsus ravile on vähihaigete ravis jätkuvalt peamine piirav tegur. Praegused standardsed ravimeetodid (kirurgia, keemiaravi ja kiiritusravi) on puudulikud kahjulike ja toksiliste mõjude, patsiendi talumatuse ja madala pikaajalise elulemuse tõttu [27-30]. Kirurgilise ravi ja kiiritusravi eesmärk on likvideerida lokaliseeritud vähkkasvajaid ning haiguse kaugelearenenud staadiume saab kontrollida ainult keemiaraviga [31]. Bioloogiliselt aktiivse ühendi transpordiprotsessis võib selle difusioon tekitada mittespetsiifilisi koostoimeid, mis toob kaasa efektiivsuse vähenemise ja kõrvaltoimed [32]. Vähivastastest ravimeetoditest on kõige tõhusamad sihipärased ravimeetodid, kuna neil on vähe kõrvaltoimeid, neil on hea elujõulisus, manustatakse väikseid annuseid ja raviresistentsust on raskem paigaldada [33]. Näiteks kasutatakse nanomeditsiini edukalt vahendina immunostimuleerivate ainete sihipäraseks transportimiseks, et hõlbustada kasvajavastast immuunvastust. Vähivastase immunoteraapia toksilisuse vähendamiseks on uuritud mitmeid strateegiaid. Antigeenide, tsütokiinide, kemokiinide, nukleotiidide ja Toll-tüüpi retseptori agonistide nanopreparaadid näitasid soodsaid tulemusi [34]. Praegu äratab huvi uute alternatiivsete raviainete leidmine, mis on tõhusamad ja vähem toksilise toimega. Seda eesmärki on kasvajate moodustumise keerukuse tõttu raske saavutada [35]. Monoklonaalsed antikehad ja kemopreventsioon looduslike ühenditega on kaks olulist suunda vähi ravis ja ennetamisel [36]. Sellega seoses on üheks oluliseks strateegiaks bioloogiliselt aktiivsete fütokemikaalide kasutamine, kuna neil on madal toksilisus ja pleiotroopne toime erinevates rakuprotsessides, mis takistavad vähi teket ja progresseerumist. Kantserogeneesi sekkumist toitumise või looduslike ühendite lisamise kaudu nimetatakse kemopreventsiooniks [37-41]. On tuvastatud üle 3000 vähivastaste omadustega taimse ühendi [42]. Nende ühendite hulgasflavonoididneil on palju tsütotoksiliste omadustega esindajaid paljudele inimese vähirakkude tüüpidele ja neil puudub või on normaalsetele rakkudele vähenenud kahjulik mõju [43]. Flavonoidid on polüfenoolsed ühendid ja esindavad bioloogiliselt aktiivsete sekundaarsete metaboliitide klassi taimedes, mille põhistruktuur on difenüülpropaan (C6-C3-C6) ja millel on madal molekulmass. Neid biosünteesitakse fenüülpropanoidist ja kalkoonid on esimesed flavonoidid, mis tekivad [44-51]. Flavonoidide tavaline eelkäija on fenüülalaniin ning kaltsiumsüntetaasi, kaltsiumisomeraasi ja flavan 3 hüdrolaase peetakse nende biosünteesi võtmeensüümideks [52-56]. Paljude flavonoidide jaoks moodustab sild püraani või Byroni rõnga [57]. Sõltuvalt põhistruktuurist liigitatakse need ühendid kalkoonideks, auroonideks, flavanoonideks, flavoonideks, isoflavoonideks, dihüdroflavonoolideks, flavonoolideks, leukoantokvanidiinideks, antotsüanidiinideks ja flavan-3-oolideks (joonis 1)[58-61].

Nende ühendite struktuurne mitmekesisus tuleneb flavonoidide biosünteesi ensüümide koosmõjust, millel on erinevad katalüütilised ja spetsiifilised funktsioonid [62]. Flavonoidide tarbimine toiduga on seotud krooniliste haiguste, näiteks südame-veresoonkonna haiguste, neurodegeneratiivsete haiguste, astma, autoimmuunhaiguste ja vähi (eriti kopsu-, eesnäärme-, mao- ja rinnavähi) riski vähenemisega[63-71]. Flavonoididel on teadaolevalt ka palju bioaktiivsusi, nagu allergia-, põletiku-, antibakteriaalne, kantserogeenne, antioksüdant, diabeedivastane, antihüpertensiivne, immunomoduleeriv, hepatoprotektiivne, rasvumisvastane, hormonaalne (nt östrogeenitaoline toime) ja vananemisvastased omadused[72-85]. On mitmeid uuringuid, mis näitavad, et flavonoidid pärsivad kasvajarakkude kasvu in vitro ja in vivo [86]. Flavonoidide klassi kuuluvatel looduslikel väikesemolekulilistel ühenditel on märkimisväärne füsioloogiline toime, neil on inimkehas mittemutageensed omadused ja need on äratanud üha suuremat huvi uute vähivastaste ainete tuvastamise vastu. Flavonoidide vähivastased mehhanismid hõlmavad rakkude kasvu ja proliferatsiooni pärssimist rakutsükli blokeerimise teel, apoptoosi ja diferentseerumise esilekutsumist või nende mehhanismide kombineerimist [87, 88]. Lisaks näitavad epidemioloogilised uuringud, et looduslikel flavonoididel on tugev antioksüdantne potentsiaal, mis on seotud vähese vähi esinemissagedusega [89,90]. Flavonoidide antioksüdantne aktiivsus tuleneb nende võimest loovutada vesinikuaatomeid hüdroksürühmadest vabadele radikaalidele – mehhanismi, mida hõlbustab flavonoidide II elektronide poolt antud pikendatud konjugatsioon [91]. Flavonoididel on teadaolevalt märkimisväärne antioksüdantne võime superoksiidi anioonide, hüdroksüülradikaalide ja peroksüradikaalide suhtes. Lisaks on flavonoidid tõhusamad kui askorbiinhape oksüdatiivse stressi tekitatud vabade radikaalide neutraliseerimisel [92]. Viimastel aastatel on tunnustatud ja uuritud flavonoidide vähivastast toimet, eriti nende antimetastaatilisi omadusi. Nende kliiniline potentsiaal vähivastases ravis on näidustatud. Näiteks LFG-500(C30H32N2O5) on sünteetiline flavonoid, millel on põletikuvastased ja vähivastased omadused. Sellel ühendil on ka antimetastaatiline potentsiaal 93]. Flavonoidide bioaktiivsus sõltub nende hüdroksüülimisastmest, struktuuriklassist, olemasolevate asendajate olemusest ja asukohast, konjugatsioonidest ja polümerisatsiooniastmest [94]. Paljud toiduga saadavad flavonoidid esinevad glükosiidsel kujul, kus sahhariid on seotud ühendi fenool- või hüdroksürühmaga [95,96]. Sahhariidide struktuur on flavonoidide biosaadavuse määrav tegur [97]. Flavonoidid on praegu mitmesuguste farmaatsia-, kosmeetika- ja meditsiiniliste preparaatide olulised komponendid [98, 99]. Nende ühendite madalat toksilisust peetakse selle klassi suureks eeliseks[100]. Mõnel juhul põhjustab flavonoidide glükosüülimine nende ühendite toksiliste ja soovimatute mõjude vähendamise [101].

Kalkoonid (13-difenüül-2-propeen-1-üks) on üks olulisemaid puuviljades, köögiviljades ja tees leiduvate flavonoidühendite klasse [102] ning esindavad flavonoidide ja isoflavonoidide biogeneetilisi prekursoreid. [103]. Need on lipofiilsed fütokemikaalid, mis koosnevad kahest aromaatsest jäägist (aldehüüd ja atsetofenoon), mis on ühendatud kolmest süsinikuaatomist koosneva küllastumata karbonüülsüsteemiga (joonis 2)[102,104].

, on küllastumata karbonüülrühm hea Michaeli aktseptor ja osaleb nukleofiilsetes lisandites [105]. Kalkoone leidub kahes isomeerses vormis (cis ja trans), kusjuures teisendus on termodünaamiliselt stabiilsem ja kaudselt nende ühendite domineeriv konfiguratsioon (joonis 3) [106-108].

Nende ühendite tähtsus tuleneb nende lihtsast keemiast, kergest sünteesist ja nende võimest asendada suurt hulka vesinikuaatomeid, moodustades seega tohutu hulga bioloogiliselt aktiivseid derivaate [109]. Kalkoonidega seotud oluline aspekt on nende ühendite võimalus kergesti moodustada süsinik-süsinik, süsinik-väävel ja süsinik-lämmastik sidemeid, mis on eelkäijad erinevate heterotsükliliste ühendite, nagu pürimidiinid, püridiinid, bensodiasepiinid, pürasoolid, sünteesil. 2-pürasoliinid, imidasoolid ja kõik muud flavonoidid|110-114. Kalkoonide isomeerimine vastavateks flavanoonideks hapete või aluste juuresolekul selgitab nende ühendite tähtsust ligandidena (joonis 4)[115]. Näiteks Pandey et al. saadi 5-nitro-flavanoonid 2-hüdroksükalkoonide tagasijooksul keetmisel kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul [116].

Tänu oma paindlikule struktuurile võivad kalkoonid tõhusalt seonduda paljude ensüümide ja retseptoritega, mis seletab nende ühendite paljusid bioloogilisi rakendusi [117]. Teine selgitus nende ühendite farmakoloogilisele toimele on konjugatsioon kaksiksideme ja struktuuris esineva karbonüülrühma vahel[118]. Kalkoonide bioaktiivsus sõltub kahe aromaatse jäägi (aldehüüdi ja atsetofenooni) asendajate asukohast, arvust ja olemusest. Kirjanduse andmed näitavad, et kliinilistes ja farmatseutilistes rakendustes on tuvastatud tohutul hulgal looduslikke ja sünteetilisi kalkoone, millel on vähivastane, antibakteriaalne, viirusevastane, palavikuvastane, antihüpertensiivne Alzheimeri tõve, põletikuvastane, HIV-vastane, antioksüdant, haavandivastane, östrogeenne ja neuroprotektiivne toime. Kalkoonidel on võime inhibeerida -glükosidaasi, MAO-B (monoamiini oksüdaasi), tubuliini ja türosiinkinaasi [118-137]. Teisest küljest on kalkoonidel teatud tingimustel oksüdeerivad omadused. Seda toimet võib seostada nende ühendite kasvajavastase toimega ja see põhineb sellistel mehhanismidel nagu suurenenud superoksiidi moodustumine, raku glutatiooni vähenemine ja fenoksiidradikaalide teke. Lisaks on kättesaadavad uuringud näidanud kalkoonide sihipärast toimet paljudele kinaasidele, mikrotuubulitele, polüteraapiaresistentsetele valkudele ja erinevatele signaaliradadele, mis on seotud rakkude ellujäämise ja surmaga[138]. Nende ühendite huvitav struktuur ja mitmesugused bioloogilised aktiivsused on viinud uute kaltooniklassi ravimite heakskiitmiseni, nagu metohalkoon (kolereetiline ravim) ja sofalkoon (haavandivastane ravim) (joonis 5) [139,140].

Kirjanduse andmed näitavad, et kalkoonide aromaatsete jääkide asendamine heterotsüklitega määrab eriliste bioloogiliste omadustega molekulide moodustumise [141].

Hübriidmolekulid suudavad lahendada raviresistentsuse probleemi, kuna erinevatel farmakofooridel on mitu toimemehhanismi. Kuna molekulide hübridiseerimine on oluline meetod uute raviainete tuvastamiseks, on kliinilistes uuringutes palju hübriidmolekule [142]. Näiteks lämmastikuaatomi sisseviimine muudab soodsalt molekulide aluselisust ja määrab võimaluse moodustada sihtmärkidega tugevaid sidemeid. Teine oluline modifitseeritud omadus on polaarsus, mida saab kasutada lipofiilsuse vähendamiseks, põhjustades vees lahustumist ja soodsat suukaudset imendumist [143].

On täheldatud, et bioloogiliselt aktiivsetel orgaanilistel molekulidel, mille molekulides on lämmastik, on head vähivastased omadused. Lämmastikku sisaldavatest molekulidest on morfoliinidel ja piperidiinidel oluline toime erinevate vähitüüpide puhul[144]. Yadav et al. saadud triasoolkalkoone, millel on inimese rakuliinidel märkimisväärne vähivastane potentsiaal [145]. Näited selle kohta, kus farmakofoori sisseviimine on ühendite bioloogilise aktiivsuse jaoks soodne, on mõned hüdriidkalkoonid, mille molekulides on kinasoliini, bifenidaadi ja indooli jääke. Äsja moodustunud molekulidel on võime määrata rinnavähi korral raviresistentsuse pöörduvust [146]. Lämmastikuga asendatud bensimidasoolkalkoonidel, millel on alküüljääk või viie- või kuueliikmeline heterotsükkel, on samuti märkimisväärne tsütotoksiline toime rinna adenokartsinoomile (MCF-7) ja munasarjakartsinoomile (OVCAR-3). Teised hüdriidimolekulid, mille tsütotoksiline aktiivsus ületab standardeid inimese rakuliinidel (MCF-7, MA-PA-Ca2 inimese pankreasevähirakud, A549 kopsu adenokartsinoom, HepG2 inimese vähirakuliinid), on 1,2,3-triasoolkalkoonid. Hübriidsed tiasooliühendid kutsuvad esile apoptoosi, blokeerides rakutsükli G2/S faasi ja vähendades MIA-PA-Ca2 rakuliinide mitokondriaalset potentsiaali kõhunäärmevähi korral[147]. 1,2A-triasoolkalkoonide toimemehhanismide uuringud näitavad, et neil on võime kutsuda esile apoptoosi, suurendades Baxi valgu taset, vabastades mitokondritest tsütokroom C ja aktiveerides kaspaase 3, 8 ja 9[148]. Selle artikli eesmärk on võtta kokku eksperimentaalselt ja in silico saadud teave mõnede looduslike ja sünteetiliste kalkoonide vähivastase toime kohta.

2. Claisen-Schmidti reaktsioon

Sünteetiliste kalkoonide saamiseks enim kasutatav meetod on Claisen-Schmidti kondensatsioonireaktsioon (joonis 6). See on aldoliseerimis-kolonisatsioonireaktsioon atsetofenooni derivaatide ja aromaatsete aldehüüdide vahel. Reaktsioon toimub tugevalt happelise või aluselise katalüüsiga homogeensetes tingimustes [149-152].

Kalkoonide saamiseks on leeliselise keskkonna kasutamine tõhusam [153]. Claisen-Schmidti kondensatsioon aluselises keskkonnas hõlmab atsetofenooni aniooni moodustumist, millele järgneb atsetofenooni karbonüülrühma rünnak[154]. Reaktsioon kulgeb saagisega 10% kuni 60%. Kondensatsioon viiakse läbi temperatuuril 50 kraadi, reaktsiooniaeg on 12-15 h või üks nädal toatemperatuuril [155]. Selle meetodi puudused on võimetus taastada katalüsaatorit, sekundaarsete ühendite moodustumine, selektiivsuse puudumine, pikk reaktsiooniaeg, äärmuslikud reaktsioonitingimused ja raskused produktide eraldamisel [156]. Suure selektiivsusega kalkoonide sünteesiks on tuvastatud uut tüüpi heterogeensed katalüsaatorid (Lewise happed, Bronstedi happed, tahked happed ja tahked alused). Nende katalüsaatorite kasutamine väldib kõrvalreaktsioone, nagu Cannizaro kondensatsioonireaktsioon või Michaeli lisamine [157]. Lisaks üritati aldehüüdi ebaproportsionaalse reaktsiooni vältimiseks asendada see bensülideendiatsetaadiga [155]. Teised näited kalkoonide saamise reaktsioonidest on Hecki karbonüülimisreaktsioon, Sonogashira isomerisatsioon ja sidestusreaktsioon, pidevvoolu deuteratsioonireaktsioon, Suzuki-Myaura sidestusreaktsioon ja sünteesireaktsioon, mida vahendab tahke happekatalüsaator [158-160].

2. osa saamiseks klõpsake linki:https://www.xjcistanche.com/news/part2-anticancer-activity-of-natural-and-synt-54977563.html

3. osa saamiseks klõpsake linki:https://www.xjcistanche.com/news/part3-anticancer-activity-of-natural-and-synt-54978140.html