文章介紹
本文中，作者從駱駝蓬的根分離得到2個非雙芳基軸β-咔啉-喹唑啉二聚體pegaharmols A(1)和B (2)，利用光譜方法對其結構進行了表征。通過核磁共振和電子圓二色性實驗數(shù)據與量子力學計算數(shù)據的對比，建立了立體化學模型。首次發(fā)現(xiàn)C-8位的碳喹啉與vasicine在C-9位成鍵?；衔?對HL-60和A549細胞系具有中度的細胞毒活性。 過去十年來，癌癥一直是全球死亡的主要原因。天然產物是抗腫瘤藥的重要來源，由于其獨特的結構和顯著的細胞毒性，引起了藥物化學家和藥理學家的更多關注。尤其是近年來β-咔啉和喹唑啉成為了眾多抗腫瘤藥物研發(fā)和醫(yī)學研究人員的熱點之一。FDA于2020年批準了lurbinectin（一種β-咔啉衍生物）用于治療轉移性小細胞肺癌患者。 Peganum harmala L.是蒺藜科的一員，是一種多年生草本植物，廣泛分布于亞洲，非洲和地中海地區(qū)的半干旱土地和沙漠中，其整株已用做治療癌癥，腫脹，類風濕關節(jié)炎和其他人類疾病。其多樣的生物活性由于富含生物堿以及β-咔啉和喹唑啉的骨架。在對該植物根部持續(xù)研究中，獲得了兩個前所未有的β-咔啉-vasicine雜種二聚體（1-2，圖1）化合物1-2具有芳基單元和非芳基單元之間的軸向手性。本文介紹了二聚體（1-2）的分離，結構確定和生物合成假說以及對化合物1的細胞毒性評估。 圖1 Pegaharmol A (1)為淺黃色的固體，高分辨質譜顯示其分子式為C26H21N7O2，不飽和度為20。1H和13C NMR（表1）顯示7,8-雙取代的胭脂氨酸基序包括六個芳香族質子[δH8.40 (H-3), 8.37 (H-6′), 8.09 (H-4), 8.06 (H-5), 7.64 (H-5′),和7.00 (H-6)]。顯示酚羥基[δH9.66 (7-OH)], NH信號[δH10.60 (9-NH)]和15個SP2雜化的C[δC135.4 (C-1), 138.6 (C-3), 115.4 (C-4), 131.0 (C-4a), 114.2(C-4b), 122.4 (C-5), 110.1 (C-6), 155.1 (C-7), 112.1 (C-8),139.4 (C-8a), 134.3 (C-9a), 164.6 (C-2′), 164.1 (C-4′), 105.1(C-5′), and 158.8 (C-6′)。出現(xiàn)了類似v a s i c i n e結構，包含兩種亞甲基[δH3.28（H1″α），2.76（H-1″β），1.77（H-2″α）和2.10（H-2″β）]，兩種次甲基[δH4.64（H-3″）和6.84（H-9″）]，一個脂肪族羥基峰[δH5.63（3″ -OH）]，一個1,2-二取代苯[δH7.12（ H-5″，6″）和6.90（H-7″，8″）]] 以及七個芳族碳[δC162.4（C-3″ a），141.6（C-4″ a），124.6（C-7″），126.8（C-8″）,128.4（C-6″），123.2（C-5″）,121.6（C-8″ a）]和四個脂肪族碳[70.2（C-3″）,50.5（C-9″），45.1（C-1″）和29.2（ C-2”）]。如圖2所示，通過COSY，HSQC和HMBC實驗確認了兩部分的結構。HMBC光譜檢查顯示H-9''（δH6.84）與C-7（δC155.1）/ C-8（δC112.1）/ C-8a（δC139.4）之間的關鍵相互作用，表明通過C-8 / C-9“單鍵實現(xiàn)胭脂氨酸和vasicine的結合，并確定了1的平面結構。 表1 圖2 化合物1的結構中有兩個手性碳（C-9”和C-3”）。在B3LYP / 6-31G（d）能級下，作為二面角C7-C8-C9''-N10''的函數(shù)的能量掃描顯示有兩個能量最小值（1-I和1-II）和一個能壘最高為40千卡 / mol。如此高的能量勢壘遠高于鍵可自由旋轉約20千卡/ mol閾值，這表明了化合物1有阻轉異構。利用核磁共振（NMR）和電子圓二色譜（ECD）的量子力學計算來確定化合物1的絕對構型。NOESY交叉峰（圖2）顯示了H-1''β（δH2.76）和H-3''（δH4.64），H-1''α（δH3.28）和H-9''（δH6.84），以及H-9''和7-OH（δH9.66）之間的顯著相關性，表明H-1''β和H-3''位于相同的面，而7-OH，H-1''α和H-9''位于異面。因此，明確了1的相對構型。為了進一步確定1的相對構型，在mPW1PW91 / 6-311 + G（d，p）// B3LYP / 6-31G（d）能級上進行了兩種可能的異構體1a和1b（圖3）的GIAO（與量規(guī)無關的原子軌道）NMR計算。實驗和計算的13 C NMR數(shù)據之間的線性相關系數(shù)（R2）表明1b是最可能的相對構型。為了進一步區(qū)分1a和1b，對實驗數(shù)據和計算的1H和13C NMR數(shù)據進行了DP4 +統(tǒng)計分析（圖S4）。結果，1b的DP4 +概率為100％，表明（P *）3″ S *，9″ S * -1b是化合物1最可能的相對構型。 圖3 接下來，通過比較實驗ECD數(shù)據和在B3LYP / 6311G ++（2d，p）/下計算出的ECD光譜，確定1的絕對構型為[（P）-3″ S，9″ S] -1。B3LYP / 6-31G（d）水平（圖4）。 圖4 Pegaharmol B (2)為淡黃色的固體，用高分辨質譜觀察到m / z 464.1829 [M + H] +?；衔?的1H和13C NMR數(shù)據（表1）與1相似，表明在2中存在一個7,8-取代的胭脂紅素基序和一個類似苦瓜堿的基團，進一步由2的HSQC，COSY和HMBC數(shù)據確定。通過對2的HMBC光譜進行詳細分析（圖S16），H-9''（δH6.87）和C-8（δC111.9）/ C-8a（δC140.5）之間的顯著相關性顯示了annomontine部分和vasicine部分通過C-8 / C-9''單鍵連接。因此，2具有與1相同的平面框架。借助NOESY光譜，H-1''α（δH3.22）和H-3''（δH4.65）/ H-9''（δH6.87）之間的交叉峰,H-9''和9-NH（δH10.52）表明9-NH，H-1''α，H-3''和H9''處于相同的方向。因此，將2的相對構型指定為（P *）-3″ S *，9″ R * -2a。通過實驗數(shù)據和ECD計算出的數(shù)據進行比較，將其絕對構型明確闡明為[（M）3″ R，9″ S] 。 路徑1 提出了有關pegaharmols A B（1-2）的假定生物合成途徑（路徑1）。據預測，關鍵中間體I（7羥基腺嘌呤）是通過Mannich / Pictet-Spengler型反應與色胺和2-氨基嘧啶醛合成的，而且有可能轉化為自由基中間體I-1。先前已經報道了中間體II（血管生成素）的形成，隨后很容易將其轉化為自由基中間體II-1。將前述的自由基中間體I-1和II-1偶聯(lián)以產生中間體III；然后，通過互變異構生成了pegaharmols A-B。此外，發(fā)現(xiàn)當C-3″為S構型即化合物1時產生P-螺旋性，而在2中發(fā)生相反的現(xiàn)象。也許偶聯(lián)反應是選擇性的。 測量了Pegaharmol A（1）對四種人類癌細胞系HL-60，A549，MDA-MB231和DU145的細胞毒活性?；衔?顯示了對HL60和A549細胞的中等細胞毒性，IC50值分別為39.02和55.69μM，并且在MDA-MB-231和DU145細胞中無活性（IC50值> 100μM）。在最近的文獻中，在阻轉異構化合物的藥理活性方面存在重大分歧。由于pegaharmol B（2）的量很少，因此未檢查其細胞毒性。 綜上所述，從Pegasum harmala的根中獲得了pegaharmols A和B，并對其結構進行了徹底確定。它們代表了一類新的β-咔啉-喹唑啉二聚體，該二聚體通過β-咔啉的C-8和喹唑啉的C-4連接，具有特征性的軸向手性。提出了這些分子與自由基反應有關的推測生物合成途徑。表現(xiàn)出新穎結構并具有適度的細胞毒性的分離株（1）可能為增強β-咔啉的結構修飾的想法，從而提供了藥物化學家的抗腫瘤候選藥物。 //提取分離 駱駝蓬的根(13.0公斤)用95%乙醇回流提取(3 h′100 L)。將乙醇提取物濃縮，得到13 L濃縮溶液，用5%的HCl溶液酸化至pH2。酸性混合物部分 CH2Cl2 (4′13 L)處理，標記為A (200.0 g),水溶性的部分用3 mol / L氫氧化鈉溶液堿化至pH9,其次以CH2Cl2 (4′13 L)提取標記為B(90.0 g)。B部分通過柱色譜處理(CC, 5.5′42厘米, i.d ′L)流動相為 CH2Cl2-MeOH(100:0?0:100,v / v)梯度洗脫，得到10個組分(Fr. A-J)。Fr.F (26.0 g)是由ODS柱色譜(4.0′7.5厘米,i.d′L)流動相為MeOH-H2O(20:80?100:0,v/v)梯度洗脫得到6個組分(Fr. F1-Fr. F6) Fr.F4 (10.0 g)在ODS色譜柱(4.0′9.5厘米, i.d′L)流動相為MeOH-H2O(20:80?100:0,v/v)梯度洗脫得到6個組分 (Fr F4.1-Fr.F4.6)。Fr.F4.6 (2.0 g)分離通過MCI 柱色譜(3.6′8.5厘米, i.d′L)流動相為 MeOH-H2O (70:30, v / v)，隨后用YMC-Triart C18柱高效液相色譜純化流動相MeOH-H2O (47:53, v / v)得到化合物1(2.0毫克,tR = 47分鐘)和2(1.0毫克,tR = 31分鐘)。 //原文信息 本文于2020年8月14日在線發(fā)表于ACS旗下期刊Organic Letters上。第一作者為ShengGe Li，華會明教授、林斌副教授為通訊作者，沈陽藥科大學為通訊單位。 原文地址： https://dx.doi.org/10.1021/acs.orglett.0c02709
