2-芳基/烷基氨基甲基-17-磺酰胺/17-甲基雌三烯的合成及其在人类癌细胞培养中的体外细胞毒性

《Steroids》：Synthesis of 2-aryl/alkylaminomethyl 17-sulfamate/17-methyl estratrienes and their in vitro cytotoxicity in human cancer cell cultures

2-甲氧基雌三醇代谢快，本研究设计含磺胺基团的2-芳基/烷基氨基甲基雌三烯类衍生物，通过区域选择性磺胺化获得C3/C17单/双磺胺化产物。抗增殖活性测试显示，C17磺胺化且C2带有小体积亲脂或卤代基的化合物（如8a和8e）活性最优（GI50<3μM），优于C3磺胺化和双磺胺化产物。结构活性关系表明，平衡电子效应、空间相容性和渗透性的C2取代基与C17磺胺化协同增强活性。研究为开发新型高效低代谢的抗癌剂提供理论依据。

作者：Erugu Balaiah、Rudrasenan Agneswaran、Dhatchana Moorthy Nachiappan、Ganapathy Panchapakesan、Aswini Prabhu、Arasambattu K. Mohanakrishnana

印度泰米尔纳德邦金迪校区马德拉斯大学有机化学系，邮编600 025

摘要

2-甲氧基雌二醇（2-ME）是17β-雌二醇的天然代谢物，通过抑制微管聚合和调节类固醇硫酸酯酶（STS）表现出强大的抗癌活性。然而，其快速的代谢过程限制了其临床应用价值。为了解决这一问题，我们设计了一系列新的2-芳基/烷基氨基甲基雌三烯类似物，在C-3和/或C-17位置引入了磺酰胺基团，这些化合物既能够破坏微管结构，又能调节STS的活性。我们首先通过逐步转化雌酮来构建C-2氨基甲基骨架，随后进行区域选择性磺酰化反应，生成单磺酰胺（C-17或C-3）和双磺酰胺衍生物，包括17-磺酰胺（8a-h）、3,17-双磺酰胺（11a-c）、3-磺酰胺（18a,b）和25。这些化合物被用于检测其对HCT-116（结肠癌）和MCF-7（乳腺癌）细胞系的增殖抑制作用。结果表明，含有小分子亲脂性C-2氨基（如环丙基8a和4-氯苯基8e）的单C-17磺酰胺类似物具有最强的抗癌活性（GI50 < 3 μM），其效果优于3-磺酰胺和3,17-双磺酰胺类化合物。结构-活性关系分析表明，双磺酰胺化导致的过度极性以及较大的C-2氨基会降低活性，而紧凑的亲脂性或卤代C-2取代基则有助于平衡电子效应、提高空间兼容性和渗透性。与现有关于2-ME磺酰胺的研究结果相比，我们的研究显示出明显的区域选择性特征，其中2-氨基甲基骨架在C-17位置进行磺酰化时具有最大的抗癌活性。这项研究为开发具有改进药代动力学特性的基于雌三烯的抗癌药物提供了可能性。

引言

17β-雌二醇是一种由雄激素雄烯二酮和睾酮在卵巢细胞中产生的类固醇激素。雌二醇通过激活抗氧化防御系统来清除活性氧，从而在预防神经退行性疾病方面发挥重要作用。大约50-60%的乳腺癌病例与雌激素有关[1],[2]。直到2-ME的发现之前，人们对雌二醇代谢物的生物学作用关注较少；2-ME是一种具有抗癌活性的17β-雌二醇的内源性代谢物[3]。2-ME是通过细胞色素P450将17β-雌二醇羟基化生成2-羟基雌二醇，随后经儿茶酚O-甲基转移酶进一步甲基化形成的[4]。2-ME不具有其母体代谢物2-羟基雌二醇的雌激素活性[5]。由于2-ME及其类似物在癌细胞培养中的细胞毒性，其合成受到了重视[6]。已知2-取代的雌三烯能够结合微管的秋水仙素结合位点[7]。 研究表明，2-取代的雌三烯衍生物的抗癌活性与雌激素受体无关。Cushman及其同事[8],[9]报道了一种五步合成方法，可用于制备多种2-烷氧基雌二醇。与母体2-ME相比，2-乙氧基雌二醇在大多数人类癌细胞系中表现出更强的抑制作用，而其他烷氧基雌二醇的抗癌活性较弱[9],[10]。事实上，2-乙氨基雌二醇的增殖抑制潜力也低于2-ME[9]。进一步的研究证实，雌二醇2位点的立体和电子因素对细胞毒性和抗微管活性具有重要影响。Cushman及其同事还通过合成多种2-取代的雌二醇类似物，研究了2位点不同取代基对癌细胞培养的细胞毒性和微管聚合抑制作用的影响[10]。Mohanakrishnan和Cushman开发了一种通用合成方法，利用Pd(0)介导的Negishi交叉偶联反应，将2-碘代雌二醇与有机锌溴化物反应，生成具有细胞毒性的2-炔基、2-烯基和2-烷基雌二醇类似物[11]。 此外，还合成了A环取代的雌激素3-O-磺酰胺类化合物，这些化合物是有效的多靶点抗癌剂[12],[13],[14],[15]。这些合成的2-取代雌激素-3-O-磺酰胺在体外对多种癌细胞系表现出显著的增殖抑制作用，其活性明显高于未磺酰化的同类化合物[16]，其中2-乙基-3-磺酰胺17β-雌二醇的活性最强。此外，还证实了这些化合物的口服生物利用度[17]。此外，研究还发现它们能有效抑制血管生成[18]。

实验方法

一般信息

所有熔点数据未经校正。试剂均购自商业渠道，使用前未经纯化。溶剂按标准方法干燥。除非另有说明，所有实验均在氮气氛围下进行。反应进程通过hexanes/乙酸乙酯混合物的TLC方法监测。柱层析使用Merck公司生产的100目硅胶进行，逐步增加极性。¹H和¹³C谱在CDCl₃或DMSO-d₆中记录。

化学过程

根据研究目标，我们从雌酮开始合成2-氨基甲基-3,17-二(O-磺酰胺)雌三烯。首先，使用NaBH₄在THF-MeOH混合物中还原雌酮，然后在2位进行选择性甲酰化，得到预期的2-甲酰基雌二醇（5）（产率65%）。接着，将5与环丙胺缩合，再用NaBH₄还原生成的亚胺，得到2-(环丙基)氨基甲基17β-雌二醇（6a）（方案1）。然而，最初的...

结论

本研究表明，2-氨基甲基雌三烯是一种可通过化学方法合成且具有药理意义的化合物，其抗癌活性取决于C-2取代基的特性以及C-3/C-17位置的区域选择性磺酰化作用。含有紧凑、构象适应性强的C-2氨基（尤其是8a和8e）的单C-17磺酰胺在HCT-116和MCF-7细胞中表现出最佳的GI₅₀值。相比之下，如果将磺酰胺基团放置在其他位置...

作者贡献声明

Erugu Balaiah：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法学研究、概念构建。 Rudrasenan Agneswaran：撰写、审稿与编辑、数据可视化、数据分析、形式化分析。 Dhatchana Moorthy Nachiappan：撰写、审稿与编辑、数据验证、实验研究、概念构建。 Ganapathy Panchapakesan：撰写、审稿与编辑、实验指导、数据管理、概念构建。 Aswini Prabhu：

资助

作者感谢新德里的DST-FIST提供的NMR和HRMS设备支持。EB感谢Nuray Chemicals Pvt Ltd.提供合成所需的化学品、溶剂和设施。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。