喹啉-白杨素杂合物的抗头颈鳞癌活性与抗氧化作用研究

《Scientific Reports》：Synthesis and preliminary biological evaluation of quinoline-chrysin hybrids against head and neck squamous cell carcinoma

本研究针对头颈鳞状细胞癌（HNSCC）治疗中天然产物白杨素（Chrysin）生物利用度低的问题，设计合成了一系列喹啉-白杨素杂合物。通过光谱学方法确证结构，并评估其抗氧化（DPPH法）和抗癌活性（MTT法）。结果显示，化合物12（含-CN取代基）和16（5-羟基喹啉衍生物）活性显著，IC50低至~13.8 μM（FaDu细胞）和~24.5 μM（DPPH）。基因表达分析表明，化合物对TP53、BAX、BCL2调控作用有限，提示其抗癌机制可能涉及非转录途径。该研究为基于天然产物的抗HNSCC药物开发提供了新思路。

　　

头颈癌是全球范围内常见的恶性肿瘤类型，尤其在经济欠发达地区，由于吸烟、饮酒、人乳头瘤病毒（HPV）感染等风险因素，其发病率和死亡率持续居高。据统计，2020年全球有近100万新发病例和约50万死亡病例。头颈癌患者五年生存率普遍较低，部分原因在于早期症状不典型导致诊断延迟。当前的治疗手段主要包括手术、放疗和化疗，但疗效有限且常伴随明显副作用。因此，开发新型高效低毒的抗头颈癌药物成为当务之急。

天然产物一直是抗癌药物的重要来源。白杨素（Chrysin）作为一种天然黄酮类化合物，广泛存在于蜂胶、蜂蜜等天然产物中，具有抗氧化、抗炎、抗癌等多种生物活性。然而，其临床应用却因口服生物利用度低（<1%）、代谢迅速而受到限制。研究表明，对黄酮骨架进行结构修饰，特别是在C7位引入取代基，可显著提高其活性和生物利用度。喹啉（Quinoline）骨架因其可形成疏水相互作用和氢键，在药物化学中常作为优势结构用于优化先导化合物。前期研究也证实，引入喹啉基团能提高化合物的活性与生物利用度。

基于此，波兰西里西亚医科大学的研究团队开展了一项创新性研究，他们将白杨素与不同取代的喹啉衍生物通过连接链共价连接，设计合成了一系列新型喹啉-白杨素杂合物，并系统评价了其抗头颈鳞状细胞癌活性及相关作用机制。该研究成果发表于《Scientific Reports》期刊。

为开展本研究，作者主要应用了以下关键技术方法：采用核磁共振（NMR）、高分辨质谱（HR-MS）等光谱学技术进行化合物结构确证；通过DPPH自由基清除实验评估抗氧化活性；选用人头颈鳞癌FaDu（咽源）和SCC25（舌源）细胞系，利用MTT法检测化合物对细胞活力的抑制作用并计算IC₅₀；通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析化合物对TP53、BAX、BCL2基因表达水平的影响。

化学合成与结构表征

研究首先以白杨素（1）为起始原料，与1,4-二溴丁烷在丙酮中反应，生成关键中间体7-(4-溴丁氧基)白杨素（2），产率78%。随后，中间体2与8-羟基喹啉（3-8）、5-羟基喹啉（15）或4-羟基喹啉（17）等衍生物在二甲亚砜（DMSO）中、碳酸钾存在下进行亲核取代反应，成功得到目标杂合物9-14、16和18，产率58%-87%。

通过一维（¹H NMR, ¹³C NMR）和二维（HSQC, HMBC）核磁共振波谱以及高分辨质谱对所有新化合物进行了彻底的结构表征。分析证实，连接确实通过醚键形成，且喹啉环上氮原子位置的不同会影响连接链上亚甲基质子信号的化学位移。

生物活性评价

抗氧化活性：采用DPPH自由基清除实验评估化合物的抗氧化能力。结果表明，母体白杨素（1）活性很低（1000 μM时抑制率仅34.8%），而所有杂合物的活性均显著提升。在8-羟基喹啉衍生物（9-14）中，C2位取代基的性质影响活性，强吸电子基团如氰基（-CN，化合物12）和吗啉基（化合物14）显示出较强的抗氧化活性（IC₅₀分别为24.5±1.0 μM和27.6±3.2 μM）。比较不同氮原子位置的喹啉杂合物（9, 16, 18）发现，其抗氧化活性顺序为16（5-羟基喹啉）> 9（8-羟基喹啉）> 18（4-羟基喹啉），化合物16的IC₅₀为26.1±2.6 μM，与阳性对照维生素C（24.4±1.5 μM）相当。

抗癌活性：MTT实验结果显示，多数喹啉-白杨素杂合物对两种HNSCC细胞系（SCC25和FaDu）表现出中度的细胞毒性活性。在8-羟基喹啉系列中，C2位取代基的电子效应对活性有显著影响。引入强吸电子基团氰基（化合物12）能显著增强抗癌活性，其对SCC25和FaDu细胞的IC₅₀分别为30.8±1.2 μM和20.5±2.4 μM，优于未取代的化合物9（IC₅₀分别为35.9±3.4 μM和68.8±4.2 μM）。而供电子基团（如甲基、氯原子）或较弱吸电子基团（如醛基）的引入则导致活性降低甚至消失（IC₅₀ > 100 μM）。特别值得注意的是，含有5-羟基喹啉的化合物16表现出最佳的抗癌效果，对SCC25和FaDu细胞的IC₅₀分别达到25.7±2.8 μM和13.8±2.5 μM，显著优于临床用药5-氟尿嘧啶（5-FU，IC₅₀ > 100 μM）。而含有4-羟基喹啉的化合物18活性最弱。

对凋亡相关基因表达的影响

为进一步探讨活性化合物（12和16）的潜在作用机制，研究检测了它们对TP53（肿瘤抑制基因）、BAX（促凋亡基因）和BCL2（抗凋亡基因）mRNA表达水平的影响。在FaDu细胞中，化合物12在15 μM浓度下与化合物16（10 μM和15 μM）相比，能相对上调TP53的表达，但与未处理对照组相比无统计学显著差异。化合物16在10 μM浓度下甚至表现出轻微下调TP53表达的趋势。在SCC25细胞中，两种化合物均未引起TP53表达的显著变化。对于BAX基因，在两种细胞系中，任何浓度的化合物12和16处理均未导致其mRNA水平的显著改变。对于BCL2基因，化合物16在FaDu和SCC25细胞中均呈现出轻微的下调趋势，但同样未达到统计学显著性。

这些结果表明，化合物12和16在测试浓度下，可能并非主要通过显著调控TP53、BAX、BCL2这些经典凋亡相关基因的转录水平来诱导癌细胞死亡。其抗癌机制可能涉及其他通路，如 caspase（半胱天冬酶）激活、ROS（活性氧）生成或细胞周期阻滞等，有待进一步研究。

本研究成功合成了一系列结构新颖的喹啉-白杨素杂合物，并系统评价了其抗氧化和抗头颈鳞癌活性。构效关系分析明确揭示，喹啉环C2位强吸电子取代基（如-CN）以及喹啉环上氮原子的位置（5-位 > 8-位 > 4-位）是调控其生物活性的关键因素。化合物12和16展现出优异的综合活性，其IC₅₀值达到微摩尔级别，优于母体白杨素和阳性对照药5-FU。尽管其对经典凋亡基因的转录调控作用有限，但这恰恰提示了其可能具有独特的作用机制。该工作不仅为克服白杨素自身缺陷提供了有效的结构修饰策略，而且为开发基于天然产物骨架的高效、低毒抗头颈癌先导化合物奠定了坚实的化学与生物学基础，具有重要的研究价值和潜在的转化前景。