Del 1: Anticanceraktivitet af naturlige og syntetiske chalconer

For mere info. kontakttina.xiang@wecistanche.com

Abstrakt: Kræfter en tilstand forårsaget af mange mekanismer (genetiske, immunforsvar, oxidation og inflammatorisk).Anticancer terapihar til formål at ødelægge eller stoppe væksten af kræftceller. Resistens mod behandling er den førende årsag til ineffektiviteten af nuværende standardbehandlinger. Målrettede terapier er de mest effektive på grund af det lave antal bivirkninger og lav modstand. Blandt de små molekylære naturlige forbindelser er flavonoider af særlig interesse for identifikation af nye anticancermidler. Chalconer er forløbere for alle flavonoider og har mange biologiske aktiviteter. Chalconernes anticanceraktivitet skyldes disse forbindelsers evne til at virke på mange mål. Naturlige chalconer, såsom licochalconer, xanthohumol (XN), pandurat (PA) og loncocarpin, er blevet grundigt undersøgt og moduleret. Ændring af den grundlæggende struktur af chalconer for at opnå forbindelser med overlegne cytotoksiske egenskaber er blevet udført ved at modulere de aromatiske rester, erstatte aromatiske rester med heterocykliske grupper og opnå hybridmolekyler. Et stort antal chalconderivater med rester såsom diarylether, sulfonamid og amin er blevet opnået, og deres tilstedeværelse er gunstig for anticanceraktivitet. Ændring af aminogruppen i strukturen af aminochalconer er altid gunstig forantitumoraktivitet. Dette er grunden til, at der er opnået hybridmolekyler af chalconer med forskellige nitrogenheterocykler i molekylet. Fra disse er azoler (imidazol, oxazoler, tetrazoler, thiazoler, 1,2,3-triazoler og 1,2,4-triazoler) af særlig betydning for identifikation af nye anticancermidler.

Nøgleord: chalcone; azol;kræft;cellelinje; bioaktivitet; ligand-receptor interaktion

flavonoids anti cancer

Klik for at lære flere produkters effekter

1. Introduktion

Kræfter et betydeligt folkesundhedsproblem, der har et lille antal effektive terapier, en dårlig prognose og en høj dødelighed [1]. Mange kræftceller tilpasser sig metabolisk til Warburg-effekten, som omfatter øget glukose- og næringsstofoptagelse og mælkesyreproduktion, selv under aerobe forhold. [2] Nøjagtig viden om kræftepidemiologien giver væsentlig information om mulige årsager og tendenser i befolkningen for denne sygdom, hvilket muliggør en gunstig intervention til at identificere effektive metoder til forebyggelse, overvågning og diagnose. [3] Kræftens ætiologi er påvirket af arvelige og miljømæssige faktorer. For eksempel er ændret genetisk information blevet observeret i cancerceller |4]. Af denne grund har et stort antal undersøgelser karakteriseret genomiske ændringer i cancer fra onkogene celledannende signalveje til spektret af mutationer i forskellige cancerundertyper[5]. I onkogene processer er inflammatoriske og immune veje desuden korreleret med adskillige cellulære og humorale komponenter og har fælles signalveje. I tilfælde af betændelse forbundet med tumorsygdomme er processer lange og alvorlige. [6] Inflammation og kræft er kendt for at være korreleret på to måder: den indre vej og den ydre vej. Den ydre vej aktiveres ved initiering af onkologiske processer vedbetændelse. I tilfælde af den iboende pathway aktiverer somatiske mangler og genetiske mutationer signalveje og forårsager en stigning i det inflammatoriske respons [7]. En anden determinant for kræft er aktiveringen af immunsystemet, som er korreleret med mange metaboliske veje i kræftceller [8]. Hos kræftpatienter frigives et stort antal celler dagligt i kredsløbet. Til dannelsen af metastaser forlader kræftceller det primære sted, kommer ind i blodbanen, udsættes for blodkartryk, tilpasser sig det sekundære cellulære miljø og interfererer med immunceller 9]. Proliferationen af kræftceller er også forårsaget af ophobning af oxygenarter, som har evnen til at forvrænge makromolekyler og inducere celledød [10]. Reaktive oxygen- og nitrogenarter (ROS/RNS) produceres af inflammatoriske celler og epitelceller. ROS/RNS forårsager DNA-denaturering i organer under tryk fra den inflammatoriske proces og forårsager initiering af carcinogenese. DNA-skader, især på 8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosin og 8-nitroguanidin, har vist sig at være en molekylær mekanisme for cancer[ 11]. Celleapoptose eller programmeret celledød er en af de væsentlige metoder til regulering af carcinogenese og er en sammentrækning af cellen, som inducerer DNA-fragmentering og kromatinkondensation [12,13]. Der er to essentielle apoptotiske veje (receptordød og mitokondrieveje). Mange undersøgelser har identificeret mange potentielle mål for kræftbehandling [14]. At handle på disse mål har til formål at ødelægge eller stoppe væksten af kræftceller [15]. Caspaser, en gruppe af cysteinproteaser, der nedbryder cellulære proteiner, er vigtige mål for anticancerterapi, fordi de spiller en væsentlig rolle i apoptotisk signalering [16]. PI3K/AKT-vejen betragtes også som en af nøglemekanismerne involveret i cellemigration, invasion og overgang gennem det pulmonale mesenkymale epitel. Derudover er denne signalvej forbundet med proliferation og metastaser i nyrecellecarcinomer, apoptose af celler i pharyngeale carcinomer og påvirker progressionen af cancerceller i hulrummet [17].

Det rationelle mål med anticancerterapier er at virke på cancerceller uden at påvirke ikke-tumorcellulære komponenter eller tumormikromiljøet [18]. Kræftceller dannet ud fra normale celler er vanskelige at behandle med konventionelle kemoterapeutiske midler selektivt. Disse midler virker gennem forskellige mekanismer, såsom blokering af cellecyklussen på forskellige stadier, inducering af apoptose og forebyggelse af proliferation af cancerceller og forstyrrelse af metabolisk omprogrammering [19]. Både kemoterapi og strålebehandling inducerer DNA-forvrængning og forårsager cellecyklusblokering eller celledød. Imidlertid er en ny generation af cancerterapier baseret på at øge de iboende tumorcellulære effekter ved at inkorporere midler med en unik virkningsmekanisme, eller som har en kendt iboende måde at installere resistens over for terapi på [20].

Cytotoksiske lægemidler klassificeres efter deres virkningsmekanisme i alkyleringsmidler, tungmetaller (platin), antimetabolitter, cytotoksiske antibiotika og cellecyklusblokkere. De fleste cytotoksiske forbindelser virker på integriteten af DNA og celledeling i cancerceller [21]. Klinisk brug af platinkomplekser som et supplement ikræftbehandlinger baseret på deres evne til at forårsage tumorcelledød, da disse forbindelser har en bred vifte af aktiviteter |22]. Årsager til ineffektiviteten af anticancerterapier er metastaser, recidiv, heterogenitet, resistens over for kemoterapi og stråling og nedsat immunsystemkapacitet. Alle disse terapeutiske fejl kan forklares med egenskaberne ved cancerstamceller [23-25]. Mesenkymale stamceller er en type celle, der almindeligvis anvendes i regenerativ medicin. Disse celler er kendt for at udøve undertrykkende virkning på kræftceller [26]. Modstand mod terapi er fortsat den væsentligste begrænsende faktor i behandlingen af cancerpatienter. Nuværende standardbehandlinger (kirurgi, kemoterapi og strålebehandling) er mangelfulde på grund af uønskede og toksiske virkninger, patientintolerance og en lav langtidsoverlevelsesrate [27-30]. Kirurgisk terapi og strålebehandling har til formål at udrydde lokaliserede kræftformer, og fremskredne stadier af sygdommen kan kun kontrolleres med kemoterapi [31]. I transportprocessen af en biologisk aktiv forbindelse kan dens diffusion producere uspecifikke interaktioner, hvilket vil føre til et fald i effektivitet og bivirkninger [32]. Blandt anticancerterapierne er målrettede behandlinger de mest effektive, fordi de har et lavt antal bivirkninger, god levedygtighed, lave doser administreres, og terapeutisk resistens er sværere at installere [33]. For eksempel er nanomedicin med succes brugt som et vehikel til målrettet transport af immunstimulerende midler for at lette et antitumorimmunrespons. Adskillige strategier er blevet undersøgt for at reducere toksiciteten af anticancer immunterapi. Nano-formuleringer af antigener, cytokiner, kemokiner, nukleotider og Toll-lignende receptoragonister viste gunstige resultater [34]. På nuværende tidspunkt tiltrækker identifikation af nye alternative terapeutiske midler, som er mere effektive og har mindre toksiske virkninger, stigende interesse. Dette mål er udfordrende at opnå på grund af kompleksiteten af tumorformationer [35]. Monoklonale antistoffer og kemoforebyggelse med naturlige forbindelser er to vigtige retninger for behandling og forebyggelse af cancer [36]. En af de væsentlige strategier i denne henseende er brugen af biologisk aktive fytokemikalier, da de har lav toksicitet og pleiotropiske virkninger i forskellige cellulære processer, der interfererer med opståen og progression af cancer. Interferens med carcinogenese gennem kosten eller tilskud med naturlige forbindelser kaldes kemoforebyggelse [37-41]. Over 3000 planteforbindelser med anticanceregenskaber er blevet identificeret [42]. Blandt disse forbindelser,flavonoiderhar adskillige repræsentanter med cytotoksiske egenskaber på mange typer af humane cancerceller og mangler eller har formindskede negative virkninger på normale celler [43]. Flavonoider er polyphenoliske forbindelser og repræsenterer en klasse af biologisk aktive sekundære metabolitter i planter med en grundlæggende struktur af diphenylpropan (C6-C3-C6), og som har en lav molekylvægt. De biosyntetiseres fra phenylpropanoid, og chalconer er de første flavonoider, der dannes [44-51]. Den almindelige forløber for flavonoider er phenylalanin, og calciumsyntetase, calciumisomerase og flavan 3 hydrolaser betragtes som nøgleenzymer for deres biosyntese [52-56]. For mange flavonoider danner en bro en pyranisk eller byronisk ring [57]. Afhængigt af den grundlæggende struktur klassificeres disse forbindelser i chalconer, auroner, flavanoner, flavoner, isoflavoner, dihydroflavonoler, flavonoler, leucoanthocvanidiner, anthocyanidiner og flavan-3-oler (figur 1)[58-61].

Basic structure of flavonoids

Den strukturelle mangfoldighed af disse forbindelser stammer fra de kombinerede virkninger af flavonoidbiosynteseenzymer med forskellige katalytiske og specificitetsfunktioner [62]. Kostindtag af flavonoider er forbundet med en reduceret risiko for kroniske sygdomme, såsom hjerte-kar-sygdomme, neurodegenerative sygdomme, astma, autoimmune sygdomme og kræft (især lunge-, prostata-, mave- og brystkræft)[63-71]. Flavonoider er også kendt for at have mange bioaktiviteter, såsom anti-allergisk, anti-inflammatorisk, antibakteriel, anti-kræftfremkaldende, antioxidant, antidiabetisk, antihypertensiv, immunmodulerende, hepatobeskyttende, anti-fedme, hormonel (f.eks. østrogenlignende aktivitet) og anti-aldringsegenskaber[72-85]. Der er talrige undersøgelser, der viser, at flavonoider undertrykker væksten af tumorceller in vitro og in vivo [86]. Naturlige små molekyleforbindelser i en klasse af flavonoider anses for at have bemærkelsesværdige fysiologiske virkninger, har ikke-mutagene egenskaber i den menneskelige krop og har tiltrukket sig stigende interesse for identifikation af nye anticancermidler. Anticancermekanismer af flavonoider inkluderer hæmning af cellevækst og -proliferation ved at blokere cellecyklussen, inducere apoptose og differentiering eller kombinere disse mekanismer [87,88]. Derudover viser epidemiologiske undersøgelser, at naturlige flavonoider har et stærkt antioxidantpotentiale forbundet med en lav forekomst af kræft [89,90]. Antioxidantaktivitet af flavonoider er et resultat af deres evne til at donere hydrogenatomer fra hydroxygrupper til frie radikaler, en mekanisme lettet af udvidet konjugation tildelt af II-elektroner fra flavonoider [91]. Flavonoider er kendt for at have en betydelig antioxidantkapacitet på superoxidanioner, hydroxylradikaler og peroxyradikaler. Derudover er flavonoider mere effektive end ascorbinsyre til at neutralisere frie radikaler produceret af oxidativt stress [92]. I de senere år er flavonoiders anticanceraktivitet, især deres antimetastatiske egenskaber, blevet anerkendt og undersøgt. Deres kliniske potentiale i anticancerterapi er blevet indikeret. For eksempel er LFG-500(C30H32N2O5) et syntetisk flavonoid med anti-inflammatoriske og anti-cancer egenskaber. Denne forbindelse har også antimetastatisk potentiale 93]. Flavonoidernes bioaktiviteter afhænger af deres hydroxyleringsgrad, strukturklasse, art og position af eksisterende substituenter, konjugationer og polymerisationsgrad [94]. Mange diæt-flavonoider er til stede i en glykosidform, hvor et saccharid er bundet til en phenol- eller hydroxygruppe i forbindelsen [95,96]. Strukturen af saccharider er en afgørende faktor for biotilgængeligheden af flavonoider [97]. Flavonoider er i øjeblikket væsentlige komponenter i forskellige farmaceutiske, kosmetiske og medicinske formuleringer [98,99]. Den lave toksicitet af disse forbindelser betragtes som en stor fordel ved denne klasse[100]. I nogle tilfælde er glycosylering af flavonoider ansvarlig for at reducere de toksiske og uønskede virkninger af disse forbindelser [101].

flavonoids antibacterial

Chalconer(13-diphenyl-2-propen-1-on) er en af de vigtigste klasser af flavonoidforbindelser, der findes i frugt, grøntsager og te [102] og repræsenterer biogenetiske forstadier til flavonoider og isoflavonoider [103]. De er lipofile fytokemikalier sammensat af to aromatiske rester (et aldehyd og acetophenon) forbundet af et , -umættet carbonylsystem med tre carbonatomer (figur 2)[102,104].

General structure of chalcones

, er den -umættede carbonylgruppe en god Michael-acceptor og deltager i nukleofile additioner [105]. Chalconer findes i to isomere former (cis og trans), idet transformationen er mere termodynamisk stabil og implicit er den dominerende konfiguration for disse forbindelser (figur 3) [106-108].

Cis and trans isomers of chalcones

Betydningen af disse forbindelser stammer fra deres simple kemi, deres lette syntese og deres evne til at erstatte et stort antal brintatomer og dermed danne et stort antal biologisk aktive derivater [109]. Et vigtigt aspekt relateret til chalconer er disse forbindelsers mulighed for nemt at danne carbon-carbon-, carbon-svovl- og carbon-nitrogenbindinger, idet disse er forstadier til syntesen af forskellige heterocykliske forbindelser, såsom pyrimidiner, pyridiner, benzodiazepiner, pyrazoler, 2-pyrazoliner, imidazoler og alle andre flavonoider|110-114. Isomerisering af chalconer til tilsvarende flavanoner i nærvær af syrer eller baser forklarer vigtigheden af disse forbindelser som ligander (figur 4)[115]. For eksempel har Pandey et al. opnåede 5-nitro-flavanoner ved tilbagesvaling af 2-hydroxychalconer i nærværelse af koncentreret svovlsyre [116].

Cyclization of 2-hydroxy-chalcone to flavanones

På grund af deres fleksible struktur kan chalconer effektivt binde til mange enzymer og receptorer, hvilket forklarer de mange biologiske anvendelser af disse forbindelser [117]. En anden forklaring på de farmakologiske aktiviteter af disse forbindelser er konjugation mellem dobbeltbindingen og carbonylgruppen til stede i strukturen[118]. Bioaktiviteterne af chalconer er afhængige af positionen, antallet og naturen af substituenter på de to aromatiske rester (aldehyd og acetophenon). Data fra litteratur viser, at et stort antal naturlige og syntetiske chalconer er blevet identificeret med kliniske og farmaceutiske anvendelser, disse forbindelser har anticancer, antibakterielle, antivirale, antipyretiske, antihypertensive anti-Alzheimers, anti-inflammatoriske, anti-HIV, antioxidanter, antiulcus, østrogene og neurobeskyttende aktiviteter. Chalconer har evnen til at hæmme -glucosidase, MAO-B (monoaminoxidase), tubulin og tyrosinkinase [118-137]. På den anden side har chalconer under visse forhold oxiderende egenskaber. Denne effekt kan være forbundet med antitumoraktiviteten af disse forbindelser og er baseret på mekanismer såsom øget superoxiddannelse, cellulær glutathiondepletering og phenoxidradikaldannelse. Derudover har tilgængelige undersøgelser vist den målrettede aktivitet af chalconer på adskillige kinaser, mikrotubuli, polyterapi-resistente proteiner og forskellige signalveje forbundet med celleoverlevelse og død[138]. Den interessante struktur af disse forbindelser og forskellige biologiske aktiviteter har ført til godkendelse af nye lægemidler fra chalcone-klassen, såsom metochalcone (et anticoleretisk lægemiddel) og sofalcone (et antiulcus-lægemiddel) (figur 5) [139,140].

Structure of metochalcone and sofalcone

Data fra litteraturen indikerer, at udskiftning af aromatiske rester af chalconer med heterocykler bestemmer dannelsen af molekyler med særlige biologiske egenskaber [141].

Hybride molekyler har evnen til at løse problemet med resistens over for terapi på grund af det faktum, at forskellige farmakoforer har flere virkningsmekanismer. Fordi hybridisering af molekyler er en vigtig metode til at identificere nye terapeutiske midler, er der talrige hybridmolekyler i kliniske forsøg [142]. For eksempel modificerer indførelsen af et nitrogenatom gunstigt molekylernes basicitet og bestemmer muligheden for at danne stærke bindinger med mål. En anden vigtig modificeret egenskab er polaritet, som kan bruges til at reducere lipofil karakter, hvilket forårsager solubilisering i vand og gunstig oral absorption [143].

Det er blevet observeret, at biologisk aktive organiske molekyler med nitrogen i molekyler har gode anti-cancer egenskaber. Blandt molekyler med nitrogen har morpholiner og piperidiner vigtige aktiviteter på forskellige typer kræft[144]. Yadav et al. opnåede triazol-chalconer med signifikant anticancerpotentiale på humane cellelinjer [145]. Eksempler på, hvor introduktionen af en farmakofor er gunstig for forbindelsernes biologiske aktivitet, er nogle hydridchalconer med rester af quinazolin, biphenidat og indol i molekyler. Nydannede molekyler har evnen til at bestemme reversibiliteten af resistens over for terapi i tilfælde af brystkræft [146]. Nitrogensubstituerede benzimidazolchalconer med en alkylrest eller en fem- eller seksleddet heterocyklus har også betydelige cytotoksiske virkninger på brystadenokarcinom (MCF-7) og ovariecarcinom (OVCAR-3). Andre hydridmolekyler med cytotoksisk aktivitet over standarder på humane cellelinjer (MCF-7, MA-PA-Ca2humane pancreascancerceller, A549pulmonal adenokarcinom, HepG2humane cancercellelinjer) er 1,2,3-triazolchalconer. Hybride thiazolforbindelser inducerer apoptose ved at blokere G2/S-fasen af cellecyklussen og reducere mitokondrielt potentiale på MIA-PA-Ca2-cellelinjer i bugspytkirtelkræft[147]. Undersøgelser af virkningsmekanismer for 1,2A-triazol-chalconer viser, at de har evnen til at inducere apoptose ved at øge Bax-proteinniveauer, frigive cytokrom C fra mitokondrier og aktivere caspaser 3, 8 og 9[148]. Formålet med denne artikel er at opsummere information opnået eksperimentelt og i silico om anticanceraktiviteten af nogle naturlige og syntetiske chalconer.

flavonoids anti-inflammatory

2. Claisen-Schmidt Reaktion

Den mest udbredte metode til at opnå syntetiske chalconer er Claisen-Schmidt kondensationsreaktionen (figur 6). Dette er en aldolisering-koloniseringsreaktion mellem acetofenonderivater med aromatiske aldehyder. Reaktionen foregår i stærkt sur eller basisk katalyse under homogene betingelser [149-152].

Claisen–Schmidt reaction

Brugen af et alkalisk medium er mere effektivt til at opnå chalconer [153]. Claisen-Schmidt-kondensation i et basisk medium involverer dannelsen af en acetophenonanion efterfulgt af et angreb af carbonylgruppen af acetophenon[154]. Reaktionen forløber med udbytter mellem 10 procent og 60 procent. Kondensation udføres ved 50 grader, reaktionstiden er 12-15 timer eller en uge ved stuetemperatur [155]. Ulemper ved denne metode er manglende evne til at genvinde katalysator, dannelse af sekundære forbindelser, mangel på selektivitet, lang reaktionstid, ekstreme reaktionsbetingelser og vanskeligheder med at isolere produkter [156]. Nye typer af heterogene katalysatorer (Lewis-syrer, Bronsted-syrer, faste syrer og faste baser) er blevet identificeret til syntese af chalconer med høj selektivitet. Brugen af disse katalysatorer undgår sidereaktioner, såsom Cannizaro-kondensationsreaktionen eller Michael-addition [157]. For at undgå en uforholdsmæssig reaktion af aldehyd blev der desuden gjort et forsøg på at erstatte det med benzylidendiacetat [155]. Andre eksempler på reaktioner til opnåelse af chalconer er Heck-carbonyleringskoblingsreaktionen, Sonogashira-isomerisering og koblingsreaktion, kontinuert flow-deutereringsreaktion, Suzuki-Myaura-koblingsreaktion og syntesereaktion medieret af en fast syrekatalysator [158-160].

cistanche extract