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• 恶性肿瘤严重危害人类健康.据统计, 2018年全球约有960万人死于癌症^[1].乳腺癌是最常见的肿瘤之一, 其中三阴性乳腺癌恶性程度较高^[2].三阴乳腺癌因为缺乏雌激素受体、孕激素受体和人表皮因子受体-2 (HER-2), 对激素治疗或靶向HER2的抗体治疗反应不佳.目前三阴性乳腺癌的治疗手段仍然是手术、化疗、放射治疗, 以化疗为主, 极易复发和转移, 预后较差.

  拓扑异构酶Ⅱ (topoisomerase Ⅱ, Topo Ⅱ)通过催化双链DNA的解旋和重连, 参与复制、转录、染色体重组和分离等重要的细胞过程, 已经成为抗肿瘤药物的重要靶标之一^[3~5].临床上常见的药物有阿霉素、依托泊苷(VP16)、双(2, 6-二噁哌嗪)衍生物ICRF-193和米托蒽醌等(图 1). Topo Ⅱ在人类细胞中有Topo Ⅱα和β两种亚型^[6]. Topo Ⅱβ在正常细胞和肿瘤细胞都有表达, 而且无细胞周期特异性. Topo Ⅱα在无限增殖的细胞中高度表达, 其蛋白水平呈现明显的细胞周期特异性^[7~9].长期使用现有Topo Ⅱα抑制剂类抗肿瘤药可能产生不可忽视的副作用, 包括心脏毒性、继发性恶性肿瘤的发展和多重耐药性^{[10, 11]}.因此, 发现高选择性和高敏感性的新型Topo Ⅱα抑制剂迫在眉睫.

  图 1

  

  图 1.  代表性Topo Ⅱ抑制剂结构

  Figure 1.  Structures of representative Topo Ⅱ inhibitors

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  本课题组前期以天然联三苯为先导化合物, 合成了系列联三苯、萘联苯、苯并呋喃、苯并吡咯和木脂素等骨架拟天然产物, 其中具有萘联苯骨架的6-(3, 4-二羟基苯基)萘酚(CS1)的Topo Ⅱα抑制活性较好^[12]. CS1通过与Topo Ⅱ-DNA形成可切割三元复合物抑制Topo Ⅱα, 是一个新型的Topo Ⅱ毒剂; 还能抑制p-糖蛋白过表达的多药耐药细胞, 有潜在的抗多药耐药活性^[13].

  近几年, 研究者们合成了结构多样的含氮杂环化合物作为Topo Ⅱ抑制剂以对抗恶性肿瘤. Tseng等^[14]设计合成的喹喔啉类化合物, 对多种肿瘤细胞(MDA-MB231, PC-3和Huh-7)有明显的抑制作用(0.45~0.82 μmol·L^－1).除此之外, Khadka等^[15]研究的异喹啉类Topo Ⅱ抑制剂对人乳腺导管癌T47D细胞有显著抑制作用(0.05 μmol·L^－1).喹啉是一类重要的杂环, 被广泛用于新药研发设计.具有代表性且对本文有重要启发意义的是从喜树中分离得到的广谱肿瘤化合物喜树碱[(+)-camptothecin].

  本研究对先导物CS1进行骨架跃迁^[16], 以喹啉环替代其萘环, 以杂环或萘环代替苯环, 设计合成了21个3-芳基-7-羟基喹啉衍生物(Eq. 1), 并筛选了其体外抑制Topo Ⅱα和抑制MDA-MB-231和HeLa细胞增殖的活性.

  (1)

  1.   结果与讨论

  1.1   化合物的合成

  3-甲氧基苯胺(1)与溴马来醛环合得到中间体3-溴-7-甲氧基喹啉(2), 中间体2通过脱甲基反应得到中间体3-溴-7-羟基喹啉(3), 将中间体3与各种取代的芳基硼酸酯反应, 得到目标化合物4a~4u (Scheme 1).测定了目标化合物的熔点, 并通过核磁共振波谱和高分辨质谱分析确证了其结构.

  图式 1

  

  图式 1.  化合物4a~4u的合成路线

  Scheme 1.  Synthesis of compounds 4a~4u

  Reagents and conditions: (ⅰ) 2-bromomalonaldehyde, ethanol, r.t., overnight; ethanoic acid, 100 ℃, reflux, 10 d; (ⅱ) methanesulfonic acid, methionine, 130 ℃, 23 h; (ⅲ) substituted-aryl boronic acid/borate, potassium acetate, PdCl₂(dppf), dioxane, 90 ℃, overnight

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  1.2   体外抑制Topo Ⅱα活性测定

  采用pBR322 DNA松弛实验, 以CS1为阳性对照(200 μmol·L^－1), 评价化合物在200 μmol·L^－1浓度下对Topo Ⅱα的抑制作用. 0.25 μg的超螺旋DNA在1 U Topo Ⅱα的作用下, 由超螺旋型全部变为松弛型.药物溶媒质量分数为1%的二甲基亚砜(DMSO)对Topo Ⅱα介导的DNA松弛作用没有任何影响. CS1显著抑制Topo Ⅱα介导的DNA松弛作用^[17], pBR322 DNA仍然完全保持超螺旋结构; 化合物4r, 4s, 4t和4u在200 μmol·L^－1时能够部分抑制Topo Ⅱα介导的DAN松弛, 化合物4q, 4e, 4j, 4n和4p有潜在的抑制作用(图 2).

  图 2

  

  图 2.  3-芳基-7-甲氧基喹啉体外抑制Topo Ⅱα的活性

  Figure 2.  Inhibitory activity of 3-aryl-7-hydroxyquinolines against DNA topoisomerase Ⅱα in vitro

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  1.3   细胞毒性实验结果

  以CS1和VP16为阳性对照, 采用噻唑蓝(MTT)法检测体外实验中抑制Topo Ⅱα的9个化合物对人三阴乳腺癌MDA-MB-231和人宫颈癌HeLa细胞的生长抑制作用.结果表明, 大部分化合物表现出中等至强活性(表 1).其中, 4j对HeLa细胞毒性最强, IC₅₀＝0.8 μmol·L^－1; 4e对MDA-MB-231和HeLa细胞均有明显毒性, IC₅₀值分别为1.1和4.2 μmol·L^－1.

  表 1

  

  表 1  抑制Topo Ⅱα的化合物对人乳腺癌MDA-MB-231和人宫颈癌HeLa细胞的生长抑制作用[IC₅₀/(μmol·L^－1)]

  Table 1.  Inhibitory activity of the anti-Topo Ⅱα compounds against the human triple negative breast cancer MDA-MB-231 cells and human cervical cancer HeLa cells

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  Compd.	MDA-MB-231	HeLa
  4e	1.1	4.2
  4j	7.3	0.8
  4n	10.6	25.3
  4p	9.0	13.7
  4q 4r	11.4 20.5	17.1 15.9
  4s	16.7	＞50
  4t	＞50	5.2
  4u	18.4	＞50
  CS1	3.8	2.5
  VP16	2.7	2.1

  1.4   讨论

  本课题组前期设计合成了一系列6-芳基-2-甲氧基喹啉衍生物, 整体抗肿瘤活性效果一般, 其中活性最好的化合物对MDA-MB-231的IC₅₀仅为9.9 μmol·L^－1[18], 我们猜想可能是由于未脱甲基所致.基于以上考虑, 本研究设计合成了一系列3-芳基-7-羟基喹啉衍生物. 21个化合物中9个对Topo Ⅱα有抑制作用, 其中4r, 4s, 4t和4u的抑制作用强于阳性对照CS1(图 2). 4r和4s相比于4a~4s, 无论是苯环上的单取代还是多取代, 引入吸电子基团对Topo Ⅱα的抑制作用加强.对于4u和4t, 在喹啉的3位引入萘环对Topo Ⅱα有潜在抑制作用, 在萘环6-位引入甲氧基, 活性明显加强. 9个代表性化合物中, 4e, 4j和4t对人宫颈癌HeLa细胞有较好的细胞毒性, 化合物4e, 4j和4p对人三阴乳腺癌MDA-MB-231细胞有较好的毒性, 其中4e对MDA-MB-231细胞毒性最强, 4j对HeLa细胞毒性最强(表 1). Topo Ⅱα抑制实验和体外抗肿瘤细胞增殖活性结果可以看出, 对Topo Ⅱα抑制活性较好的化合物4t, 同时对HeLa细胞有显著的细胞毒活性, 而对Topo Ⅱα抑制活性较弱的化合物4e和4j却具有较强的细胞毒性, 说明这些化合物在细胞内可能还有其它作用靶点, 与Topo Ⅱα协同作用, 具有进一步探究的价值.

  2.   结论

  以7-羟基喹啉为母核, 在其3-位引入不同取代的芳基, 包括取代苯基、氮硫杂环和萘环等, 合成了21个3-芳基-7-羟基喹啉类衍生物, 其中18个化合物未见文献报道.虽然化合物4a, 4d和4e的合成已有文献报道, 但其制备方法与本文不同, 抗肿瘤活性评价未见文献报道^{[19, 20]}.体外pBR322 DNA松弛实验结果显示, 化合物4r, 4s, 4t和4u在200 μmol/L时能够部分抑制Topo Ⅱα介导的DAN松弛, 化合物4q, 4e, 4j, 4n和4p有潜在抑制作用; 体外人乳腺癌MDA-MB-231细胞和人宫颈癌HeLa细胞生长抑制实验表明, 3-(2, 4-二甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4j)对HeLa有明显细胞毒性(IC₅₀＝0.8 μmol· L^－1), 3-(4-羟基苯基)-7-羟基喹啉(4e)对MDA-MB-231 (IC₅₀＝1.1 μmol·L^－1)和HeLa均有明显细胞毒性(IC₅₀＝4.2 μmol·L^－1), 为研发新型Topo Ⅱα抑制剂提供了新方向, 对肿瘤的预防和治疗有重要借鉴意义.

  3.   实验部分

  3.1   仪器与试剂

  柱色谱使用200~300目硅胶购自青岛海洋化工厂; 核磁共振仪为Brucker Avance-400型, TMS为内参; 质谱仪为LTQ-Orbitrap XL型(Thermo Fisher), 离子源采用电喷雾离子化(ESI); 熔点用X4型显微熔点仪测定(温度未校正); ChemDoc XRS⁺凝胶成像仪(美国Bio-Rad公司); 薄层色谱使用Silica Gel GF254 (购自青岛海洋化工厂).所有试剂均为国产或进口分析纯, 无水溶剂用常规方法干燥处理.

  3.2   化学合成

  3.2.1   中间体2的制备

  称取溴马来醛(8.40 g, 55.6 mmol)溶解至250 mL圆底烧瓶中的乙醇(90 mL)中, 再加入3-甲氧基苯胺(7.8 mL, 46.0 mmol).混合物于室温搅拌过夜后, 加入乙酸(60 mL), 然后于100 ℃回流10 d, 薄层色谱(TLC)监控反应进程.反应完成后, 冷却至室温, 减压蒸除溶剂, 加适量水, 用等体积乙酸乙酯萃取3次, 合并有机相, 饱和食盐水洗3遍, 无水硫酸钠干燥.粗产物经硅胶柱层析分离, 石油醚-乙酸乙酯(V:V＝120:1)洗脱得到3-溴-7-甲氧基喹啉(2), 白色粉末, 收率19.8%. m.p. 164~165 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 8.85 (d, J＝2.4 Hz, 1H, H-2), 8.60 (d, J＝2.3 Hz, 1H, H-4), 7.86 (d, J＝9.0 Hz, 1H, H-5), 7.39 (d, J＝2.5 Hz, 1H, H-8), 7.31 (dd, J＝9.0, 2.5 Hz, 1H, H-6), 3.92 (s, 3H, MeO-7); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 160.6 (C-2), 150.9 (C-9), 147.6 (C-7), 137.0 (C-4), 128.6 (C-5), 124.1 (C-10), 120.5 (C-6), 114.0 (C-3), 107.2 (C-8), 55.6 (MeO-7); HR-ESI-MS calcd for C₁₀H₁₀BrNO [M+H]⁺ 237.9868, found 237.9864.

  3.2.2   中间体3的制备

  将化合物2 (119 mg, 0.5 mmol, 1.0 equiv.)和甲硫氨酸(596 mg, 4.0 mmol, 4.0 equiv.)混悬于的甲磺酸(10 mL)中, 氩气保护.反应液于130 ℃搅拌23 h, TLC检测反应进程.反应完成后, 冷却至室温, 加入大量的水, 乙酸乙酯萃取(25 mL×3).合并有机层, 无水硫酸钠干燥、过滤后蒸干, 粗产物经硅胶柱层析分离, 石油醚-乙酸乙酯(V:V＝2:1)洗脱得到3-溴-7-羟基喹啉(3), 黄色粉末, 收率47.7%. m.p. 198~200 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.36 (s, 1H, HO-7), 8.77 (d, J＝2.4 Hz, 1H, H-4), 8.54 (d, J＝2.3 Hz, 1H, H-2), 7.81 (d, J＝8.7 Hz, 1H, H-5), 7.24 (d, J＝2.3 Hz, 1H, H-5), 7.22 (dd, J＝8.7, 2.4 Hz, 1H, H-6); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.0 (C-7), 150.8 (C-2), 147.6 (C-9), 137.0 (C-4), 128.8 (C-5), 123.2 (C-10), 120.5 (C-6), 113.0 (C-3), 109.9 (C-8); HR-ESI-MS calcd for C₉H₈BrNO [M+H]⁺ 223.9711, found 223.9707.

  3.2.3   化合物4a~4u的制备

  以4a的合成为例, 将化合物3 (112 mg, 0.5 mmol, 1.0 equiv.)、苯硼酸(91 mg, 0.75 mmol, 1.5 equiv.)、碳酸铯(489 mg, 1.5 mmol, 3 equiv.)和PdCl₂(dppf) (41 mg, 0.05 mmol, 0.1 equiv.)混悬于二氧六环(10 mL)中, 氩气保护.反应液于90 ℃搅拌反应过夜, TLC检测反应进程.反应完全后, 冷却至室温, 加入大量的水, 乙酸乙酯萃取3次(25 mL×3).合并有机层, 无水硫酸钠干燥、过滤后蒸干, 粗产物经硅胶柱层析分离, 石油醚-乙酸乙酯(V:V＝4:1)洗脱得到3-苯基-7-羟基喹啉(4a), 黄色粉末, 收率61.8%. m.p. 248~250 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.22 (s, 1H, HO-7), 9.09 (d, J＝2.3 Hz, 1H, H-2), 8.49 (d, J＝2.1 Hz, 1H, H-4), 7.90 (d, J＝8.8 Hz, 1H, H-5), 7.82 (d, J＝7.5 Hz, 2H, H-2', H-6'), 7.53 (t, J＝7.6 Hz, 2H, H-3', H-5'), 7.42 (t, J＝7.4 Hz, 1H, H-4'), 7.27 (d, J＝2.1 Hz, 1H, H-8), 7.20 (dd, J＝8.8, 2.3 Hz, 1H, H-6); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.6 (C-7), 149.3 (C-2), 148.6 (C-9), 137.5 (C-1'), 132.6 (C-4), 130.0 (C-5), 129.7 (C-3), 129.1 (C-10), 127.6 (C-3'), 126.8 (C-2'), 119.7 (C-6), 109.7 (C-8); HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₃NO [M+H]⁺ 222.0919, found 222.0912.

  3-(2-氨基苯基)-7-羟基喹啉(4b):黄色粉末, 收率49.5%. m.p. 242~244 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.14 (s, 1H), 8.77 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 8.22 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 7.84 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.27 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.18 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 7.09 (t, J＝7.4 Hz, 2H), 6.80 (d, J＝8.0 Hz, 1H), 6.67 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 4.97 (s, 2H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.4, 151.1, 148.2, 145.8, 134.6, 130.5, 129.8, 129.4, 128.6, 122.6, 122.0, 119.3, 116.8, 115.4, 109.7; HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₃N₂O [M+H]⁺ 237.1028, found 237.1025.

  3-(3-氨基苯基)-7-羟基喹啉(4c):黄色粉末, 收率62.2%. m.p. 243~245 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.19 (s, 1H), 8.98 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.35 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 7.88 (d, J＝8.9 Hz, 1H), 7.26 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.22~7.11 (m, 2H), 6.96 (t, J＝2.0 Hz, 1H), 6.91 (d, J＝7.5 Hz, 1H), 6.61 (dd, J＝8.0, 2.1 Hz, 1H), 5.28 (s, 2H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.5, 149.3, 149.2, 148.5, 138.0, 132.2, 130.8, 129.6, 129.6, 122.0, 119.6, 114.4, 113.4, 112.0, 109.7; HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₃N₂O [M+H]⁺ 237.1028, found 237.1025.

  3-(4-氨基苯基)-7-羟基喹啉(4d):黄色粉末, 收率54.8%. m.p. 232~234 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.08 (s, 1H), 9.01 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.30 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.83 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.52 (d, J＝8.2 Hz, 2H), 7.24 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.16 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 6.72 (s, 1H), 6.70 (s, 1H), 5.33 (s, 2H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 157.8, 149.0, 148.6, 147.7, 130.6, 130.2, 129.2, 127.3, 124.4, 122.2, 119.4, 114.4, 109.8; HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₃N₂O [M+H]⁺ 237.1028, found 237.1025.

  3-(4-羟基苯基)-7-羟基喹啉(4e):黄色粉末, 收率34.8%. m.p. 214~216 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.12 (s, 1H), 9.62 (s, 1H), 9.02 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.35 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.84 (d, J＝8.9 Hz, 1H), 7.63 (d, J＝8.2 Hz, 2H), 7.25 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.17 (dd, J＝8.8, 2.3 Hz, 1H), 6.91 (d, J＝8.3 Hz, 2H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.1, 157.3, 149.1, 148.1, 131.2, 130.1, 129.3, 128.5, 128.1, 127.9, 122.05, 119.5, 115.9, 109.7; HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₂NO₂ [M+H]⁺ 238.0868, found 238.0865.

  3-(4-羟甲基苯基)-7-羟基喹啉(4f):黄色粉末, 收率45.5%. m.p. 256~258 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.20 (s, 1H), 9.08 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.48 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.89 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.78 (d, J＝7.9 Hz, 2H), 7.46 (d, J＝7.9 Hz, 2H), 7.27 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.20 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 5.25 (t, J＝5.7 Hz, 1H), 4.57 (d, J＝5.7 Hz, 2H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 152.2, 149.3, 148.6, 145.9, 142.1, 135.8, 132.3, 129.6, 127.2, 126.4, 122.0, 119.7, 109.7, 62.6; HR-ESI-MS calcd for C₁₆H₁₄NO₂ [M+H]⁺ 252.1025, found 252.1019.

  3-(2-甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4g):黄色晶体, 收率40.8%. m.p. 213~215 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.18 (s, 1H), 8.88 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 8.27 (d, J＝2.1 Hz, 1H), 7.87 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.44 (ddd, J＝15.2, 7.5, 1.7 Hz, 2H), 7.28 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.19 (dd, J＝8.7, 2.5 Hz, 2H), 7.11 (t, J＝7.4 Hz, 1H), 3.82 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.5, 156.4, 151.4, 148.1, 134.9, 130.6, 129.5, 129.4, 128.3, 126.8, 121.8, 121.0, 119.3, 111.8, 109.7, 55.6; HR-ESI-MS calcd for C₁₆H₁₄NO₂ [M+H]⁺ 252.1025, found 252.1019.

  3-(3-甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4h):黄色粉末, 收率91.0%. m.p. 201~203 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.24 (s, 1H), 9.09 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.50 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.89 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.44 (t, J＝7.8 Hz, 1H), 7.40~7.31 (m, 2H), 7.27 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.20 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 6.98 (dd, J＝8.3, 2.4 Hz, 1H), 3.86 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.9, 158.7, 149.4, 148.7, 138.9, 132.8, 130.2, 129.8, 129.7, 121.9, 119.7, 119.1, 113.3, 112.2, 109.8, 55.2; HR-ESI-MS calcd for C₁₆H₁₄NO₂ [M+H]⁺252.1025, found 252.1022.

  3-(4-甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4i):黄色粉末, 收率56.8%. m.p. 239~241 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.16 (s, 1H), 9.05 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.41 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.86 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.81~7.70 (m, 2H), 7.26 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 7.18 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 7.13~7.01 (m, 2H), 3.82 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.1, 158.3, 149.2, 148.3, 131.7, 129.8, 129.7, 129.5, 127.9, 122.0, 119.6, 114.6, 109.7, 55.2; HR-ESI-MS calcd for C₁₆H₁₄NO₂ [M+H]⁺ 252.1025, found 252.1021.

  3-(2, 4-二甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4j):黄色粉末, 收率96.5%. m.p. 211~213 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.11 (s, 1H), 8.82 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 8.19 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 7.82 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.36 (d, J＝8.3 Hz, 1H), 7.24 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.16 (dd, J＝8.7, 2.4 Hz, 1H), 6.72 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 6.67 (dd, J＝8.3, 2.4 Hz, 1H), 3.83 (s, 3H), 3.80 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 160.5, 158.2, 157.4, 151.5, 147.8, 134.4, 131.1, 129.3, 128.2, 121.9, 119.4, 119.2, 109.7, 105.6, 99.0, 55.7, 55.4; HR-ESI-MS calcd for C₁₇H₁₆NO₃ [M+ H]⁺ 282.1130, found 282.1130.

  3-(2, 6-二甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4k):黄色粉末, 收率66.7%. m.p. 249~250 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.12 (s, 1H), 8.55 (d, J＝1.9 Hz, 1H), 8.08~8.02 (m, 1H), 7.80 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.38 (d, J＝8.4 Hz, 1H), 7.27~7.23 (m, 1H), 7.15 (dd, J＝8.7, 2.2 Hz, 1H), 6.80 (d, J＝8.4 Hz, 2H), 3.70 (s, 6H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.3, 157.4, 152.6, 147.9, 136.6, 129.9, 129.6, 129.2, 124.3, 121.8, 119.0, 115.3, 109.8, 106.1, 104.4, 55.8, 55.1; HR-ESI-MS calcd for C₁₇H₁₆NO₃ [M+H]⁺ 282.1130, found 282.1125.

  3-(3, 4-二甲氧基苯基)-7-羟基喹啉(4l):白色粉末, 收率35.5%. m.p. 240~241 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.16 (s, 1H), 9.09 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.45 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.86 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.38 (d, J＝2.1 Hz, 1H), 7.35 (dd, J＝8.3, 2.1 Hz, 1H), 7.26 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 7.18 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 7.09 (d, J＝8.3 Hz, 1H), 3.88 (s, 3H), 3.81 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.3, 150.4, 150.3, 149.7, 149.3, 132.8, 131.1, 131.0, 130.5, 123.0, 120.6, 120.0, 113.4, 111.5, 110.8, 56.7, 56.6; HR-ESI-MS calcd for C₁₇H₁₆NO₃ [M+ H]⁺ 282.1130, found 282.1126.

  3-(噻吩-2-基)-7-羟基喹啉(4m):黄色针晶, 收率59.0%. m.p. 208~210 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.25 (s, 1H), 9.10 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.43 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 7.88 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.68 (d, J＝3.5 Hz, 1H), 7.62 (d, J＝5.1 Hz, 1H), 7.25 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 7.21 (d, J＝4.3 Hz, 1H), 7.19 (dd, J＝6.6, 2.3 Hz, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.7, 148.5, 148.1, 140.5, 130.8, 129.5, 128.6, 126.1, 124.3, 124.2, 121.8, 120.0, 110.0; HR-ESI-MS calcd for C₁₃H₁₀NOS [M+H]⁺ 228.0483, found 228.0477.

  3-(噻吩-3-基)-7-羟基喹啉(4n):黄色粉末, 收率89.1%. m.p. 210~212 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 9.16~9.07 (m, 1H), 8.49~8.40 (m, 1H), 8.07~8.00 (m, 1H), 7.79 (t, J＝8.1 Hz, 1H), 7.71 (s, 1H), 7.71 (s, 1H), 7.64~7.41 (m, 1H), 7.20 (d, J＝10.4 Hz, 1H), 7.17 (s, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 149.5, 149.4, 139.4, 139.3, 131.8, 129.7, 128.9, 127.9, 126.5, 125.5, 121.4, 120.9, 110.4; HR-ESI-MS calcd for C₁₃H₁₀NOS [M+H]⁺ 228.0483, found 228.0480.

  3-(嘧啶-5-基)-7-羟基喹啉(4o):黄色粉末, 收率64.5%. m.p. 237~239 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.38 (s, 1H), 9.30 (s, 2H), 9.23 (s, 1H), 9.19 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 8.70 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.90 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.30 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.25 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.3, 157.3, 154.8, 149.5, 149.2, 148.8, 133.6, 131.1, 129.9, 123.9, 121.7, 120.1, 109.8; HR-ESI-MS calcd for C₁₃H₁₀N₂O [M+H]⁺ 224.0824, found 228.0817.

  3-(3-硝基苯基)-7-羟基喹啉(4p):黄色粉末, 收率84.5%. m.p. 261~263 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.34 (s, 1H), 9.18 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.69 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.63 (d, J＝2.1 Hz, 1H), 8.32 (d, J＝7.8 Hz, 1H), 8.26 (dd, J＝8.2, 2.2 Hz, 1H), 7.94 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.82 (t, J＝8.0 Hz, 1H), 7.30 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.24 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.2, 149.1, 149.1, 148.6, 139.2, 133.6, 133.3, 130.6, 130.0, 127.7, 122.3, 121.7, 121.2, 120.0, 109.8; HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₁N₂O₃ [M+H]⁺ 267.0770, found 267.0764.

  4-(7-羟基喹啉-3-基)-2-苯甲酸甲酯(4q):黄色粉末, 收率51.7%. m.p. 213~215 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.43 (s, 1H), 9.21 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.75 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.52 (d, J＝1.8 Hz, 1H), 8.32 (dd, J＝8.2, 1.8 Hz, 1H), 8.03 (d, J＝8.1 Hz, 1H), 7.93 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.30 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.25 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H), 3.89 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 164.6, 159.6, 149.4, 148.9, 142.2, 134.1, 130.9, 130.6, 130.2, 126.6, 123.8, 121.7, 121.6, 120.2, 109.8, 53.2; HR-ESI-MS calcd for C₁₇H₁₃N₂O₅ [M+H]⁺ 325.0824, found 325.0818.

  3-(3, 5-二三氟甲基苯基)-7-羟基喹啉(4r):白色粉末, 收率44.8%. m.p. 200~202 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.38 (s, 1H), 9.25 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.78 (d, J＝2.4 Hz, 1H), 8.54 (s, 2H), 8.13 (s, 1H), 7.94 (d, J＝8.9 Hz, 1H), 7.31 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.25 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.4, 149.3, 149.2, 140.3, 134.2, 131.1 (J＝32.7 Hz), 130.6, 130.1, 127.5, 127.5, 126.9, 123.4 (J＝271.4 Hz), 120.9~122.4 (m), 120.0, 109.8; HR-ESI-MS calcd for C₁₇H₁₀F₆NO [M+H]⁺ 358.0667, found 358.0662.

  3-(2, 4-二氯苯基)-7-羟基喹啉(4s):黄色粉末, 收率42.7%. m.p. 231~233 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.37 (d, J＝5.0 Hz, 1H), 8.80 (s, 1H), 8.32 (s, 1H), 7.91 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.86~7.79 (m, 1H), 7.62 (d, J＝8.3 Hz, 1H), 7.60 (d, J＝1.6 Hz, 1H), 7.30 (s, 1H), 7.23 (dd, J＝8.8, 1.9 Hz, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 159.3, 150.4, 148.5, 135.9, 133.4, 133.1, 132.9, 129.8, 129.4, 127.9, 127.8, 121.4, 119.9, 109.7; HR-ESI-MS calcd for C₁₅H₁₀Cl₂NO [M+H]⁺ 290.0139, found 290.0139.

  3-(1-萘基)-7-羟基喹啉(4t):白色粉末, 收率45.0%. m.p. 244~245 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.26 (s, 1H), 8.85 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 8.35 (d, J＝2.2 Hz, 1H), 8.04 (t, J＝9.3 Hz, 2H), 7.92 (d, J＝8.8 Hz, 1H), 7.82 (d, J＝8.3 Hz, 1H), 7.64 (t, J＝7.6 Hz, 1H), 7.58 (td, J＝7.4, 6.9, 1.3 Hz, 2H), 7.53 (ddd, J＝8.2, 6.8, 1.4 Hz, 1H), 7.35 (d, J＝2.3 Hz, 1H), 7.24 (dd, J＝8.8, 2.4 Hz, 1H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.8, 151.4, 148.6, 136.3, 135.9, 133.5, 131.1, 129.9, 129.6, 128.5, 128.1, 127.7, 126.8, 126.1, 125.7, 125.0, 121.7, 119.8, 109.8; HR-ESI-MS calcd for C₁₉H₁₄NO [M+H]⁺ 272.1075, found 272.1069.

  3-(6-甲氧基萘-2-基)-7-羟基喹啉(4u):黄色粉末, 收率31.3%. m.p. 215~217 ℃; ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d₆) δ: 10.22 (s, 1H), 9.23 (s, 1H), 8.60 (s, 1H), 8.33 (s, 1H), 8.04~7.84 (m, 4H), 7.38 (s, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.25~7.18 (m, 2H), 3.91 (s, 3H); ¹³C NMR (100 MHz, DMSO-d₆) δ: 158.6, 157.5, 149.4, 148.5, 137.8, 133.6, 132.4, 129.9, 129.7, 129.6, 128.8, 127.6, 125.3, 125.2, 122.1, 119.7, 119.1, 109.8, 105.8, 55.2; HR-ESI-MS calcd for C₂₀H₁₆NO₂ [M+H]⁺ 302.1181, found 302.1177.

  3.3   化合物体外抑制Topo Ⅱα试验

  采用超螺旋DNA (pBR322)松弛实验检测化合物对DNA拓扑异构酶Topo Ⅱα活性的影响.实验方法详细过程见参考文献[12, 17, 21].在20 μL的反应体系中加入2 μL 10×反应缓冲液(500 mmol·L^－1 NaCl, 500 mmol·L^－1 KCl, 50 mmol·L^－1 MgCl₂, 150 μg·mL^－1牛血清白蛋白(BSA), 1 mmol·L^－1乙二胺四乙酸(EDTA), 10 mmol·L^－1三磷酸腺苷(ATP) 100 mmol·L^－1, Tris-HCl pH 7.9)、0.25 μg超螺旋DNA (pBR322 DNA)、1 μL不同浓度的待测化合物或者阳性对照CS1, 加蒸馏水至19 μL, 最后加入1 μL Topo Ⅱα(稀释至1 unit·μL^－1), 37 ℃反应30 min.然后加1 μL体积分数10% SDS终止反应, 体积分数0.8%琼脂糖凝胶、1×TAE缓冲液、4 V/cm室温条件下电泳1 h.电泳完毕, 0.5 μg·mL^－1溴化乙锭(EB)避光染色20 min, 去离子水漂洗20 min, 然后用Bio-Rad凝胶成像系统拍照观察.

  3.4   体外抗肿瘤活性试验

  体外抗肿瘤活性测定采用MTT法, 具体实验方法和实验数据处理方法见相应参考文献[22, 23].体外抗肿瘤活性测定以CS1和VP16为阳性对照. MDA-MB-231细胞和HeLa细胞分别接种于含完全培养基的96孔细胞培养板中, 每孔细胞密度为3×10³个/孔. 37 ℃恒温培养12 h后, 各孔分别加入不同浓度的目标化合物. 37 ℃, 体积分数5%的CO₂培养箱继续恒温培养72 h后, 每孔加入5 mg·mL^－1 3-(4, 5-二甲基-2-噻唑)-2, 5-二苯基四氮唑溴化物(MTT)溶液, 继续培养4 h, 移除培养基和MTT.加入200 μL二甲基亚砜(DMSO)溶解结晶.用酶标仪(Bio-Rad680, USA) OD_{570 nm}处测量各孔的吸光值并计算抑制率. MDA-MB-231细胞和HeLa细胞抑制率用IC₅₀表示.

  辅助材料(Supporting Information)   中间体2、3和化合物4a~4u的¹H NMR和¹³C NMR谱图.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.

  
  
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  图 1  代表性Topo Ⅱ抑制剂结构

  Figure 1  Structures of representative Topo Ⅱ inhibitors

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  图式 1  化合物4a~4u的合成路线

  Scheme 1  Synthesis of compounds 4a~4u

  Reagents and conditions: (ⅰ) 2-bromomalonaldehyde, ethanol, r.t., overnight; ethanoic acid, 100 ℃, reflux, 10 d; (ⅱ) methanesulfonic acid, methionine, 130 ℃, 23 h; (ⅲ) substituted-aryl boronic acid/borate, potassium acetate, PdCl₂(dppf), dioxane, 90 ℃, overnight

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  图 2  3-芳基-7-甲氧基喹啉体外抑制Topo Ⅱα的活性

  Figure 2  Inhibitory activity of 3-aryl-7-hydroxyquinolines against DNA topoisomerase Ⅱα in vitro

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  表 1  抑制Topo Ⅱα的化合物对人乳腺癌MDA-MB-231和人宫颈癌HeLa细胞的生长抑制作用[IC₅₀/(μmol·L^－1)]

  Table 1.  Inhibitory activity of the anti-Topo Ⅱα compounds against the human triple negative breast cancer MDA-MB-231 cells and human cervical cancer HeLa cells

  Compd.	MDA-MB-231	HeLa
  4e	1.1	4.2
  4j	7.3	0.8
  4n	10.6	25.3
  4p	9.0	13.7
  4q 4r	11.4 20.5	17.1 15.9
  4s	16.7	＞50
  4t	＞50	5.2
  4u	18.4	＞50
  CS1	3.8	2.5
  VP16	2.7	2.1

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