文章介绍

　　本文中，作者从骆驼蓬的根分离得到2个非双芳基轴β-咔啉-喹唑啉二聚体pegaharmols A(1)和B (2)，利用光谱方法对其结构进行了表征。通过核磁共振和电子圆二色性实验数据与量子力学计算数据的对比，建立了立体化学模型。首次发现C-8位的碳喹啉与vasicine在C-9位成键。化合物1对HL-60和A549细胞系具有中度的细胞毒活性。

　　过去十年来，癌症一直是全球死亡的主要原因。天然产物是抗肿瘤药的重要来源，由于其独特的结构和显著的细胞毒性，引起了药物化学家和药理学家的更多关注。尤其是近年来β-咔啉和喹唑啉成为了众多抗肿瘤药物研发和医学研究人员的热点之一。FDA于2020年批准了lurbinectin（一种β-咔啉衍生物）用于治疗转移性小细胞肺癌患者。

　　Peganum harmala L.是蒺藜科的一员，是一种多年生草本植物，广泛分布于亚洲，非洲和地中海地区的半干旱土地和沙漠中，其整株已用做治疗癌症，肿胀，类风湿关节炎和其他人类疾病。其多样的生物活性由于富含生物碱以及β-咔啉和喹唑啉的骨架。在对该植物根部持续研究中，获得了两个前所未有的β-咔啉-vasicine杂种二聚体（1-2，图1）化合物1-2具有芳基单元和非芳基单元之间的轴向手性。本文介绍了二聚体（1-2）的分离，结构确定和生物合成假说以及对化合物1的细胞毒性评估。

图1

　　Pegaharmol A (1)为浅黄色的固体，高分辨质谱显示其分子式为C26H21N7O2，不饱和度为20。1H和13C NMR（表1）显示7,8-双取代的胭脂氨酸基序包括六个芳香族质子[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)]。显示酚羟基[δH9.66 (7-OH)], NH信号[δH10.60 (9-NH)]和15个SP2杂化的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′)。出现了类似v a s i c i n e结构，包含两种亚甲基[δH3.28（H1″α），2.76（H-1″β），1.77（H-2″α）和2.10（H-2″β）]，两种次甲基[δH4.64（H-3″）和6.84（H-9″）]，一个脂肪族羟基峰[δH5.63（3″ -OH）]，一个1,2-二取代苯[δH7.12（ H-5″，6″）和6.90（H-7″，8″）]] 以及七个芳族碳[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）]和四个脂肪族碳[70.2（C-3″）,50.5（C-9″），45.1（C-1″）和29.2（ C-2”）]。如图2所示，通过COSY，HSQC和HMBC实验确认了两部分的结构。HMBC光谱检查显示H-9''（δH6.84）与C-7（δC155.1）/ C-8（δC112.1）/ C-8a（δC139.4）之间的关键相互作用，表明通过C-8 / C-9“单键实现胭脂氨酸和vasicine的结合，并确定了1的平面结构。

表1

图2

　　化合物1的结构中有两个手性碳（C-9”和C-3”）。在B3LYP / 6-31G（d）能级下，作为二面角C7-C8-C9''-N10''的函数的能量扫描显示有两个能量最小值（1-I和1-II）和一个能垒最高为40千卡 / mol。如此高的能量势垒远高于键可自由旋转约20千卡/ mol阈值，这表明了化合物1有阻转异构。利用核磁共振（NMR）和电子圆二色谱（ECD）的量子力学计算来确定化合物1的绝对构型。NOESY交叉峰（图2）显示了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）之间的显著相关性，表明H-1''β和H-3''位于相同的面，而7-OH，H-1''α和H-9''位于异面。因此，明确了1的相对构型。为了进一步确定1的相对构型，在mPW1PW91 / 6-311 + G（d，p）// B3LYP / 6-31G（d）能级上进行了两种可能的异构体1a和1b（图3）的GIAO（与量规无关的原子轨道）NMR计算。实验和计算的13 C NMR数据之间的线性相关系数（R2）表明1b是最可能的相对构型。为了进一步区分1a和1b，对实验数据和计算的1H和13C NMR数据进行了DP4 +统计分析（图S4）。结果，1b的DP4 +概率为100％，表明（P *）3″ S *，9″ S * -1b是化合物1最可能的相对构型。

图3

　　接下来，通过比较实验ECD数据和在B3LYP / 6311G ++（2d，p）/下计算出的ECD光谱，确定1的绝对构型为[（P）-3″ S，9″ S] -1。B3LYP / 6-31G（d）水平（图4）。

图4

　　Pegaharmol B (2)为淡黄色的固体，用高分辨质谱观察到m / z 464.1829 [M + H] +。化合物2的1H和13C NMR数据（表1）与1相似，表明在2中存在一个7,8-取代的胭脂红素基序和一个类似苦瓜碱的基团，进一步由2的HSQC，COSY和HMBC数据确定。通过对2的HMBC光谱进行详细分析（图S16），H-9''（δH6.87）和C-8（δC111.9）/ C-8a（δC140.5）之间的显著相关性显示了annomontine部分和vasicine部分通过C-8 / C-9''单键连接。因此，2具有与1相同的平面框架。借助NOESY光谱，H-1''α（δH3.22）和H-3''（δH4.65）/ H-9''（δH6.87）之间的交叉峰,H-9''和9-NH（δH10.52）表明9-NH，H-1''α，H-3''和H9''处于相同的方向。因此，将2的相对构型指定为（P *）-3″ S *，9″ R * -2a。通过实验数据和ECD计算出的数据进行比较，将其绝对构型明确阐明为[（M）3″ R，9″ S] 。

路径1

　　提出了有关pegaharmols A B（1-2）的假定生物合成途径（路径1）。据预测，关键中间体I（7羟基腺嘌呤）是通过Mannich / Pictet-Spengler型反应与色胺和2-氨基嘧啶醛合成的，而且有可能转化为自由基中间体I-1。先前已经报道了中间体II（血管生成素）的形成，随后很容易将其转化为自由基中间体II-1。将前述的自由基中间体I-1和II-1偶联以产生中间体III；然后，通过互变异构生成了pegaharmols A-B。此外，发现当C-3″为S构型即化合物1时产生P-螺旋性，而在2中发生相反的现象。也许偶联反应是选择性的。

　　测量了Pegaharmol A（1）对四种人类癌细胞系HL-60，A549，MDA-MB231和DU145的细胞毒活性。化合物1显示了对HL60和A549细胞的中等细胞毒性，IC50值分别为39.02和55.69μM，并且在MDA-MB-231和DU145细胞中无活性（IC50值> 100μM）。在最近的文献中，在阻转异构化合物的药理活性方面存在重大分歧。由于pegaharmol B（2）的量很少，因此未检查其细胞毒性。

　　综上所述，从Pegasum harmala的根中获得了pegaharmols A和B，并对其结构进行了彻底确定。它们代表了一类新的β-咔啉-喹唑啉二聚体，该二聚体通过β-咔啉的C-8和喹唑啉的C-4连接，具有特征性的轴向手性。提出了这些分子与自由基反应有关的推测生物合成途径。表现出新颖结构并具有适度的细胞毒性的分离株（1）可能为增强β-咔啉的结构修饰的想法，从而提供了药物化学家的抗肿瘤候选药物。

　　骆驼蓬的根(13.0公斤)用95%乙醇回流提取(3 h´100 L)。将乙醇提取物浓缩，得到13 L浓缩溶液，用5%的HCl溶液酸化至pH2。酸性混合物部分 CH2Cl2 (4´13 L)处理，标记为A (200.0 g),水溶性的部分用3 mol / L氢氧化钠溶液碱化至pH9,其次以CH2Cl2 (4´13 L)提取标记为B(90.0 g)。B部分通过柱色谱处理(CC, 5.5´42厘米, i.d ´L)流动相为 CH2Cl2-MeOH(100:0®0:100,v / v)梯度洗脱，得到10个组分(Fr. A-J)。Fr.F (26.0 g)是由ODS柱色谱(4.0´7.5厘米,i.d´L)流动相为MeOH-H2O(20:80®100:0,v/v)梯度洗脱得到6个组分(Fr. F1-Fr. F6) Fr.F4 (10.0 g)在ODS色谱柱(4.0´9.5厘米, i.d´L)流动相为MeOH-H2O(20:80®100:0,v/v)梯度洗脱得到6个组分 (Fr F4.1-Fr.F4.6)。Fr.F4.6 (2.0 g)分离通过MCI 柱色谱(3.6´8.5厘米, i.d´L)流动相为 MeOH-H2O (70:30, v / v)，随后用YMC-Triart C18柱高效液相色谱纯化流动相MeOH-H2O (47:53, v / v)得到化合物1(2.0毫克,tR = 47分钟)和2(1.0毫克,tR = 31分钟)。

　　本文于2020年8月14日在线发表于ACS旗下期刊Organic Letters上。第一作者为ShengGe Li，华会明教授、林斌副教授为通讯作者，沈阳药科大学为通讯单位。

原文地址：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.orglett.0c02709