Preparation and biological evaluation of new triterpene derivates of ursolic and oleanolic acid

Abstract

O cancro é uma das causas de morte mais comuns. Nos Estados Unidos, uma em cada quatro mortes é devida ao cancro. A Organização Mundial de Saúde prevê que em 2030, 30 milhões de mortes serão devidas a cancro. Estes dados remetem para a urgência na pesquisa de novas moléculas capazes de melhorar o tratamento e prevenção da doença oncológica. Os triterpenóides representam um grupo de compostos abundante e diversificado, que pode ser encontrado em plantas, frutas e vegetais. As plantas medicinais contendo triterpenóides tem constituído ao longo dos séculos uma base para a medicina tradicional no tratamento de diversas doenças. Triterpenóides como o ácido ursólico, o ácido oleanólico, a betulina, o ácido betulínico, o ácido maslínico e o ácido glicirretínico, foram isolados de extratos de plantas, demonstrando ter várias actividades biológicas, incluindo a anti-tumoral. O potencial interesse em derivados de triterpenóides extraídos de plantas com actividade anti-tumoral está bem patente no crescente número de publicações nesse domínio científico. Uma análise das publicações enquadrando os triterpenóides com actividade anti-tumoral revelou um aumento exponencial no número de artigos e patentes na referida área científica. Estes factos têm impulsionado a comunidade científica para a síntese de novos derivados triterpénicos com melhorada actividade anti-tumoral. Com o objectivo de melhorar a actividade anti-tumoral dos ácidos ursólico e oleanólico, novos derivados semissintéticos heterocíclicos (compostos 2.18-2.58 e 3.15-3.50) e fluorados (compostos 2.59-2.82 e 3.51-3.58) foram sintetizados e caracterizados através de técnicas de espectrometria de massa, espectroscopia de infravermelhos e ressonância magnética nuclear, e por fim avaliados através do uso de MTT para a inhibição do crescimento de linhas celulares tumorais e para os mecanismos de acção relevantes para a actividade anti-tumoral. A actividade antiproliferativa dos compostos estudados na linha tumoral do pâncreas AsPC-1 foi usada para estabelecer a relação estrutura-actividade entre os compostos. II Todos os 61 novos compostos derivados do ácido ursólico, compostos 2.18-2.82, demonstraram uma boa actividade antiproliferativa nas células tumorais pancreáticas AsPC-1, vários dos novos compostos apresentaram melhor actividade antiproliferativa do que o ácido ursólico 2.1, e algums apresentaram mesmo um IC50 inferior a 1 μM. Os compostos com resultados mais promissores foram também avaliados para a sua actividade antiproliferativa em linhas celulares tumorais de mama, fígado, pulmão, e próstata. O derivado heterocíclico 2.57 revelou ser o mais activo neste grupo, tendo sido usado para avaliar o mecanismo de acção responsável pelos efeitos antiproliferativos nas células AsPC-1: este composto, induz o aumento dos níveis de p53 o que leva ao aumento dos níveis de NOXA e p21waf1, conduzindo à activação das caspases 9 e 3 induzindo a apotose nas células AsPC-1 tratadas. O composto fluorado 2.72 revelou ser o mais activo a inibir de forma efectiva o crescimento da linha celular tumoral pancreática através da inibição do ciclo celular na fase G1 a 1 μM e aumento dos níveis de p21waf1 e indução da apoptose a 8 μM, com aumento dos níveis de NOXA e diminuição dos níveis de c-FLIP. Os 42 novos derivados do ácido oleanólico 3.15-3.17 e 3.19-3.58 e o composto 3.18, já descrito, apresentaram uma actividade antiproliferativa superior ao ácido oleanólico 3.1 nas células AsPC-1. Os compostos 3.27, 3.39 e 3.49, que apresentaram os valores de IC50 mais baixos nas células tumorais AsPC-1, viram a sua actividade antiproliferativa estudada em linhas celulares tumorais de mama, próstata, fígado e pulmão. Os estudos revelaram que os compostos têm boa actividade antiproliferativa, com IC50 mais baixos que 5 μM. Os compostos 3.27 e 3.39 induziram apoptose nas células AsPC-1, quando estas foram tratadas durante 24 h a uma concentração de 1.5 μM. Os novos compostos sintetizados derivados dos ácidos ursólico e oleanólico e avaliados na sua actividade antiproliferativa representam um novo grupo de moléculas com potencialidade para o tratamento de tumores sólidos malignos.

Cancer is one of the most common causes of death. In the United States alone, one in four deaths is the consequence of cancer. The World Health Organization (WHO) estimates that 30 million deaths will be related to cancer in the year 2030. These data demonstrate that research aimed at the identification of new molecules that can improve the treatment and prevention of cancer is urgent. Triterpenoids are a large and diverse group of compounds that can be found in medicinal plants, fruits and vegetables. Medicinal plants containing triterpenoids have been used for centuries in traditional medicine for the treatment of various diseases. Triterpenoids, such as ursolic acid, oleanolic acid, betulin, betulinic acid, maslinic acid, and glycyrrhetinic acid purified from plant extracts, have diverse biological activities, including antitumor activity. The potential interest of plant-derived triterpenoids as antineoplastic agents is reflected in the large number of scientific papers appearing in the field. Analysis of the publications concerning antineoplastic triterpenoids abstracted in available the online databases over the past few years revealed an exponential increase in the number of papers and patents in this area of research. These facts prompted the scientific community to pursue the synthesis of new, improved derivatives of the triterpenoids available. With the aim of improving the antitumor activity of ursolic and oleanolic acids, a series of new heterocyclic (compounds 2.18-2.58 and 3.15-3.50) and fluorine (compounds 2.59-2.82 and 3.51-3.58) derivatives were synthesized, fully characterized using MS, IR and NMR techniques and evaluated for their antiproliferative activity via an MTT assay, as well as for their mechanisms of antitumor action. The antiproliferative activity against the AsPC-1 pancreatic cancer cell line was used to establish the structure activity relationship (SAR) between compounds. The new 61 ursolic acid derivatives 2.18-2.82 showed a good antiproliferative activity against AsPC-1 cells, several of the newly synthesized compounds were more IV active than that of ursolic acid 2.1 and some presented IC50s lower than 1 μM. The most promising compounds were evaluated further for their antiproliferative activity in breast, hepatic, lung and prostate cancer cell lines. The best heterocyclic derivative, compound 2.57, was evaluated for its mechanisms of action in AsPC-1 cells: it induced the upregulation of p53, leading to the upregulation of NOXA and p21waf1, these events culminated with the upregulation of caspases 9 and 3, thus inducing apoptosis in AsPC-1 cells. The fluorine derivative 2.72 exhibited the most effective inhibitory activity against pancreatic cancer cell growth, as it arrested the cell cycle at the G1 phase at 1 μM and upregulated p21waf1 and induced apoptosis at 8 M, with the upregulation of NOXA and the downregulation of c-FLIP. The new 42 oleanane derivatives 3.15-3.17 and 3.19-3.58 and the already described derivative 3.18 had better antiproliferative profile than oleanolic acid 3.1 against AsPC-1 cancer cells. Compounds 3.27, 3.39 and 3.49, which had the lowest IC50s in AsPC-1 cancer cells, were studied further for their antiproliferative activity in breast, prostate, liver and lung cancer cell lines. It was found that these compounds also had an excellent antiproliferative activity, with IC50s lower than 5 μM. Compounds 3.27 and 3.39 induced apoptosis in AsPC-1 cells treated for 24 h at a concentration of 1.5 μM. The novel ursane- and oleanane-type triterpenoids synthesized and evaluated for their antiproliferative activity represent a new group of valuable molecules for the treatment of solid cancers.