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癌症对人类是仅次于心血管疾病的第二大“杀手”,严重威胁着人类的生命健康[1]。相关统计表明,2018年,全球新增癌症病例1 810万,死亡病例960万[2-3]。预计到2030年,新增癌症病例和死亡人数将增长约1.5倍,其防治形势十分严峻[4]。目前,治疗恶性肿瘤的方法主要有手术切除、放射疗法、生物治疗以及药物治疗等[5]。其中,药物治疗仍是肿瘤治疗的重要手段。但一半以上的癌症对传统化疗药物已产生明显耐药。临床证据显示,90%以上转移性癌症患者死于不同程度的耐药[6],肿瘤耐药已成为目前临床化疗失败的首要原因。因此,开发多药耐药的新型抗肿瘤化疗药物已迫在眉睫。
微管蛋白抑制剂一直是抗肿瘤药物研发的热点之一[7]。微管是由α/β微管蛋白组成的异二聚体,是细胞骨架的主要组成部分[8]。微管具有多种生物学功能,能参与细胞增殖、分裂等一系列过程[9-13],在细胞生命周期中起重要作用,是肿瘤细胞中的重要治疗靶标。紫杉醇、长春碱等微管蛋白抑制剂已广泛用于治疗多种癌症。然而,它们显示出治疗窗窄、选择性差以及多药耐药性问题,通常是由于P糖蛋白[14]或微管相关蛋白的过表达引起的[15]。因此,选择性好的低毒小分子靶向微管蛋白抑制剂仍有很大需求。
查尔酮衍生物是类黄酮中一类重要的化合物,分子结构简单,以1,3-二苯基丙烯酮为基本骨架,具有广泛的生物学活性,如抗肿瘤、抗氧化、抗炎、降血糖、抗菌等[16-19]。吲哚查尔酮是本课题组研究发现的一类新型查尔酮衍生物,相比经典的查尔酮,其抗肿瘤活性显著提高,作用机制研究表明该类化合物作用于β微管蛋白上的秋水仙碱位点[20],规避了P糖蛋白调控的肿瘤多药耐药机制[21]以及β-Ⅲ型微管蛋白过表达的影响[22],具有良好的抗肿瘤耐药活性。化合物FC58是本课题组前期合成的查尔酮类衍生物之一,具有非常好的抗肿瘤活性(A549,GI50 = 38 nmol/L)[23]。课题组以此化合物为研究对象,考察其对多种白血病细胞株的生长抑制活性,特别是耐药白血病细胞的活性,并通过细胞周期实验分析其作用特点,现报道如下。
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全自动酶标仪(BioTek,型号:Synergy 2);流式细胞仪(BD,型号:Accuri C6);熔点测试仪(上海精科,型号:WRR);核磁共振仪(Bruker,型号:Ascend 400);高分辨质谱仪(Waters,型号:UPLC G2-XS Q-TOF);薄层色谱硅胶板(烟台江友,型号:HSGF254)。实验所用试剂均为分析纯(伊诺凯)。紫杉醇、长春碱、多柔比星(Sigma-Aldrich),纯度>98%。HL60、HL60/DOX、K562、K562/HHT300、CCRF-CEM、CCRF-CEM/VLB100由海军军医大学药学院天然药物化学教研室传代和冻存。
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将1-(3,4,5-三甲氧基苯基)乙-1-酮(1, 0.21 g, 1.0 mmol)与1H-吲哚-3-甲醛(2, 0.07 g, 0.5 mmol)溶于乙醇(4 ml)溶液中,加入哌啶(0.11 ml, 1.2 mmol),加热至95 ℃搅拌48 h,然后加入盐酸调节pH = 6淬灭反应,用乙酸乙酯萃取,饱和碳酸氢钠溶液、水和饱和氯化钠溶液洗涤,无水硫酸钠干燥、过滤、旋干有机相,剩余粗品经乙醇在−20 ℃重结晶,得到目标化合物FC58 0.017g,重结晶产率:10%,黄色固体,熔点:175.1~176.8 ℃,路线见图1。1H NMR (400MHz, CDCl3) δ : 8.71 (1H, br, NH), 8.13 (1H, d, J = 15.6 Hz, =CH), 8.00 (1H, m, Ar-H), 7.63 (1H, s, Ar-H), 7.55 (1H, d, J = 15.2 Hz, =CH), 7.46 (1H, m, Ar-H), 7.31 (4H, m, Ar-H), 3.96 (9H, s, 3×OCH3)。13C NMR (100MHz, CDCl3) δ : 189.86, 153.10, 138.78, 137.23, 134.44, 130.08, 123.57, 120.54, 117.82, 114.52, 111.99, 105.96, 60.97, 56.40。ESI-MS (m/z) : C20H19NO4 [M+H]+,理论值:338.1387, 实际值:338.1385。
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样品配制:用适量DMSO(Sigma,C6295)溶解后,配成50 mmol/L的母液备用。取一定量的母液,用完全培养基将其稀释成一定浓度的溶液,作为初浓度。将初浓度溶液用完全培养基3倍稀释,共设置6个浓度梯度。
CellTiter-Blue法测试体外抗肿瘤活性。具体方法简述如下:96孔板每孔加入浓度为(2~4)×104个/ml的细胞悬液200 μl,置37 ℃,5% CO2培养箱内。24 h后,加入配制好的一定浓度梯度的待测物溶液,每孔200 μl,设置3个复孔,空白对照组加入200 μl的含1% DMSO的完全培养基,置于37 ℃,5% CO2的培养箱内48 h。每孔加入含10% CellTiter-Blue(Promega,G8081)的完全培养基,用全自动酶标仪测530/40 nm和590/35 nm处的荧光值(FV)作为背景值。置于37 ℃、5% CO2的培养箱内1~4 h,再用酶标仪在相同条件下读取荧光值。
细胞存活率(%)= 给药孔∆FV/空白对照孔∆FV。
根据各个浓度的细胞存活率值,使用GraphPad Prism 5软件对数据进行拟合可得到量效曲线和抑制细胞生长50%的药物浓度,即GI50。
根据药物对非耐药母代细胞和对耐药细胞的GI50计算药物的耐药指数(DRI)。公式: DRI =GI50(耐药细胞)/GI50(母代细胞)。
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取对数生长的HL60和HL60/DOX细胞,用胰酶消化分散成单细胞悬液,以(5×105个/孔)接种于96孔板中,于37 ℃、5% CO2的培养箱中培养24 h。加入不同浓度的待测药物继续培养24 h。弃上清液,用0.25% Trypsin-EDTA(Gibco,25200056)消化,1000 r/min离心5 min收集细胞。用1 ml预冷的PBS(Hyclone,SH30256.FS)润洗细胞1次,离心收集细胞。细胞沉淀用9 ml预冷的70%乙醇轻轻混匀,4 ℃固定过夜。次日,离心沉淀细胞后,弃固定液,用1 ml预冷的PBS洗涤细胞2次,再次离心收集细胞。加入1 ml PI(50 μg/ml PI, 0.1 mg/ml RNase A, 0.05 % TritonX-100,碧云天)染液染色,4 ℃下避光孵育30 min,流式细胞仪检测,激发波长为488 nm,用EXPO32 ADC软件进行分析。
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课题组选择多种白血病细胞及其耐药细胞(HL60、HL60/DOX、K562、K562/HHT300、CCRF-CEM、CCRF-CEM/VLB100)对紫杉醇、长春碱、多比柔星以及查尔酮衍生物FC58进行体外抗肿瘤活性测试。结果如表1所示,紫杉醇、长春碱和多柔比星对HL60、K562、CCRF-CEM细胞均有较强活性,GI50在0.12~135.30 nmol/L。而各耐药细胞对上述3种药物明显耐药,GI50在17.16~1398 nmol/L。耐药指数DRI在3.85~684.4。与紫杉醇、长春碱、多柔比星相比,虽然查尔酮衍生物FC58对以上白血病细胞的活性相对较弱,GI50在30.23~44.20 nmol/L,但对耐药白血病细胞具有优异活性,GI50在17.56~51.77 nmol/L,较亲代细胞更为敏感(图2)。DRI分别是0.40、0.90、1.71。其中,CCRF-CEM/VLB100细胞对FC58仅轻微耐药(DRI=1.71),远低于其他几种化疗药。
表 1 几种化合物的体外抗肿瘤活性的比较(
${\rm{GI}}_{50},\; {\rm{nmol/L}} $ )细胞系 化合物 紫杉醇 长春碱 多比柔星 FC58 HL60 6.68 2.90 40.27 44.20 HL60/DOX 292.50 89.52 1398 17.56 耐药指数 43.79 30.87 34.72 0.40 K562 12.15 0.12 135.30 31.72 K562/HHT300 98.31 17.16 521.40 28.65 耐药指数 8.09 143 3.85 0.90 CCRF-CEM <1 <1 − 30.23 CCRF-CEM/VLB100 159.3 684.4 − 51.77 耐药指数 >159.3 >684.4 − 1.71 注:“−”表示未检测。 -
微管蛋白抑制剂可干扰微管蛋白-微管之间的平衡,阻断有丝分裂M期纺锤体的形成,导致有丝分裂停滞于G2/M期,从而诱导细胞凋亡[25]。利用流式细胞技术检测FC58、多柔比星、紫杉醇和长春碱对HL60和HL60/DOX细胞周期的影响,考察其作用机制。
如图3所示,与空白组相比,经1.3倍IC50 FC58处理的组,停滞在G2/M期的细胞明显增多。其作用强于紫杉醇,弱于长春碱。经多柔比星处理的组,停滞在S期和G2/M期的细胞较空白组有一定程度的增多。FC58、紫杉醇和长春碱的耐药细胞组的结果与非耐药细胞组结果基本相同。经FC58处理的组,停滞在G2/M期的细胞明显增多,且作用强于其余药物。多柔比星使细胞周期停滞在S期的耐药细胞明显增多。上述结果提示,FC58的作用靶点为微管蛋白。同时,FC58对细胞周期的影响结果与长春碱较相似,间接证明了FC58和长春碱作用机制相似。这可能是FC58对CCRF-CEM/VLB100细胞轻微耐药的原因。
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吲哚查尔酮类衍生物FC58对多种白血病细胞均有较强活性,GI50达纳摩尔级。对耐药的白血病细胞同样具有较强的活性,比亲代白血病细胞更为敏感,活性抗耐药指数远强于紫杉醇、长春碱和多柔比星。FC58和其他微管蛋白抑制剂一样都能使细胞周期停滞在G2/M期,间接验证其作用靶点为微管蛋白。FC58作为一个潜在的抗耐药白血病的先导化合物,有必要进一步研究其体内的抗肿瘤活性。
Cytotoxicity study on FC58, an indole-chalcone, against multi-drug resistant leukemia cells
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摘要:
目的 合成吲哚查尔酮衍生物FC58,考察其对白血病细胞的抑制活性。 方法 以3,4,5-三甲氧基苯乙酮和吲哚-3-甲醛为原料,经羟醛缩合得到目标化合物。采用CellTiter-Blue法测试体外抗肿瘤活性,并通过细胞周期实验分析其作用特点。 结果 FC58对多种白血病细胞均有较强活性,活性抗耐药指数远高于传统微管蛋白抑制剂紫杉醇、长春碱和多柔比星,并使细胞周期停滞在G2/M期。 结论 FC58是一个极具潜力的抗耐药白血病的先导化合物。 Abstract:Objective To synthesize and investigate cytotoxicity of an indole-chalcone derivative FC58. Methods The target compound was synthesized through the Aldol condensation with 1-(3,4,5-trimethoxyphenyl)ethan-1-one and 1H-indole-3-carbaldehyde. The Cell Titer-Blue method was used to determine in vitro cytotoxicity. The cell cycle experiment was performed to analyze the action characteristics of FC58. Results FC58 exhibited high cytotoxicity against various leukemia cells and resulted in G2/M phase arrest. It showed stronger drug resistant index than traditional tubulin inhibitors such as paclitaxel, vinblastine and doxorubicin. Conclusion FC58 represents a promising lead compound for multi-drug resistant leukemia. -
Key words:
- indole-chalcone /
- anti-leukemia /
- multi-drug resistance /
- cytotoxicity /
- tubulin
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奥卡西平(oxcarbazepine, OXC)是第二代抗癫痫药物,可用于儿童全面强直-阵挛发作,部分伴或不伴继发性全面发作的一线治疗[1],其具有与传统的抗癫痫药物(AEDs)如苯妥英钠、卡马西平和丙戊酸钠相同的疗效,但其对肝药酶和自身的诱导作用小,药物间相互作用较少,临床上可用于替代传统的AEDs。OXC是卡马西平(carbamazepine, CBZ)的一种10-酮类衍生物,但两者之间的药动学存在差异,OXC的耐受性好且不良反应少[2]。OXC是无活性的前体药物,在体内经过肝脏内细胞溶质芳基酮还原酶的作用转化为具有药理活性的中间代谢产物单羟基卡马西平(monohydroxy carbamazepine, MHD)[3-4]。国际抗癫痫联盟推荐MHD血清浓度的参考范围为3~35 μg/ml[5],有研究表明,当血药浓度高于30 μg/ml时,容易发生药物不良反应,且在许多患者中,不良反应间歇性的发生与MHD浓度的波动有关[6]。在临床用药中也发现OXC服药后的药物浓度个体化差异大,年龄、性别、体重、肝肾功能等均会影响MHD的药动学参数[7],故需要对其血药浓度进行监测。本研究在参考既往研究的基础上[8-12],对色谱条件进行了优化,并简化了血样处理的过程,建立了HPLC法测定OXC活性代谢产物MHD血药浓度的方法,该方法快速、简单、准确、选择性好、灵敏度高,为临床监测血药浓度、调整给药剂量提供了手段。
1. 仪器与材料
1.1 仪器
Agilent 1200高效液相色谱仪(美国Agilent公司);H1850R型台式高速冷冻离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司);DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱(上海恒科仪器有限公司);SHB-B95A型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);Discovery DV215CD型分析天平(美国OHAUS公司);Vortex-5型涡旋混合器(江苏海门市其林贝尔仪器制造有限公司)。
1.2 材料
MHD对照品(美国CATO公司);内标:奥硝唑(中国食品药品检定研究院);甲醇、乙腈(色谱纯,上海科丰化学试剂有限公司);空白血浆(医院血库提供);超纯水(实验室自制)。
2. 实验方法
2.1 色谱条件
色谱柱:ZORBAX Eclipse XDB-C18(150 mm×4.6 mm,5 μm),预柱为Eclipse XDB-C18(4.6 mm×12.5 mm,5 μm);流动相:水-乙腈(80:20,V/V);流速:1.0 ml/min;柱温:35 ℃;进样量:10 μl;双波长检测:在192 nm处检测MHD,318 nm处检测奥硝唑。
2.2 溶液及血浆样品的配制
2.2.1 储备液的配制
精密称取MHD对照品10 mg于10 ml的量瓶中,用甲醇溶解配制成浓度为1 mg/ml的储备液,置于−20 ℃下保存。
2.2.2 内标工作液的配制
精密称取奥硝唑1.4 mg于10 ml的量瓶中,用甲醇溶解配制成浓度为140 μg/ml的内标工作液,置于−20 ℃下保存。
2.2.3 血浆标准曲线和质控样品的配制
分别精密量取适量储备液,用甲醇稀释成20、50、100、200、300、400、500 μg/ml浓度梯度的标准对照溶液。取以上6个标准对照溶液,加入适量空白血浆,得2、5、10、20、30、40、50 μg/ml系列浓度的血浆标准曲线样品。同法配制相应的低、中、高浓度的血浆质控样品(QC),使得MHD对应的浓度分别为5、15、40 μg/ml。
2.3 血浆样品的预处理
取200 μl血浆样品,加入200 μl内标工作液、400 μl甲醇,涡旋混合30 s,10 ℃条件下13 000 r/min离心10 min,取上清液直接进样。
3. 结果
3.1 专属性试验
通过考察6份不同生物来源的空白血浆样品色谱图、空白血浆样品加入MHD对照品和内标的色谱图,以及临床实际用药后的患者血浆样品色谱图,以此反映方法的专属性。由图1可见,在本实验条件下,被测物MHD与内标的色谱峰分离良好,且血浆中的内源性物质不干扰测定。MHD和内标的保留时间分别为9.5 min和6.1 min。
3.2 标准曲线与线性范围
取上述浓度为2、5、10、20、30、40、50 μg/ml的血浆标准曲线样品按“2.3”项下方法处理。经HPLC法分析,以测得OXC的峰面积与内标峰面积之比(Y)作为纵坐标,以血浆MHD浓度(X)为横坐标,得到回归方程为:Y=0.047 1X+0.022 2(r=0.998 6)。线性范围:根据标准曲线,MHD血药浓度在2~50 μg/ml范围内线性关系良好,其定量下限浓度为2 μg/ml。
3.3 日内、日间精密度和准确度
配制定量下限、低、中、高(2、5、15、40 μg/ml)4种浓度的QC样品各6个,按“2.3”项下方法处理后测定,连续测定3 d,以当天的标准曲线计算QC样品的测定浓度,计算日内、日间精密度以及准确度。经测定,MHD的日内、日间精密度RSD均小于15%,准确度在95.57%~100.59%之间,均符合生物样品的测定要求,结果见表1。
表 1 单羟基卡马西平日内、日间精密度和准确度(n=6)理论浓度
(μg/ml)实测浓度
(μg/ml)RSD(%) RE(%) 日内精密度 日间精密度 2 1.85±0.16 8.64 12.21 −3.63 5 4.93±0.24 4.86 7.68 −4.43 15 14.32±0.37 6.86 6.16 −3.11 40 41.80±1.26 3.03 5.33 0.59 3.4 提取回收率
配制低、中、高(5、15、40 μg/ml)3种浓度的QC样品各6个,按“2.3”项下方法处理。同时另取18份空白血浆,除了不加系列对照品溶液和内标外,按“2.3”项下方法处理,在获得的上清液中加入MHD和内标溶液至相应浓度。进样分析,以每一浓度中2种不同处理方法的峰面积比值计算提取回收率。经测定,本法中MHD的平均提取回收率在89.62%~95.32%之间;内标的平均提取回收率为98.76%,符合生物学样品的分析要求,结果见表2。
表 2 单羟基卡马西平、MHD和内标提取回收率试验结果(n=6)化合物 浓度(μg/ml) 提取回收率(%) MHD 5 89.62±4.82 15 94.67±6.76 40 95.32±4.90 内标 140 98.76±5.92 3.5 稳定性试验
3.5.1 室温稳定性试验
取低、中、高(5、15、40 μg/ml)3种浓度的QC样品各5份,测定即时血药浓度,并在室温条件下放置4 h和10 h后测定样品血药浓度,求得RSD和RE值。经测定MHD血浆样品在室温下放置10 h后仍稳定,RSD均小于4.47%,RE值在1.50%~2.98%之间,结果见表3。
表 3 奥卡西平代谢产物单羟基卡马西平稳定性试验结果 (n=5)储存条件 理论浓度(μg/ml) 实测浓度(μg/ml) RSD(%) RE(%) 室温10 h 5 5.15±0.19 3.60 2.98 15 15.39±0.69 4.47 2.62 40 40.60±0.40 0.98 1.50 冻融3次 5 5.47±0.15 2.83 9.41 15 15.79±0.32 2.06 5.24 40 40.75±1.10 2.71 1.86 处理后36 h 5 5.39±0.27 5.09 7.74 15 15.66±0.58 3.70 4.39 40 39.46±1.80 4.57 −1.34 −20 ℃,30 d 5 5.16±0.23 4.39 3.19 15 14.62±0.39 2.64 −2.53 40 40.37±0.58 1.44 0.93 3.5.2 冻融稳定性试验
取低、中、高(5、15、40 μg/ml)3种浓度的QC样品各5份,测定即时血药浓度,并于−20 ℃冰箱中冷冻保存24 h后室温下解冻1 h后测定,反复冻融3次,求得RSD和RE值。经测定MHD血浆样品反复冻融3次后仍能保持稳定,RSD均小于2.83%,RE值在1.86%~9.41%之间,结果见表3。
3.5.3 处理后的血浆样品在自动进样器中储存的稳定性试验
取低、中、高3个浓度水平的血浆QC样品(5、15、40 μg/ml)各5份,测定即时血药浓度,然后放置在自动进样器内12 h、36 h后再次测定,求得RSD和RE值。经测定处理后的MHD血浆样品在进样器内放置36 h仍能保持稳定,RSD均小于5.09%,RE值在−1.34%~7.74%之间,结果见表3。
3.5.4 长期稳定性试验
取低、中、高3个浓度水平的血浆质控样品(5、15、40 μg/ml)各5份,测定即时血药浓度,并置于−20 ℃冰箱中冻存30 d后取出解冻后测定,求得RSD和RE值。经测定MHD血浆样品在−20 ℃冰箱中冻存30 d后仍能保持稳定,RSD均小于4.39%,RE值在−2.53%~3.19%之间,结果见表3。
4. 讨论
目前,有关MHD的检测方法的文献很多,其中,高效液相色谱法和高效液相色谱-质谱联用法都有报道,后者虽有灵敏度高、专属性强的特点,但其仪器昂贵,且需专业人员进行操作,很难在大部分的医疗机构普及[13-15]。另外,国内外文献报道中多使用固液萃取法或液液萃取法进行血样的前处理,但这种处理过程相对复杂、耗时,且经济成本较高[11, 16]。本方法采用甲醇沉淀蛋白进行血样的前处理,建立了HPLC法测定人血浆中MHD血药浓度的方法,整个过程操作简单、快速,样品分析时间较短,适用于临床大量样品的连续检测。
文献报道的流动相有乙腈-10 mmol/L磷酸二氢钾溶液(33∶67,V/V)[12]、水-乙腈(65∶35,V/V)[17]、水-甲醇-乙腈(64∶30∶6,V/V/V)[18]等。本方法采用了水-乙腈,按不同的配比进行试验,发现当水-乙腈的比例为80∶20时,色谱峰的峰形、出峰时间及分离度最佳。文献采用卡马西平[17]、苯巴比妥[19]和奥硝唑[20]等作为内标,本研究通过筛选发现奥硝唑的保留时间为6.1 min,不仅与MHD的保留时间相近,又能与其有很好的分离,且其性质稳定,满足内标的要求。
本实验建立的测定人血浆中OXC活性代谢产物MHD的HPLC法,MHD线性回归方程中的r=0.998 6,说明血药浓度在2~50 μg/ml范围内具有良好的线性关系,日内、日间精密度RSD均小于15%,准确度在95.57%~100.59%之间,MHD及内标的平均提取回收率在89.62%~98.76%之间。血浆样品的稳定性试验证明,在室温放置10 h、反复冻融、处理后放置进样器36 h以及低温保存30 d的情况下,样品未见明显降解,仍能保持稳定。本研究建立的HPLC法操作快速简单,精密度、回收率高,稳定性好,专属性强,不受血浆中内源性物质的干扰,结果准确可靠,且灵敏度高,适用于奥卡西平临床血药浓度的监测。
目前癫痫治疗主要以药物治疗为主,奥卡西平是第二代抗癫痫药物,我国诸多癫痫病专家也建议将其作为癫痫部分性发作和全面强直阵挛发作的首选药物[21]。但奥卡西平使用过程中可能出现瘙痒、荨麻疹、血管性水肿等超敏反应,包括Stevens Johnson综合征中毒性表皮坏死松解症[22]等,还可引起低钠血症、头晕、胃肠道不适等不良反应,有文献报道,其疗效及不良反应可能与血药浓度密切相关[23],因此开展奥卡西平血药浓度的测定,能提高药物治疗的疗效,同时可以有效避免或减少可能产生的药物不良反应,提高癫痫患者服药的依从性。本研究建立了测定人血浆中MHD血药浓度的方法,应用于临床,为临床个体化给药提供依据,值得临床推广使用。
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表 1 几种化合物的体外抗肿瘤活性的比较(
${\rm{GI}}_{50},\; {\rm{nmol/L}} $ )细胞系 化合物 紫杉醇 长春碱 多比柔星 FC58 HL60 6.68 2.90 40.27 44.20 HL60/DOX 292.50 89.52 1398 17.56 耐药指数 43.79 30.87 34.72 0.40 K562 12.15 0.12 135.30 31.72 K562/HHT300 98.31 17.16 521.40 28.65 耐药指数 8.09 143 3.85 0.90 CCRF-CEM <1 <1 − 30.23 CCRF-CEM/VLB100 159.3 684.4 − 51.77 耐药指数 >159.3 >684.4 − 1.71 注:“−”表示未检测。 -
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