新型噻唑酰腙衍生物作为抗乳腺癌药物的发现：合成、生物学评价及计算机模拟研究

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of new thiazolyl hydrazone derivatives as anti-breast cancer agents: Synthesis, biological evaluation and in silico studies

　　

Fatih Tok|Hilal Kabaday? Ensario?lu|Faika Ba?o?lu|Eda Becer|Nadire K?yak|Hafize Seda Vatansever

土耳其伊斯坦布尔马尔马拉大学药学院药物化学系，邮编34854

摘要

基于噻唑环和腙基团对乳腺癌细胞显著的抗癌活性，设计并合成了一系列新化合物。通过红外光谱、¹H核磁共振、¹³C核磁共振（解耦及APT谱）、¹⁹F核磁共振、2D核磁共振（HSQC谱）、高分辨率质谱以及元素分析数据来确认这些化合物的结构。采用MTT试验评估其细胞毒性，同时通过免疫过氧化物酶染色检测caspase-3、BAX、Bcl2、细胞色素c、Ki-67、RIPK1、RIPK3和MLKL在乳腺癌细胞系（M4A4和MCF-7）中的分布情况。在该系列化合物中，4b、4c、4d、4g、4h和4l对MCF-7和M4A4癌细胞具有最强的抑制作用，其IC₅₀值分别为51–106?μM和12.87–100?μM。为了阐明具有最佳BAX:Bcl2比例的化合物4l与BAX和Bcl2蛋白之间的相互作用，进行了分子对接和分子动力学模拟。此外，模拟结果显示4l能稳定结合在Bcl2的BH3结合槽中，在300纳秒的模拟过程中仍能与ASP108、TYR105和ARG143保持关键相互作用，平衡后的RMSD值低于2.5??，这证明了该复合物的结构稳定性。

引言

癌症是美国第二大死亡原因，也是85岁以下人群的首要死因[1]。乳腺癌是全球范围内最为常见的癌症类型之一，也是导致死亡的重要原因[2]。2020年，预计将有约230万例新发乳腺癌病例，685,000人因此丧生[3]。到2040年，乳腺癌的确诊人数预计将超过300万，死亡人数则为100万[4]。用于治疗乳腺癌的药物也会影响正常细胞，这一事实给治疗带来了挑战。此外，乳腺癌还具有转移能力且容易产生耐药性，这使得抗击这种疾病愈发困难[5]、[6]。正因如此，迫切需要开发新的乳腺癌化疗药物。

大多数现代药物的化学结构中都含有杂环结构[7]。含有一个氮原子和一个硫原子的五元噻唑环就是重要的杂环结构之一[8]。由于其广泛的生物活性，噻唑环在药物研发中被广泛用作药效团结构[9]、[10]。另一方面，腙基团是用于合成具有多种生物和药理活性的药物的重要功能基团[11]、[12]。腙基团是一种独特的结构，兼具吸电子和供电子特性，还能通过形成氢键赋予药物诸如水溶性等重要性质[13]。由于其结构灵活性，腙基团在抗癌研究中能够与与凋亡相关的蛋白质发生相互作用，从而发挥重要作用[14]。许多研究表明，噻唑环与腙基团的结合能展现出更强的生物活性[15]。因此，噻唑腙组合可能是开发新型候选药物的良好选择[16]、[17]。

已有大量研究证实，噻唑腙基团对MCF-7、HepG2、A549、C6、K562等多种癌细胞具有抗癌活性[18]、[19]。例如，Kaplanc?kl?等人报道了4-(4-甲基磺酰苯基)-2-[2-(4-苯基环己烯亚基)肼基]噻唑化合物对HepG2癌细胞的显著选择性细胞毒性作用[20]。另一项研究中，Altintop等人则发现2-[2-((5-(4-氯-2-硝基苯基)呋喃-2-基)亚甲基)肼基]-4-(4-氯苯基)噻唑对MCF-7细胞也有显著的选择性细胞毒性作用[21]。

乙腈结构单元可作为生成各种功能基团或杂环结构的前体。这类结构存在于具有抗炎、抗癌和抗菌等多种生物活性的化合物中[22]。乙腈也是用于治疗乳腺癌的雷洛昔芬和阿那曲唑等重要药物中的常见结构成分。由于本研究的目的是寻找对乳腺癌有效的化合物，因此在所设计的化合物结构中保留了乙腈结构单元。噻唑环中的氮原子和硫原子所提供的电子密度有助于提高分子的脂溶性，进而促进其穿透细胞膜。而腙基团的吸电子区和供电子区则可通过氢键与目标酶或受体口袋发生相互作用。得益于其结构灵活性，噻唑腙基团具有巨大的应用潜力[23]（见图1）。

为了找到对乳腺癌具有强效抗癌作用的分子，本研究以甲基4-(氰甲基)苯甲酸为起始原料，合成了若干含有噻唑腙结构的新化合物。此外，还选择了多种取代的芳香族和脂肪族基团，以研究噻唑环氮原子上的取代基对其活性的影响。随后，测试了这些合成化合物对MCF-7和M4A4癌细胞的细胞毒性以及诱导凋亡的作用。

章节节选

化学结构

目标噻唑腙化合物（4a-4l）的分步合成过程如方案1所示。第一步中，甲基4-(氰甲基)苯甲酸（1）与肼一水合物发生亲核取代反应，生成4-(氰甲基)苯腙（2）。第二步中，4-(氰甲基)苯腙（2）与多种异氰酸酯衍生物通过亲核加成反应，生成含有硫代半卡巴腙功能团的化合物（3a-3l）。

基本信息

本研究使用的所有化学品均购自Sigma-Aldrich公司。采用薄层色谱法监测合成进程，以硅胶为涂层的铝制TLC板作为固定相，二氯甲烷/甲醇（体积比50:50）作为流动相。化合物的熔点则通过Thermo Scientific 9300型熔点测定仪测定。此外，还使用Shimadzu FTIR-8400S光谱仪进行相关光谱分析。

结论

乳腺癌是最常见的癌症类型之一，也是导致癌症相关死亡的主要原因之一。由于癌细胞的耐药性和转移现象，现有药物的疗效大打折扣，这就更加需要新的化疗药物。因此，本研究合成了一些新的噻唑腙衍生物（4a-4l），并分别针对原发性（MCF-7）和转移性（M4A4）乳腺癌细胞系进行了测试，同时评估了它们的体外细胞毒性、坏死性凋亡和凋亡活性。

作者贡献说明

Fatih Tok：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，结果验证，研究指导，资源提供，方法设计，实验实施，数据分析，概念构建。Hilal Kabaday? Ensario?lu：论文撰写——初稿，方法设计，实验实施，数据整理。Faika Ba?o?lu：论文撰写——初稿，方法设计，实验实施，数据整理。Eda Becer：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，方法设计，实验实施，数据分析，数据整理。Nadire K?yak：

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。