发现了呋喃-三甲氧基苯杂化物作为新型秋水仙素结合位点抑制剂，能够引发有丝分裂灾难并具有显著的抗急性髓系白血病作用

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of furan-trimethoxyphenyl hybrids as novel colchicine-binding site inhibitors that induce mitotic catastrophe with potent anti-acute myeloid leukemia effect

　　

彭坦|魏学娇|王龙岩|王飞|黄慧明|王祝国|邱新宇|张若欣|高玉峰|谢万英|王晓雪|傅东军|胡中东

中国北京100029，北京中医药大学中药学院。

摘要

急性髓系白血病是成人中常见的白血病亚型，亟需新型有效的治疗方法。微管靶向药物是临床中广泛使用的关键抗癌药物。本研究采用分子组合策略设计了一系列新型呋喃-三甲氧基苯杂化物作为微管聚合抑制剂，并研究了其在急性髓系白血病中的结构-活性关系。结构-活性关系研究显示，三甲氧基苯单元以及苄基上的取代基对抑制人类急性髓系白血病细胞的增殖具有重要作用。化合物III-3对人类急性髓系白血病MV-4-11细胞（IC₅₀ = 74.25 nM）、HL-60细胞（IC₅₀ = 87.99 nM）和THP-1细胞（IC₅₀ = 92.20 nM）的增殖抑制效果最强。该化合物能直接与β-微管的秋水仙素结合位点结合，从而破坏微管网络结构。同时，它还能激活纺锤体组装检查点，促使细胞进入M期停滞并引发有丝分裂崩溃，进而激活急性髓系白血病细胞中的线粒体凋亡途径。在用MV-4-11细胞构建的异种移植小鼠模型中，化合物III-3的肿瘤抑制率为20 mg/kg体重时为71.40%，高于阳性对照药阿糖胞苷（50 mg/kg体重时为58.41%）。因此，呋喃-三甲氧基苯杂化物是一类具有潜在治疗价值的微管抑制剂，有望用于急性髓系白血病的治疗。

引言

急性髓系白血病是成人中最常见的白血病亚型，是一种起源于造血干细胞的克隆性血液肿瘤[1]。全球范围内，急性髓系白血病的发病率正在上升，患者的5年生存率低于30%[2]。针对急性髓系白血病的治疗方案主要取决于患者是否适合接受强化化疗以及是否存在特定的基因异常。除了传统的阿糖胞苷联合蒽环类药物（“7+3”方案）以及低甲基化药物（如阿扎西汀、地西他滨）外，针对FLT3突变、IDH1/2突变以及BCL-2依赖等特定分子亚型的靶向疗法也已成为标准治疗方案的重要组成部分。FLT3抑制剂（如米哚妥林、吉勒替尼、奎扎替尼）显著改善了FLT3突变型急性髓系白血病患者的预后。IDH1/2抑制剂（伊沃西丁、埃纳西丁、奥卢塔西丁）则能让IDH突变患者达到深度缓解状态。此外，BCL-2抑制剂维奈克拉与低甲基化药物联合使用（AZA-VEN方案）在多项近期临床研究中显示出对无法耐受强化化疗的老年患者或身体状况不佳的患者具有极高的疗效，甚至在某些人群中优于传统化疗方法[3][4]。然而，药物耐药性和疾病复发仍是急性髓系白血病治疗中的重大难题，因此迫切需要开发具有独特作用机制的新型抗急性髓系白血病药物。

微管作为细胞骨架的重要组成成分，可调控细胞内的多种生物过程，如有丝分裂和细胞信号传导[5]。秋水仙素、紫杉醇及其衍生物属于微管靶向药物，在临床中具有强大的抗癌效果。目前，这类药物被广泛用于治疗肺癌、胃癌、乳腺癌等实体瘤以及各种血液系统恶性肿瘤[6][7][8][9][10]。不过，药物获得性耐药性和毒性副作用限制了其应用效果[11]。秋水仙素结合位点抑制剂则作用于微管蛋白上的秋水仙素结合位点。与其他微管靶向药物相比，这类抑制剂结构较为简单，且溶解度和生物利用度更高。此外，它们还能克服与紫杉醇相关的多药耐药现象[12][13]，因此有望用于开发新的抗急性髓系白血病药物。

呋喃类化合物属于杂环化合物中的重要类别，具有抗癌活性。补骨脂素是一种香豆素衍生的苯并呋喃类化合物，能够使人类肝癌细胞（SMMC-7721细胞）的细胞周期停留在G1期并诱导其凋亡[14]。另一种新型呋喃-二酮哌嗪类化合物17P可通过抑制微管聚合，对人类肺癌细胞（NCI-H460细胞）产生增殖抑制作用，其IC₅₀值为2.9 nM[15]。含有两个呋喃单元的苯并呋喃14则能使人类乳腺癌细胞（MCF-7细胞）的细胞周期停滞在G2/M期[16]。天然呋喃类似物柠檬苦素可通过降低BCL2/BAX转录本的比例，抑制人类结肠癌细胞（SW480细胞）的增殖[17]。因此，呋喃结构片段可作为设计具有抗癌活性的先导化合物的理想基础。

近年来，已有研究表明，含有三甲氧基苯这一共同结构单元的多种微管聚合抑制剂具有很强的抗急性髓系白血病活性[18][19]。鬼臼毒素及其衍生物可通过扰乱微管动态，对包括急性髓系白血病在内的多种肿瘤产生生长抑制作用[18]。从咖啡黄树皮中提取的combretastatin A-4可通过破坏微管稳定性来诱导癌细胞死亡[20]。此外，combretastatin A-4及其衍生物还对多种白血病细胞系具有细胞毒性作用[19][21]。含有三甲氧基苯单元的DJ101既能抑制黑色素瘤细胞的附着生长，又能破坏微管网络结构[22]。秋水仙素则通过抑制微管聚合的动力学不稳定性，阻止多种肿瘤细胞的生长[23]。另外，酰胺片段也是设计抗癌药物或微管聚合抑制剂时常用的连接基团[24][25][26][27]。

如图1所示，本研究基于呋喃、三甲氧基苯和酰胺这三种具有潜在抗癌活性的结构片段，采用分子组合策略设计了一系列呋喃-三甲氧基苯杂化物作为微管抑制剂。其中化合物III-3对人类急性髓系白血病细胞（HL-60、MV-4-11和THP-1细胞）的增殖抑制效果最为显著。本研究阐明了化合物III-3的抗急性髓系白血病作用机制，并初步探讨了它在当前急性髓系白血病精准治疗体系中的定位，为新型抗急性髓系白血病药物的研发提供了实验依据。

章节节选

总体情况

合成方案详见补充材料。

细胞培养

人类急性髓系白血病HL-60、MV-4-11和THP-1细胞由上海富恒生物科技有限公司提供，培养时使用添加了10%胎牛血清（Vazyme，南京，江苏）以及1%青霉素/链霉素/两性霉素B（MeilunBio，大连，辽宁）的完全Iscove改良Dulbecco培养基（富恒生物，上海，中国）。人类脐静脉内皮细胞、人类正常肝细胞LO2

化合物的设计与合成

呋喃-三甲氧基苯杂化物（III-1–III-8）的合成路线如图1所示。首先，将市售的芳胺类化合物I-1与不同的苄基溴衍生物发生亲核取代反应，得到相应的仲胺类化合物II-1–II-8。随后，将这些中间体与2-呋喃酰氯发生酰化反应，最终得到目标化合物III-1–III-8。

结构-活性关系研究

为评估呋喃-三甲氧基苯杂化物的抗急性髓系白血病潜力，

讨论

近年来，急性髓系白血病的治疗方式已从传统化疗转向基于分子亚型的靶向治疗。然而，疾病复发和二次耐药仍然是亟待解决的难题，这就更需要具有全新作用机制的抗急性髓系白血病药物。微管作为潜在的抗癌药物靶点，已被用于多种实体瘤和血液系统肿瘤的治疗[38]。微管靶向药物主要可分为两大类：微管

结论

综上所述，本研究通过分子杂化策略设计出了多种新型呋喃-三甲氧基苯杂化物，其中包括化合物III-3。这类杂化物属于具有潜力的秋水仙素结合位点抑制剂。三甲氧基苯单元对于决定这类杂化物对人类急性髓系白血病细胞的增殖抑制效果起着关键作用。化合物III-3对人类急性髓系白血病细胞表现出最强的细胞毒性，在体外和体内实验中均具有显著的抑制效果。该化合物还具备

CRediT作者贡献说明

彭坦：撰写——初稿、方法学、实验研究、数据整理、概念构思。魏学娇：撰写——初稿、方法学、实验研究、数据整理、概念构思。王龙岩：可视化、验证、方法学、实验研究。王飞：可视化、验证、方法学、实验研究。黄慧明：可视化、验证、方法学、实验研究。王祝国：可视化、验证、方法学、实验研究。邱新宇：可视化，

资金支持

本研究得到了北京中医药大学人才培育项目（JZPY202206）、北京中医药大学岐黄人才项目（K2023C04）以及中央高校基本科研业务费（2023-JYB-JBQN-051）的资助。

利益冲突声明

作者声明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。