新型异隐品碱“氮杂”型酰基硫脲衍生物的设计、合成及抗癌活性：实验与计算相结合的研究

《Bioscience Reports》：Design, synthesis, and anticancer activity of novel isocryptolepine ‘aza’ type acyl thiourea derivatives via combined experimental and computational approach

本研究针对皮肤癌及色素沉着相关疾病治疗中多靶点抑制剂的迫切需求，设计并合成了一系列新型异隐品碱“氮杂”型酰基硫脲衍生物（6a–6h）。通过体外酶抑制实验、分子对接、分子动力学模拟及密度泛函理论计算，系统评估了化合物对酪氨酸酶（TYR）、碳酸酐酶（CA）和碱性磷酸酶（ALP）的抑制活性。结果显示，化合物6g对TYR、CA和ALP的IC50值分别为0.832±0.03 μM、0.708±0.02 μM和2.812±0.42 μM，显著优于阳性对照药物，且表现出竞争性抑制机制。晶体结构解析、Hirshfeld表面分析和ADMET预测进一步验证了其良好的结合模式与类药性。该研究为开发多靶点抗黑色素瘤先导化合物提供了重要候选分子和理论依据。

　　

在全球范围内，皮肤癌是发病率最高的恶性肿瘤之一，每年新增病例约330万例，其发生与紫外线辐射导致的酪氨酸酶活性异常升高密切相关。酪氨酸酶作为黑色素合成过程中的限速酶，不仅参与皮肤色素沉着，更在黑色素瘤的进展中扮演关键角色。然而，当前临床常用的酪氨酸酶抑制剂如曲酸存在活性不足、选择性差等问题，且针对多酶协同抑制的抗癌策略研究尚不充分。与此同时，碳酸酐酶和碱性磷酸酶等肿瘤相关酶类的异常表达也被证实与肿瘤血管生成和转移密切相关。因此，开发能够同时靶向多个关键酶的新型抑制剂，成为对抗皮肤癌及色素性疾病的重要研究方向。

在此背景下，巴基斯坦伊斯兰大学巴哈瓦尔布尔分校药学化学系的研究团队在《Bioscience Reports》发表论文，报道了一系列新型异隐品碱“氮杂”型酰基硫脲衍生物的设计、合成及抗癌活性研究。该研究通过多步合成策略制备了8个结构新颖的化合物（6a–6h），并综合运用现代光谱技术（FTIR、UV-Vis、¹H NMR、¹³C NMR、EI-MS）、X射线单晶衍射、量子化学计算（DFT/TD-DFT）、分子对接、分子动力学模拟（100 ns）和酶抑制活性测试等多种技术手段，系统评价了化合物的结构特征与生物活性关系。

关键技术方法包括：①采用多步合成法构建异隐品碱“氮杂”核心骨架并引入不同链长的酰基硫脲侧链；②通过X射线单晶衍射解析化合物6a和6b的绝对构型，并结合Hirshfeld表面分析分子间相互作用；③运用密度泛函理论（B3LYP/6-311G(d,p)）计算前线轨道能级、化学软度和极化率等电子结构参数；④采用AutoDock Vina进行分子对接，考察化合物与酪氨酸酶（PDB: 4OUA）、碳酸酐酶（6FE2）和碱性磷酸酶（1ALK）的结合模式；⑤通过Desmond软件进行100纳秒分子动力学模拟，评估蛋白质-配体复合物的稳定性；⑥利用体外酶活性测试测定化合物对三种靶酶的半抑制浓度（IC₅₀）。

化学合成与结构表征

研究人员首先通过邻苯二胺与邻氨基苯甲酸在多聚磷酸中缩合构建异隐品碱“氮杂”核心结构，再与不同烷基链的异硫氰酸酯反应得到目标酰基硫脲衍生物。核磁共振氢谱显示N-H质子信号在12.64–13.29 ppm和11.31–9.48 ppm区间出现特征单峰，碳谱中硫羰基（C=S）和羰基（C=O）信号分别位于180.09–179.5 ppm和175.9–175.4 ppm区间。单晶X射线衍射分析证实化合物6a和6b通过分子内氢键（N-H···O、O-H···N）和π-π堆积作用形成稳定晶体结构，为后续活性研究提供了结构基础。

Hirshfeld表面分析

通过Crystal Explorer 17.5软件对晶体结构进行定量分析发现，化合物6a和6b的分子间作用力主要来自H···H（50.2%、48.5%）、H···C/C···H（14.8%、20.4%）和H···S/S···H（9.0%、10.1%）等非共价相互作用。形状指数分析进一步揭示了C-H···π和π···π堆积对晶体稳定性的重要贡献，这些结果与DFT计算中较高的极化率数据相互印证。

密度泛函理论计算

量子化学计算表明，活性最优的化合物6g具有最小的HOMO-LUMO能隙（0.123 eV）、最高的极化率（404.325）和化学软度（8.197 eV^-1），说明其较高的化学反应活性和结合能力。前线轨道分布显示6g的HOMO和LUMO电子云遍布整个分子骨架，有利于与酶活性中心产生多重相互作用。

酶抑制活性评价

体外实验显示所有化合物均对酪氨酸酶表现出显著抑制活性（IC₅₀= 0.832–7.945 μM），远优于阳性对照曲酸（16.83 μM）。其中化合物6g对三种靶酶均表现出最强抑制效果：对酪氨酸酶IC₅₀为0.832±0.03 μM（竞争性抑制），对碳酸酐酶IC₅₀为0.708±0.02 μM（优于奥莱酸12.84 μM），对碱性磷酸酶IC₅₀为2.812±0.42 μM（优于KH₂PO₄5.24 μM）。构效关系分析表明，延长烷基链长度（如6g的癸基）可增强疏水相互作用，而叔丁基取代（6h）则通过空间位阻效应优化结合姿态。

分子对接与动力学模拟

对接结果显示6g与酪氨酸酶活性中心形成关键氢键（ASP344，2.5 ?）和疏水作用（VAL366、ALA346等），结合能达-38 kJ/mol。100 ns分子动力学模拟证实复合物稳定性良好，蛋白骨架RMSD维持在2.8 ?以内，关键残基ASP344和GLY360与配体保持持久氢键相互作用（占比>10%）。正常模式分析进一步表明复合物具有较低的特征值（5.2946×10^-3），说明其构象刚性有利于高亲和力结合。

ADMET性质预测

瑞士ADME服务器预测显示所有化合物均符合Lipinski规则，具有良好口服生物利用度（GI吸收：高/中等）和血脑屏障透过性（BBB渗透：否）。值得注意的是，6g对CYP2C9无抑制作用，降低了潜在药物相互作用风险，合成可行性评分（3.8）表明其具备工业化生产潜力。

结论与意义

本研究成功开发出具有多靶点抑制活性的新型异隐品碱“氮杂”酰基硫脲衍生物，其中化合物6g凭借其卓越的酶抑制活性、合理的结合模式和良好的类药性，成为治疗黑色素瘤和色素性疾病的先导化合物候选。该工作不仅揭示了烷基链长度与抑制活性的构效关系，还通过计算与实验相结合的策略为多靶点药物设计提供了新范式，对推动抗肿瘤药物研发具有重要理论价值和实践意义。