发现8-磺胺氨基喹啉类化合物作为抗结直肠癌的增殖抑制剂：设计、合成及生物学评价

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of 8-sulfonamidoquinolines as anti-proliferative agents against colorectal cancer: design, synthesis, and biological evaluation

基于海洋天然产物Ammosamide B的磺胺衍生物通过开环策略设计合成，其中化合物II-2对HCT116结肠癌细胞表现出显著增殖抑制（IC50=1.0 μM），同时抑制细胞迁移和集落形成，促进凋亡。分子对接和动力学模拟表明其可能通过抑制NF-κB和WNT/β-catenin通路与P65蛋白结合。

　　

孙彦峰|陈艳梅|王振浩|周月|张欣欣|李良洲|杨金波|王平远|刘志清|王长云

中国海洋大学青岛海洋生物医药研究院，医学与药学院，海洋进化与生物多样性研究所，海洋药物重点实验室及进化与海洋生物多样性重点实验室，青岛266003，中国

摘要

基于海洋天然产物Ammosamide B（1）衍生的化合物表现出对含溴结构域蛋白4（BRD4）的强抑制活性，但在细胞实验中的抗增殖效果仍不理想。为克服这一限制，采用了环开策略，设计并合成了一系列磺酰胺衍生物。通过结构-活性关系研究，发现化合物II-2（一种8-磺酰胺喹啉衍生物）对HCT116细胞的抗增殖活性显著增强，其IC₅₀值为1.0 μM。此外，II-2显著抑制了细胞迁移和菌落形成，并促进了HCT116细胞的凋亡。初步的机制研究表明，II-2可能通过结合P65来抑制NF-κB信号通路和WNT/β-连环蛋白通路。分子对接和分子动力学模拟详细预测了II-2与P65之间的相互作用。这些发现表明，8-磺酰胺喹啉衍生物可能是治疗结肠癌的候选分子，值得进一步研究。

引言

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症，也是癌症相关死亡的第二大原因。根据Cancer Stat Facts的数据，预计约有3.9%的成年人在其一生中会被诊断出CRC。预计到2040年，全球CRC的负担将大幅增加，新病例数将达到320万例，死亡人数将达到160万例[1]。目前的标准治疗方法包括手术、化疗（如5-氟尿嘧啶和多柔比星）和放疗[2]。尽管新兴的治疗选择（如免疫疗法（如抗PD-1单克隆抗体）和靶向生物制剂）已经改善了CRC的管理，但仍需要有效的小分子治疗药物[3],[4],[5],[6],[7]。CRC的发病机制和进展涉及多个阶段的基因突变以及调控细胞存活、增殖和凋亡的各种信号转导网络的功能障碍[8]。其中，Wnt/β-连环蛋白通路的异常激活会导致细胞周期不受控制地进展，而EGFR/RAS/RAF/MEK级联反应则促进转移扩散。MAPK/ERK信号通路影响细胞增殖和分化，而NF-κB则促进炎症微环境的形成并导致细胞存活。鉴于这些通路的复杂性，多靶点抑制剂或靶向小分子的组合代表了一种有前景的治疗策略[9],[10]。多激酶抑制剂regorafenib的临床成功证明了这类药物的潜力，能够提高疗效并克服药物耐药性[11]。

由于海洋天然产物（MNPs）的结构新颖性、复杂性和多样的生物活性，它们成为药物发现的宝贵资源，越来越多的候选分子进入了临床前和临床研究[12],[13],[14],[15],[16]。作为最具前景的海洋天然产物亚类之一，含有氮骨架的海洋生物碱作为抗肿瘤生物活性剂展现出巨大潜力[17],[18],[19],[20],[21]。生物碱Ammosamide B（1）最初是从海洋来源的放线菌中通过针对HCT116细胞的细胞毒性筛选分离得到的[22]。尽管后续研究表明Ammosamide B（1）是通过非酶促过程从Ammosamide C（2）衍生而来的，但其独特的氯化吡咯[4,3,2-de]喹啉骨架及其对HCT116的抑制活性（IC₅₀ = 29 μM）引起了广泛关注[23],[24],[25],[26],[27]。通过引入苯磺酰胺与WPF骨架相互作用，获得了一系列作为含溴结构域蛋白4（BRD4）抑制剂的吡咯喹啉衍生物[28]。代表性化合物3表现出强BRD4抑制活性，IC₅₀值为120 nM，并对Mv4;11和22Rv1表现出中等程度的抗增殖活性，IC₅₀值分别为8.7 μM和11.3 μM。

为了提高其细胞疗效，我们基于Ammosamide骨架通过环开策略设计并合成了不同的化合物系列。随后评估了这些衍生物对HCT116细胞系的抑制活性，并初步研究了其作用机制。

小节摘录

设计

我们认为，Ammosamide B（1）刚性三环骨架的物理化学性质不佳是其细胞疗效不均的原因。正如Hughes等人所指出的，Ammosamide B（1）的溶解度非常差，仅能在DMSO中自由溶解[22]。此外，通过https://admetlab3.scbdd.com/server/evaluation获得的Ammosamide B（1）和化合物3的Caco-2通透性预测值分别为-5.20和-5.18，这表明它们的渗透性较差

分子对接研究

为了确定化合物II-2的潜在直接结合靶点，我们采用了多种计算方法进行预测。包括相似性集合方法（SEA；https://sea.bkslab.org/）、SwissTargetPrediction（https://swisstargetprediction.ch/）和TargetNet（http://targetnet.scbdd.com/），NF-κB家族蛋白P65被列为最可能的靶点之一[32],[33],[34]。考虑到P65不仅可以与IκBα相互作用

分子动力学模拟

为了研究化合物II-2在动态环境中的行为特性，基于P65-IκBα-p50三聚体（PDB: 1IKN）的晶体结构进行了分子动力学模拟。使用Amber 16构建并模拟了该复杂系统。如图7A所示，对P65-IκBα-p50蛋白及其与化合物II-2的复合物进行了均方根偏差（RMSD）分析。在100 ns的模拟过程中，P65-IκBα-p50蛋白表现出相对

结论

受海洋天然产物Ammosamide B及其衍生物的启发，通过环开策略设计并合成了一系列磺酰胺化合物，旨在增强其细胞活性。在所得的8-磺酰胺喹啉衍生物中，化合物II-2对HCT116细胞的抗增殖活性最为显著，IC₅₀值为1.0 μM。此外，II-2显著抑制了HCT116细胞的菌落形成和侵袭，并诱导了显著的细胞周期变化

一般信息

所有市售的起始材料和溶剂均为试剂级，除非另有说明，否则未经进一步纯化即使用。柱层析在青岛海洋化工集团有限公司生产的硅胶（200–300目）上进行。分析薄层层析（TLC）在硅胶板上进行，并在紫外光（254 nm或365 nm）下观察。¹H和¹³C核磁共振光谱在BRUKER AVANCE NEO NMR仪器上记录

CRediT作者贡献声明

孙彦峰：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、方法学、研究、数据分析、数据管理。陈艳梅：撰写——原始草稿、验证、方法学、研究、数据管理。王振浩：验证、方法学。周月：验证、方法学。张欣欣：验证、方法学、数据管理。李良洲：验证、方法学、数据管理。杨金波：撰写——审稿与编辑。王平远：撰写——审稿与编辑

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号42176109、42476106、82473839）、山东省自然科学基金（项目编号ZR2024QH139）和山东省泰山学者计划的支持。我们还要感谢中国海洋大学IEMB核心设施的出色支持。