《Journal of Molecular Liquids》：Exploring pyrimidine Schiff bases as promising dual CDK8 and DNA ligase IV inhibitors: synthesis, characterization, and computational study
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硫代嘧啶席夫碱合成及双重抗癌靶点抑制活性研究，成功合成13种新型硫代嘧啶席夫碱（产率81.2%-92.7%），通过多谱联用技术确证结构，计算显示其对DNA连接酶IV和CDK8的抑制活性优于现有参考药物，其中9种化合物具有良好生物利用度与安全性。
Soukaina Benkirane|Rachid Haloui|Oussama Moussaoui|Achraf Abdou|Souad ElKhattabi|Sa?d El Kazzouli|Houria Misbahi
摩洛哥菲斯市Sidi Mohammed Ben Abdellah大学科学与技术学院应用有机化学实验室
摘要
本文合成了一系列十三种巯基嘧啶Schiff碱，产率非常高，介于81.2%至92.7%之间。目标化合物是通过5,6-二氨基-2-巯基嘧啶-4-醇与结构多样的醛类或吲哚-2,3-二酮衍生物在室温下反应制备的，反应介质为N,N-二甲基甲酰胺（DMF），并加入少量冰醋酸作为催化促进剂。合成的Schiff碱通过电喷雾离子化质谱（ESI-MS）、1H和13C核磁共振（NMR）光谱、傅里叶变换红外（FT-IR）以及紫外-可见光（UV–Vis）光谱进行了表征，证实了其成功合成。为了探讨其潜在的生物学活性，进一步通过计算机模拟（in silico）方法进行了研究，包括分子对接、MM-GBSA计算、药物相似性评估和ADMET预测。结果表明，这些化合物在配体IV和周期素依赖性激酶8（CDK8）的活性位点具有很强的结合能力，其对接得分和自由结合能均优于参考抗癌抑制剂。对于DNA连接酶IV，对接得分介于-4.365至-6.806 kcal/mol之间，自由结合能介于-34.76至-46.53 kcal/mol之间，明显优于参考抑制剂SCR7（分别为-3.486 kcal/mol和23.13 kcal/mol）；对于CDK8，对接得分介于-5.216至-9.213 kcal/mol之间，自由结合能介于-28.89至-46.79 kcal/mol之间，也优于5-氟尿嘧啶（分别为-4.989 kcal/mol和-24.34 kcal/mol）。其中九种化合物显示出良好的口服生物利用度和有希望的ADMET特性。综合合成和计算结果，这些嘧啶Schiff碱成为未来开发双重CDK8和DNA连接酶IV抑制剂的有价值骨架。
引言
尽管在癌症预防、诊断方法和治疗策略方面取得了数十年的显著进展，但癌症仍然是全球最致命的疾病之一，新病例数量仍在以惊人的速度增长。仅2025年的预测就显示，美国将有204万新发癌症病例和618,120例死亡病例[1]。抗癌治疗的主要全球挑战包括传统化疗药物的选择性有限，以及对抗标准抗癌药物的耐药性不断增加，这进一步复杂化了治疗结果[2][3]。这一紧迫的临床问题凸显了需要更具选择性和有效性的治疗药物，以克服耐药机制并同时调节与癌症进展相关的多个关键途径。
CDK8（周期素依赖性激酶8）是转录过程的关键调节因子[4]，其过表达与多种类型的癌症有关[5]，为抗癌药物开发提供了有价值的靶点。另一方面，DNA连接酶IV通过NHEJ（非同源末端连接）途径介导DNA双链断裂的修复[6]。DNA连接酶IV的缺乏会降低NHEJ介导的DNA修复能力，从而促进未修复DNA损伤的持续存在，增加癌细胞对化疗和放疗的敏感性[7]。
自Schiff碱被发现以来[8]，它们在各个研究领域（尤其是药物化学[13][14][15][16]）中一直具有重要意义。含有N-杂环结构的Schiff碱因其广泛的药理和生物活性而受到广泛研究，包括抗病毒[17]、抗炎[18]、抗菌[19]、抗糖尿病[20]、抗真菌[21]和抗癌效果[22]。最近，Schiff碱衍生物因其对特定酶的选择性和靶向抑制作用而受到关注，例如脲酶[23]、α-淀粉酶[24][25]和α-糖苷酶[26]，这突显了它们在抗菌和抗糖尿病研究中的潜力。此外，嘧啶衍生物还显示出对关键癌症相关酶（如EGFR[27]、CDK[28]和拓扑异构酶[29]）的选择性抑制作用，进一步证明了其在药物化学中的重要性。嘧啶衍生物还因其强大的药理性质[30][31][32][33]、结构多样性[7]以及在水介质中的良好溶解性[35][36]而受到关注。因此，设计和合成同时具有CDK8和DNA连接酶IV抑制活性的嘧啶-Schiff碱杂化物，为发现新型多靶点抗癌药物提供了有前景的策略[37][38][39][40]。双重抑制剂可以通过干扰转录调控和DNA修复过程来发挥协同作用，从而可能克服单一靶点疗法的局限性。
本文描述了十三种巯基嘧啶Schiff碱衍生物的制备和详细表征，这些衍生物的合成受到DNA连接酶IV抑制剂SCR7[41]和一些CDK8抑制剂[42]的启发，因为它们的结构与SCR7相似，并含有几种CDK8抑制剂中常见的嘧啶骨架[43]，为评估DNA连接酶IV和CDK8作为生物靶点提供了理论依据。在合成的化合物中，四种是已知的（2f、2g、2h和2k（图1）[44]，其余九种是新设计的巯基嘧啶衍生物。通过计算机模拟（in silico）分析了这些化合物与DNA连接酶IV和CDK8蛋白活性位点的亲和力及其相互作用能力，以及它们的药代动力学和药效学性质。分子对接模拟用于将合成的Schiff碱插入DNA连接酶IV和CDK8的活性位点，确定其亲和力，并与参考抑制剂的亲和力进行比较。MM-GBSA方法用于计算合成配体与DNA连接酶IV和CDK8蛋白形成的复合物的自由结合能。药物相似性评估用于评价所得分子的生物利用度。ADMET性质用于评估合成Schiff碱的生物疗效和安全性。
嘧啶Schiff碱的合成和理化性质
目标巯基嘧啶Schiff碱（2a-2k, 3l和3m）按照Ray等人描述的合成方法[45]进行了成功合成，略有调整。合成使用5,6-二氨基-2-巯基嘧啶-4-醇作为关键起始原料，该原料之前也用于SCR7的制备[46]，同时使用了一系列结构多样的醛类和异靛胺衍生物来获得所需的Schiff碱产物。
化学试剂和材料
本研究中使用的所有化学试剂、溶剂和催化剂均为市售产品，按原样使用，无需进一步纯化。试剂包括5,6-二氨基-2-巯基嘧啶-4-醇、一系列取代醛类和异靛胺衍生物。每种试剂和溶剂的详细信息（包括CAS编号、纯度等级和供应商）见表1（支持信息）。
反应进程和产物纯度通过TLC（薄层色谱）进行监测
结论
本研究通过简单且可重复的一步缩合反应，在DMF中温和条件下成功合成了十三种巯基嘧啶Schiff碱衍生物，产率非常高，介于81.2%至92.7%之间。通过UV–Vis、FT-IR、1H和13C NMR以及MS-ESI分析证实了预期亚胺键（-CH=N-）的形成。
作者贡献声明
Soukaina Benkirane：撰写初稿、方法学设计、数据整理、概念构建。Rachid Haloui：撰写初稿、方法学设计、数据整理。Oussama Moussaoui：数据可视化、资源提供。Achraf Abdou：数据可视化、资源提供。Souad ElKhattabi：撰写、审稿与编辑、验证、监督。Sa?d El Kazzouli：数据可视化、验证、监督。Houria Misbahi：撰写、审稿与编辑、数据可视化、验证、监督。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
