《Bioorganic Chemistry》：A natural product-hybridization approach toward anticancer drug discovery: synthesis and antitumor evaluation of CTBC6, designed from sulforaphane and magnolol
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基于硫氧苷（SFN）和厚朴酚（MAG）的天然产物结构优化，成功合成27个新型MAG-SFN杂合化合物，并鉴定出具有显著抗乳腺癌活性的化合物CTBC6。实验表明CTBC6通过诱导细胞凋亡、阻滞G2/M期进程及抑制肿瘤细胞迁移发挥疗效，其作用机制涉及MEK/ERK信号通路抑制，并通过化学 proteomics 靶向筛选出CNOT10和STAT5A作为关键作用靶点。该研究为天然产物药物开发提供了新策略。
程涛|陈明星|刘冰|陈浩雄|纪芳园|黄俊昌|陈俊宏|郭一山|刘学义|袁慧玲|冯远龙|李子民|程颖|罗大强|吴杜杜|林贤|谢建军|彭江云|陈志
广东省天然药物研究开发重点实验室；广东医科大学附属第一医院与药学院，中国东莞523808
摘要
天然产物因其具有潜在的药物特性、内在的药理活性以及丰富的结构多样性，长期以来一直被认为是抗癌药物发现中的重要化合物来源。基于我们团队之前的研究，本研究深入探讨了硫代葡萄糖苷（SFN）的药化学特性，从而发现了新型小分子抗癌化合物CTBC6。我们证明了CTBC6在体外和体内均表现出强烈的抗癌效果，且没有显著的器官毒性。我们研究了CTBC6的抗癌机制，发现它能够诱导细胞凋亡并使细胞周期停留在G2/M期，同时有效抑制细胞迁移。此外，转录组分析和机制研究表明，CTBC6可能通过抑制MEK/ERK信号通路来阻碍乳腺癌的进展。重要的是，我们确定了CTBC6在乳腺癌中的作用靶点。通过化学蛋白质组学分析，我们发现CNOT10和STAT5A可能是CTBC6发挥抗癌活性的直接靶点。我们的研究为硫代葡萄糖苷及其衍生物的进一步医学研究奠定了基础，并为基于天然产物的抗癌药物发现提供了新的策略。
引言
癌症是人类死亡的主要原因之一，已成为一个重大的公共卫生问题。乳腺癌是女性中最常见的癌症类型之一，对女性的身心健康构成了严重威胁[1]。目前，化疗仍是治疗乳腺癌最常用的临床方法。然而，其疗效受到不良反应和多重耐药性的严重影响，这些因素共同构成了抗癌药物开发中的关键障碍[2]。因此，开发具有高效力和低毒性的创新小分子化合物至关重要。
由于天然产物具有良好的药物特性、内在生物活性和结构多样性，它们被视为抗癌药物发现中的重要化合物来源。基于天然产物的新型抗癌药物已被证明是发现抗癌先导化合物的有效途径。特别是对于像癌症这样的复杂疾病，其病理过程涉及多个基因和信号通路的复杂调控网络，单一靶点药物的治疗效果往往受到其有限作用范围的限制。从这个角度来看，通过组合生物活性天然产物或其药效团来设计基于天然产物的杂化分子，有望提高药物疗效和安全性，并可能克服耐药性，因为新型天然杂化物可以继承其天然来源的多样药理活性和结构多样性[4],[5]。
硫代葡萄糖苷（SFN）是一种天然存在的异硫氰酸酯，主要来源于西兰花和羽衣甘蓝等十字花科蔬菜。由于其强大的抗癌活性，它已成为癌症预防和治疗研究中的“明星分子”[6],[7],[8]，但其应用仍面临诸多限制。SFN不稳定，易受pH值、温度等因素影响，且沸点较低，这给其制备和储存带来了挑战[9],[10]。这些限制激发了我们对SFN的研究兴趣，促使我们探索药物修饰策略和抗肿瘤活性研究，以进一步提升其药用潜力。
木兰醇（MAG）是一种从传统中药Magnolia officinalis中提取的天然双酚类化合物。从结构上看，MAG由两个酚环通过一个C-C单键连接，两个烯丙基分别连接在C5和C5’位置，其独特的双苯结构与其多样的生物活性相关[11],[12]。
在我们之前的研究中，我们对MAG和SFN进行了系统的研究。通过合成和筛选一系列双酚衍生物，我们发现将活性药物分子引入MAG的羟基位置可以增强其抗肿瘤活性[13],[14]。值得注意的是，将MAG引入SFN不仅提高了抗肿瘤效果，还显著改善了其理化稳定性（从而克服了SFN固有的不稳定性和储存问题）。此外，我们还发现SFN中的硫醚基团和异硫氰酸酯结构对其抗肿瘤活性至关重要[15],[16]。最近，韩等人基于我们之前报道的MAG-SFN杂化物CT1–3，通过用杂环结构替换木兰醇片段，发现了一种针对三阴性乳腺癌的有前景的SFN类似物[17]。受这些发现的启发，我们决定进一步研究通过不同连接剂连接MAG和SFN关键药效团（硫酯基团和异硫氰酸酯基团）的杂化分子（图1）。
本文介绍了27种新型MAG-SFN杂化物的合成及其抗癌活性的评估，并进一步研究了CTBC6的抗乳腺癌作用。重要的是，我们确定了CTBC6在乳腺癌中的作用靶点。利用生物素-亲和素系统作为分子探针，我们发现CNOT10和STAT5A是介导CTBC6抗乳腺癌活性的潜在靶点。这两个靶点与细胞mRNA转录水平相关，表明CTBC6可能通过这些靶点诱导肿瘤细胞的转录失调，从而抑制肿瘤进展。
实验方法
NMR光谱数据在频率为400、500或600 MHz（对应于100、125或150 MHz的13C频率）的谱仪上收集。高分辨率质谱（HRMS）测量使用Bruker Apex IV RTMS质谱仪进行。所有商业购买的试剂和溶剂均按原样使用，无需额外纯化。最终化合物的纯度通过HPLC分析（Thermo）测定，纯度超过95%。
MAG-SFN杂化物的化学合成
如方案1和方案2所示，根据我们之前报道的合成策略[16]，通过改变关键药效团（异硫氰酸酯、硫醚和MAG的双苯核心）之间的间隔结构，成功合成了27种新的MAG-SFN杂化物。
MAG（1）与二溴烷（2）的单烷基化分别生成了溴化物3a-3d。随后通过分子间的S-烷基化引入了邻苯二甲酰亚胺片段4
讨论
基于我们之前的研究，本研究进一步深入探讨了天然产物SFN的药化学特性。利用SFN和MAG的药效团作为分子模板，我们成功发现了新型抗肿瘤化合物CTBC6，并证明了CTBC6在体外和体内均表现出良好的抗乳腺癌效果，包括使细胞周期停留在G2/M期、抑制细胞迁移和诱导细胞凋亡。
结论
总之，本研究旨在通过结构修饰明星天然产物SFN来发现新的抗肿瘤化合物。利用SFN（硫醚和异硫氰酸酯）和MAG（双苯核心）的独特结构，我们合成了一系列新的MAG-SFN杂化物用于抗癌筛选，最终发现了新型小分子抗癌化合物CTBC6。我们证明了CTBC6具有强大的抗乳腺癌活性。
作者贡献声明
程涛：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，资金获取，概念构思。陈明星：撰写 – 原稿，实验研究。刘冰：实验研究。陈浩雄：实验研究。纪芳园：实验研究。黄俊昌：实验研究。陈俊宏：实验研究。郭一山：实验研究。刘学义：实验研究。袁慧玲：实验研究。冯远龙：实验研究。李子民：实验研究。程颖：数据分析。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。
致谢
本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（编号：2021B1515140027；2023A1515111094）、东莞市社会科技发展计划（编号：20221800905582）、国家自然科学基金（编号：82403320）以及广东医科大学附属第一医院人才发展基金和广东省高发疾病发病机制、预防与治疗国家重点实验室基金的支持。
