《Journal of Molecular Structure》：Rational-Guided Design and Optimization of 6-Fluoro-4-(trifluoromethyl)benzofuran-Based Thiazole Derivatives as Potent Methionine Adenosyltransferase 2A Inhibitors:
In Vitro and
In Silico Approaches
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本研究设计并合成了6-氟-4-三氟甲基苯并呋喃基噻唑类衍生物（9-20），发现化合物19对甲硫氨酸腺苷转移酶2A（MAT2A）的抑制活性最显著（IC50=0.43 μM），但低于标准药物AZ-28（IC50=0.0124 μM）。分子对接和动力学模拟显示化合物19与MAT2A活性位点的GLY275、GLY273和ARG313等关键残基形成氢键及疏水相互作用，结合ADME预测显示其具备良好的肠道渗透性和口服生物利用度，为新型MAT2A抑制剂开发提供了有希望的先导化合物。
Fakhria A. Al-Joufi|Hina Sarfraz|Yousaf Khan|Tahir Ali Chohan|Maha Abdullah Alwaili|Nawal Al-Hoshani|Hanan Abdulrahman Sagini|Omniah A. Mansouri|Fakhrul Hassan|Rafaqat Hussain
沙特阿拉伯朱夫大学药学院药理学系，72341 Aljouf
摘要
在本研究中，设计并合成了一系列基于6-氟-4-(三氟甲基)苯并呋喃的噻唑衍生物（9-20），作为多功能甲硫氨酸腺苷转移酶2A（Methionine Adenosyltransferase 2A）抑制剂。生物评估表明，多种化合物具有显著的甲硫氨酸腺苷转移酶2A抑制作用。化合物19（IC50 = 0.43 μM）含有吡咯结构，表现出最强的抑制活性；然而，在相同的检测条件下，其IC50值仍低于标准药物AZ-28（IC50 = 0.0124 μM）。分子对接和分子动力学（MD）计算表明，19具有最高的结合亲和力（-5.798 kcal/mol），这种亲和力通过与GLY275、GLY273和ARG313的氢键相互作用以及与GLY275、ALA276、TRP274和ILE267的疏水相互作用得以稳定。200纳秒的分子动力学模拟证实了化合物-蛋白质复合物的高稳定性，并保持了酶活性位点内的关键相互作用。ADME（吸收、分布、代谢和排泄）性质预测表明其具有有利的药代动力学特征，尤其是高肠道渗透性和估计的口服吸收率，符合已建立的药物相似性标准。综上所述，化合物19是一个有前景的先导候选物，具有强效的甲硫氨酸腺苷转移酶2A抑制作用和有利的药代动力学特性，因此值得进一步研究以开发新的和改进的甲硫氨酸腺苷转移酶2A抑制剂。
引言
甲硫氨酸腺苷转移酶2A（MAT2A）是甲硫氨酸循环中的限速酶，它催化腺苷三磷酸（ATP）和甲硫氨酸（MET）合成通用甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM）[1,2]。SAM在细胞甲基化反应中起核心作用，包括DNA、RNA、组蛋白和蛋白质的甲基化，从而影响细胞增殖、表观遗传编程、信号转导和基因表达。MAT2A主要在非实质肝细胞和其他肝外组织中表达[3]。值得注意的是，MAT2A在多种上皮恶性肿瘤（包括胃癌、肝细胞癌和结直肠癌）中表达异常升高[4,5]，并参与肿瘤发生过程。
最近的机制研究表明，通过RNA干扰（RNAi）耗竭MAT2A可以在具有甲基硫腺苷磷酸化酶（MTAP）缺失的肿瘤中产生选择性的抗增殖作用[6]。在甲硫氨酸回收途径中，唯一能够分解甲基硫腺苷（MTA）的酶是MTAP[7]。有趣的是，在纯合缺失的实体瘤中，大约15%的MTAP被删除[8]。MTAP的耗竭导致细胞内MTA水平升高[9,10]，这部分抑制了蛋白质精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）的活性。在这种情况下，癌细胞高度依赖剩余的SAM水平来维持PRMT5的活性。MAT2A的药理阻断也会降低SAM水平，进一步抑制PRMT5，导致RNA剪接准确性下降、基因组不稳定和最终细胞凋亡[11]。这种合成致死性弱点使MAT2A成为缺乏MTAP的癌症中的有吸引力和特异性的治疗靶点。已经开发了几类不同的MAT2A抑制剂，每种抑制剂在效力、选择性、结合模式和药代动力学方面都有独特的优势和挑战。
辉瑞公司首次在2017年报道了强效的别构MAT2A抑制剂PF-9366[12]。该抑制剂以微摩尔亲和力抑制SAM的合成，但由于MAT2A表达的代偿性上调，在细胞系统中未能产生持续的抗增殖作用。PF-9366属于早期的喹唑啉酮类化合物，证明了别构靶向的可行性，但也强调了更好的药效学控制的重要性。随后，Agios公司将首个口服可用的MAT2A抑制剂AG-270推进到临床试验[13]。AG-270表现出良好的酶抑制作用和理想的口服暴露量，但其I期试验于2023年终止。结构的发展带来了AGI-43192和AGI-41998，这些化合物具有改进的酶活性，但脑部渗透率较低（脑/血浆比率分别为0.6和<0.1）[14]，这突显了与极性和分子大小相关的ADMET问题。阿斯利康通过基于片段的药物设计（FBDD）计划取得了另一项进展，开发出了强效的MAT2A抑制剂AZ-28[15]。AZ-28在MAT2A的别构位点具有高结合亲和力和良好的药代动力学特性。其骨架与Ideaya Biosciences专利中报道的化合物结构相似[16]，体现了合理设计抑制剂的方法。后来，阿斯利康宣布开发了基于吡咯吡啶和吡咯吡啶酮的抑制剂，合成了AZ9567，该抑制剂表现出出色的临床前药代动力学和高的酶活性[17]（图1）。目前有两种MAT2A抑制剂IDE-397（Ideaya Biosciences）和S095033（Servier）已进入MTAP缺失实体瘤的I期临床试验，但它们的具体结构尚未公开。
含氮杂环化合物在药物化学中起着核心作用，因为它们具有结构多样性和广泛的生物活性[18]。其中，噻唑是一种特别重要的结构基元，存在于来自微生物、动物和植物的近200种天然生物碱中[19]。大量努力用于合成噻唑衍生物，揭示了包括抗阿尔茨海默病[20]、镇痛[21]、抗菌[22]、抗炎[23]、抗高血压[24]、抗癌[25,26]和抗糖尿病[27]等多种治疗活性。鉴于其药理学重要性，噻唑环被纳入了许多上市药物中，如abafungin、ruvaconazole、thiabendazole、vorelaxin、aztreonam和tiazofurin[28,29]。
新的甲硫氨酸腺苷转移酶2A（MAT2A）抑制剂在肿瘤学领域具有巨大的治疗潜力。参与DNA、RNA和组蛋白甲基化的主要甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是由重要的MAT2A酶合成的。许多癌症与MAT2A活性的失调有关，特别是那些具有MTAP缺失的癌症，其中肿瘤细胞对MAT2A的依赖性增强。选择性抑制MAT2A可以干扰依赖甲基化的代谢和表观遗传过程，从而抑制肿瘤生长并增加癌细胞的敏感性。因此，开发强效和特异性的MAT2A抑制剂可以为依赖SAM和MTAP缺陷的癌症提供新的靶向治疗方法。在这项研究中，我们报道了基于6-氟-4-(三氟甲基)苯并呋喃骨架的新型MAT2A抑制剂的发现。设计策略基于结构导向的药物设计（SBDD），以AZ-28作为参考抑制剂。这种方法确定了化合物19作为一个有前景的候选物，显示出优异的MAT2A抑制效果，因此可以将其作为开发新的和改进的MAT2A抑制剂的先导分子（图2）。
近年来，计算机模拟工具已成为药物发现和开发的关键。用于分析配体与其靶标在原子水平上相互作用的计算方法，包括分子对接、分子动力学（MD）模拟、密度泛函理论（DFT）和ADME/毒性预测，可以合理优化先导化合物。这些技术节省了使用传统试错实验方法所需的高成本和时间，首先对有前景的候选化合物进行排序，然后再进行合成和生物学测试。此外，计算机模拟的药代动力学和毒性测试可以早期发现潜在问题，从而提高临床成功的可能性。因此，实验方法和计算方法的结合可以成为开发新的MAT2A抑制剂的有效和全面的方法。分子对接、分子动力学模拟和ADMET分析已被用于优化这些骨架。最近发表在《分子结构杂志》上的研究文章强调了将计算建模与生物学验证相结合对于加速先导化合物发现和提高药物相似性参数的重要性[30,31]。基于这些进展，我们开发了一种新的苯并呋喃-噻唑杂化骨架，旨在平衡结合亲和力、电子特性和药代动力学。
化学合成
方案1展示了目标6-氟-4-(三氟甲基)苯并呋喃衍生物（10-14）的合成过程。采用多步骤路线制备目标化合物。首先，2,6-二氟-4-(三氟甲基)苯甲酸（1）与碘甲烷反应，将酸基团转化为酯基团，形成甲基2,6-二氟-4-(三氟甲基)苯甲酸酯（2）。然后向中间体2中加入2,2-二乙氧基乙醇和NaH，在THF中进行反应
材料与方法
所有试剂和溶剂均来自商业渠道。反应进程通过Silica Gel 60 GF254板上的高效薄层色谱（HPTLC）在254 nm紫外光下监测。产物通过重结晶或硅胶柱色谱纯化。目标化合物的结构通过NMR光谱（1H和13C）、LC-MS和HRMS确认。NMR光谱使用DMSO-d6作为溶剂，在400或600-MHz光谱仪上记录。
结论
总之，本研究成功设计并合成了一类新的6-氟-4-(三氟甲基)苯并呋喃-噻唑衍生物（9-20），作为强效的MAT2A抑制剂。在合成的衍生物中，化合物19表现出最高的抑制效力，IC50为0.43 μM，结合能高达-5.798 kcal/mol，且相互作用稳定，表明其作为有前景的先导化合物的潜力。结构-活性关系（SAR）研究表明，取代模式对抑制效果有显著影响。
伦理批准
不适用。
数据和材料的可用性
本研究工作中生成的所有数据均已包含在手稿中。
资助
作者感谢沙特阿拉伯利雅得Nourah bint Abdulrahman大学的研究支持项目（PNURSP2026R227）的支持。
CRediT作者贡献声明
Fakhria A. Al-Joufi：撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析。Hina Sarfraz：方法学、研究、数据分析。Yousaf Khan：软件、数据管理。Tahir Ali Chohan：软件、数据分析。Maha Abdullah Alwaili：验证。Nawal Al-Hoshani：可视化。Hanan Abdulrahman Sagini：撰写——审阅与编辑。Omniah A. Mansouri：数据分析。Fakhrul Hassan：撰写——审阅与编辑、监督。Rafaqat Hussain：撰写——审阅
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
