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新型咪唑[1,2-a]吡啶-异噁唑杂合化合物（5a-5o）通过合成与光谱表征，其抗癌活性经MTT法测试，部分衍生物（5j、5k、5l）对MCF-7和MDA-MB-231细胞线抑制率优于厄洛替尼，并借助分子对接、动力学模拟及ADMET分析验证了药效学关联性，证实为开发新型抗癌药物的有效骨架。
Kapilavayi V Basava Ranjitha | Shiva Krishna Loke | Karunakar Tanneeru | B. Jagan Mohan Reddy | G. Satya Sree
印度安得拉邦Rajamahendravaram的Adikavi Nannaya大学化学系，邮编533 296
摘要
我们设计、合成并利用光谱和分析技术对一系列新的咪唑[1,2-a]吡啶–异噁唑杂化物（5a–5o）进行了结构表征。通过MTT实验评估了这些化合物对两种乳腺癌细胞系MCF7和MDA-MB-231以及正常乳腺上皮细胞系MCF-10A的抗癌潜力。与标准药物厄洛替尼相比，这些合成衍生物表现出中等到极强的细胞毒性，IC50值介于2.47 ± 0.32 μM至33.12 ± 0.38 μM之间。而厄洛替尼的IC50值为4.85 ± 0.31 μM至14.59 ± 0.22 μM。在测试的化合物中，5j、5k和5l衍生物对MCF7和MDA-MB-231细胞表现出更强的活性。此外，计算机模拟（in-silico）分子对接、分子动力学模拟和ADMET研究进一步支持了实验得到的细胞毒性结果，表明这些新合成分子具有良好的药代动力学特性。因此，这些取代的异噁唑连接的咪唑[1,2-a]吡啶杂化物为开发新型抗癌剂提供了有前景的骨架。
引言
癌症仍是当今最严重的健康问题之一，对全球构成了重大挑战。它是一组以异常细胞不受控制地生长和增殖为特征的疾病，通常由遗传和表观遗传改变引起[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。乳腺癌的潜在风险因素包括超重、有家族病史、使用烟草和酒精、暴露于辐射以及绝经后接受激素替代治疗[[9], [10], [11], [12], [13], [14]]。因此，持续研究新型、靶向、高效且毒性较低的抗癌药物以阻断代谢靶蛋白至关重要。癌症研究的最新进展使得能够生产和测试多种抗癌药物，并在体外和活体环境中研究其效果[[15], [16], [17], [18], [19]]。为了对抗癌症，研究人员一直在寻找金属基抗癌药物的替代品，而杂环结构是这一努力中的关键组成部分[[20], [21], [22], [23], [24]]。此外，由于杂环的环宽度和结构变化多样，它们可以以多种方式与酶结合。随着基于杂环化合物设计抗癌药物的投入不断增加，关于其持续潜力的问题变得尤为重要。这些化合物因其易于获取、结构多样性以及参与多种生物机制而具有巨大潜力，使其成为对抗这一全球最严重疾病的重要选择[[20],[24],[25],[26],[27]]。癌症化疗效果不佳主要是由于耐药性和选择性不足，尽管市场上和文献中有许多单一药物或单一功能抗癌药物[[28],[29],[30],[31]]。然而，联合治疗可以克服这一限制[[32,33]]。将生物活性化合物杂化成单一分子是一种新颖的想法，在药物设计和开发中具有强大的工具作用[[34],[35],[36],[37],[38]]。在杂环系统中，咪唑[1,2-a]吡啶化合物因其广泛的生物活性而被认为是药物化学中非常重要的杂环骨架。这些化合物表现出抗菌、抗病毒、抗炎和抗惊厥等药理作用，尤其是强大的抗癌活性[[39],[40],[41],[42],[43],[44],[45],[46],[47],[48]]。它们的结构多样性和与多种分子靶点的相互作用能力使其成为开发新治疗剂的理想候选者[[49],[50],[51]]。值得注意的是，一些新型咪唑[1,2-a]吡啶类似物在体外达到了低微摩尔抑制浓度（IC50），并显示出独特的机制，如细胞周期停滞、肿瘤抑制蛋白（如p53和p21）表达增加以及caspase激活，表明它们涉及内在和外在的细胞凋亡途径[[52],[53],[54],[55]]。此外，咪唑[1,2-a]吡啶核心与其他药理基团的杂化产生了具有更强抗癌效果的杂化分子[[56],[57],[58],[59],[60],[61],[62]]。由于其广泛的生物活性和独特的抗癌机制，咪唑[1,2-a]吡啶化合物仍然是当前药物发现和靶向治疗策略的重点，代表了下一代抗癌剂的有望候选物[[63],[64],[65]]。
异噁唑是一种五元杂芳香唑，是许多天然和合成化合物中的重要结构单元[[66],[67],[68],[69],[70],[71],[72],[73]]。它天然存在于ibotenic酸中，并被纳入多种临床批准的药物结构中，如丹唑、氯唑西林、伐昔考昔、氟氯西林、双氯西林、利培酮和唑尼沙胺。由于其多样的生物活性和治疗潜力，融合的异噁唑衍生物及其结构修饰被广泛认为是药物发现和药物化学中的重要药理基团[[74]]。
在本研究中，我们采用药理基团杂化方法来生成新的结构，即将咪唑[1,2-a]吡啶和异噁唑结构结合在一个分子中。通过添加这两种具有药理意义的杂环，我们旨在增强所得杂化物的治疗潜力。对这些新合成的化合物进行了筛选，以检测它们对两种乳腺癌细胞系MCF-7和MDA-MB-231的细胞毒性。其中一些杂化物显示出强烈的癌细胞生长抑制作用，表明它们具有积极的抗癌能力。我们进一步利用计算机模拟（in silico docking）和分子动力学模拟研究了这些分子对表皮生长因子受体（EGFR）的抑制作用，该受体常与乳腺癌的进展相关。
结果与讨论
在本研究中，我们首先设计了新化合物（5a-5o）的合成路线，如方案1所示。将市售的5-硝基吡啶-2-胺（1）与1-(4-乙炔基苯基)乙烷-1-酮（2）在80°C下使用N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）反应20小时，生成关键中间体3-(4-乙炔基苯基)-6-硝基咪唑[1,2-a]吡啶（3）[77]。随后，通过羟胺盐酸盐和NaOH处理将醛转化为相应的醛肟。
结论
总之，我们合理设计、合成了一系列新的咪唑[1,2-a]吡啶–异噁唑杂化物，并使用两种乳腺癌细胞系MCF-7和MDA-MB-231以及非肿瘤性乳腺上皮细胞系MCF-10A评估了它们的抗癌特性。在测试的衍生物中，5j、5k和5l衍生物对MCF-7细胞系表现出最强的活性，同时保持了良好的安全性。
一般说明
所有试剂和溶剂均来自Sigma Aldrich，无需进一步纯化即可使用。反应进程通过硅胶板上的薄层色谱（TLC）进行监测，并在紫外光下观察。1H和13C核磁共振（NMR）谱在400 MHz的BRUKER光谱仪上记录，化学位移（δ，ppm）以四甲基硅烷（TMS）为内标。电喷雾离子化质谱（ESI-MS）数据收集于...
数据可用性
本文描述的研究未使用任何数据。
CRediT作者贡献声明
Kapilavayi V Basava Ranjitha：撰写 – 原稿撰写、资源提供、方法学设计、概念化。
Shiva Krishna Loke：数据分析、数据管理。
Karunakar Tanneeru：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、软件应用、数据分析、概念化。
B. Jagan Mohan Reddy：撰写 – 审稿与编辑、数据验证、监督、概念化。
G. Satya Sree：数据验证、数据管理。
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财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了印度安得拉邦Rajamahendravaram的Adikavi Nannaya大学的支持。作者Kapilavayi V Basava Ranjitha感谢新德里大学（UGC）提供的财政援助，资助编号为UGCES-22-GE-AND-F-SJSGC-200的研究奖学金。
