香豆素衍生物作为结肠癌潜在抗癌疗法的合成与评估：体外抗增殖实验、细胞周期停滞分析、网络药理学研究及分子对接分析

《Fitoterapia》：Synthesis and evaluation of coumarin derivatives as potential anticancer therapies for colon cancer: In vitro antiproliferation, cell cycle arrest analyses, network pharmacology investigations, and molecular docking studies

本研究合成25种香豆素衍生物（1-25），通过CCK-8法评估其抑制人结肠癌（HCT116）和卵巢癌（SKOV3）细胞增殖活性。发现衍生物24和25对HCT116细胞IC50分别为8.48±0.92 μM和8.95±0.67 μM，且25对SKOV3有效。两者与紫杉醇联用显著增强S期阻滞。网络药理学显示衍生物24的CTNNB1靶点连接度最高，分子对接证实其与β-连环蛋白的GLN-302和ARG-342残基结合。这些衍生物作为天然产物来源的抗肿瘤药物具有开发潜力。

　　

赵建军|林星|王婉|朱凯|盛瑞龙|郭瑞华

上海海洋大学食品科学与技术学院，中国上海201306

摘要

本研究合成了系列香豆素衍生物（1–25），并对其进行了表征。通过CCK-8细胞活力测定法，系统评估了这些衍生物对两种人类癌细胞系HCT116和SKOV3的抑制作用。结果表明，衍生物24和25对HCT116细胞的抑制作用显著（IC50分别为8.48±0.92 μM和8.95±0.67 μM），而衍生物25对SKOV3细胞也表现出良好的抑制作用（IC50为22.27±2.66 μM）。值得注意的是，当衍生物24和25与紫杉醇联合使用时，能够显著增强S期细胞周期的停滞。随后，对衍生物24的网络药理学分析显示，CTNNB1是染色最深的靶点，并与其他靶点具有最多的连接。对接分析表明，衍生物24通过与CTNNB1蛋白的GLN-302和ARG-342残基相互作用来激活该蛋白。衍生物24和25是从天然产物中提取的有前景的抗癌候选药物。

引言

目前，癌症是全球早死的主要原因之一[1]。在中国，癌症已成为一个重大的公共卫生问题，严重影响了人民的健康、国民经济和社会发展[2]。

尽管癌症治疗取得了显著进展，但它仍然是全球第二大死亡原因。这一现象在很大程度上归因于化疗的局限性，包括药物耐药性、疗效不足和严重的毒性[3,4]。为此，天然产物已成为新型药物开发的关键资源[5][6][7][8]。它们在最近批准的药品中所占的比例不断增加，这凸显了它们在抗癌药物发现中的潜力[9]。因此，对天然产物进行结构修饰对于发现高效且高度选择性的抗癌候选药物具有重要意义。

香豆素（图1）是一种具有双环杂环骨架的植物次级代谢物，传统上从Dipteryx odorata中提取。其著名的天然衍生物——丹酚素（7,8-二羟基香豆素）可以从Daphne koreana Nakai等植物中分离出来，该衍生物具有多种药理活性，包括抗炎、免疫抑制、抗氧化、神经保护和抗肿瘤作用[10]。例如，Fan等人[11]先前证明丹酚素能有效抑制卵巢癌细胞的增殖，而对正常细胞没有抑制作用。除了丹酚素之外，香豆素因其多模式生物活性而成为有前景的治疗剂，这些活性包括诱导细胞凋亡的抗癌作用、破坏细胞膜的抗菌作用、调节细胞因子的抗炎特性以及抑制凝血的抗血栓形成机制[12][13][14][15][16][17][18][19][20]。值得注意的是，研究表明，香豆素衍生物通过调节关键癌症通路（如激酶抑制、热休克蛋白90（HSP90）抑制和血管生成抑制）发挥显著的抗癌作用[21][22][23][24]。因此，利用香豆素作为结构修饰的先导化合物来发现新的活性分子已成为药物化学领域的热门课题。

为了进一步提高香豆素的抗癌活性，对香豆素的C-7/8位和C-3/4位的羟基进行了多样化的化学修饰，合成了香豆素衍生物1–25。所有衍生物对HCT116和SKOV3细胞的抑制作用均通过CCK-8测定法在体外进行了评估，并总结了结构-活性关系（SARs）。

化学部分

共合成了25种香豆素衍生物，其化学结构通过ESI-MS、1H NMR和13C NMR进行了验证。所有衍生物的制备过程如方案1和方案2所示。

通过Pechmann缩合反应合成了7,8-二羟基香豆素衍生物1–8和7-羟基香豆素衍生物9–25，这些衍生物在C-3和C-4位具有不同的取代基；同时，还一步法制备了具有不同C-4取代基的7,8-二羟基香豆素衍生物1–6。

天然产物香豆素的潜在蛋白质靶点鉴定

从BATMAN-TCM数据库（bionet.ncpsb.org.cn/batman-tcm/index.php）中生成了16,380个香豆素的潜在蛋白质靶点。例如，香豆素的潜在靶点包括编码β-连环蛋白的CTNNB1基因、编码酪氨酸激酶受体的KIT基因以及编码PI3K蛋白激酶催化亚单位的PIK3CA基因。

香豆素-疾病网络

图6中的Venny图显示了香豆素与结肠癌之间的144个共同靶点。

蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络

结论

总结来说，合成了香豆素衍生物1–25，并评估了它们的抗增殖活性。结果表明，这些衍生物对所有测试的细胞系均表现出不同程度的抑制作用。其中，衍生物24和25对结肠癌细胞系HCT116的抑制作用最强，特别是衍生物24的IC50值为8.48±0.92 μM。香豆素的SARs（结构-活性关系）也得到了分析。

一般信息

所有溶剂在使用前均经过蒸馏和干燥。试剂和材料均来自商业供应商，无需进一步纯化。薄层色谱（TLC）和柱层色谱（300–400目）购自青岛Makall集团有限公司（中国青岛）。斑点通过紫外光或喷洒碘化钾试剂进行可视化。1H NMR和13C NMR光谱在Bruker 400或500 MHz仪器上记录，并以CDCl3形式获得。

作者贡献声明

赵建军：撰写——原始稿件、方法学、实验设计、数据管理。林星：撰写——原始稿件、方法学、实验设计、数据管理。王婉：数据管理。朱凯：数据管理。盛瑞龙：撰写——审稿与编辑、资金筹集。郭瑞华：撰写——审稿与编辑、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明与本文无利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：81502955和82173731）和上海深渊生物圈前沿研究中心、CSPFTZ临港特殊区域海洋生物医药创新平台的资助。此外，本研究还得到了上海市教育委员会（AI驱动的研究范式改革与推进计划）的支持。盛瑞龙感谢FCT-科学和技术基金会（UIDP/00674/2020、UIDB/00674/2020）的支持。