新型1,2,4-三唑苯磺酰胺衍生物的设计与合成：作为选择性CDK1抑制剂，具有显著的体内抗癌效果

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Design and synthesis of novel 1,2,4-triazolobenzene sulfonamide derivatives as selective CDK1 inhibitors with potent in vivo anticancer efficacy

新型1,2,4-三唑苯磺酰胺衍生物通过结构修饰显著提升CDK1选择性抑制活性，纳米摩尔级IC50值（5.5 nM）及高选择性指数（73.2倍）凸显其临床潜力，机制涉及G2/M期阻滞、DNA复制压力及p53通路激活，体内实验显示56.4%肿瘤抑制率且安全性良好。

　　

吴凌杰|王宁|卢毅|王阳|马莲|楼高杰|王楠|江爱丽|丁丽健|何山|张斌

宁波大学健康科学中心药学院，中国宁波315211

摘要

周期蛋白依赖性激酶1（CDK1）是细胞周期进展的关键调节因子，也是侵袭性恶性肿瘤的潜在治疗靶点。然而，开发具有可管理毒性的选择性CDK1抑制剂仍然是一个重大挑战。在这项研究中，基于JNJ7706621及其衍生物3n的结构，设计并合成了一系列新的1,2,4-三唑苯磺酰胺衍生物，并对其进行了全面的生物活性评估和构效关系研究。其中，11l表现出极高的潜力，其对CDK1的抑制活性达到纳摩尔级别（IC₅₀ = 5.5 nM），同时对CDK2、Aurora A和CDK4的选择性分别高达4.7倍、14.1倍和73.2倍。体外实验表明，11l具有广泛的抗增殖活性，尤其是对HCT116结肠癌细胞。与传统仅抑制催化活性的激酶抑制剂不同，11l能够诱导G2/M期停滞，并下调CDK1、cyclin B1和复制起始因子CDC45。进一步研究表明，11l会引发严重的DNA复制应激，从而激活p53信号通路并触发细胞凋亡。这一机制在CDC45敲低模型中也得到了验证。体内疗效评估显示，30 mg/kg的11l能够实现56.4%的肿瘤生长抑制率（TGI），且不会引起显著的体重下降或器官毒性。综上所述，这些发现表明11l是一种具有独特作用机制的安全CDK1抑制剂，有望成为癌症治疗的新型治疗策略。

引言

癌症是全球主要的死亡原因之一，其中细胞周期失调是最常见的分子特征[1]。周期蛋白依赖性激酶（CDKs）的异常激活会引发不受控制的细胞增殖和检查点功能的丧失，从而促进肿瘤发生[2]。迄今为止，已在人类基因组中鉴定出21种不同的CDK成员，其中CDK1、CDK2、CDK4和CDK6通过与cyclins结合参与调节细胞周期的不同阶段[3]。泛癌分析显示，CDK1在20多种肿瘤类型中显著过表达，并与不良预后、肿瘤发病率增加和侵袭性临床表现密切相关[4]。CDK1的过度激活会导致细胞周期失调，特别是在G2/M转换期，进而导致不受控制的细胞增殖[4]、[5]。尽管选择性CDK4/6抑制剂（如Palbociclib [6]、Ribociclib [7]和Abemaciclib [8]）已被批准用于治疗激素受体阳性乳腺癌并显著延长患者的无进展生存期，但其作用机制主要是阻断G1检查点。在临床实践中，大多数患者最终会因下游G2/M通路的补偿性激活而产生耐药性[9]。因此，开发选择性CDK1抑制剂是一个未满足的临床需求，目前尚无此类药物获得批准上市[10]。第一代泛CDK抑制剂（如Flavopiridol [11]和Dinaciclib [12] [图1]）虽然具有强大的细胞毒性，但由于治疗窗口狭窄和选择性差而临床应用有限[12]、[13]、[14]。因此，迫切需要开发具有更高选择性和可管理毒性的新型CDK1抑制剂。

CDK家族成员具有高度的序列同源性并具有相似的结构[15]，这使得开发选择性CDK1抑制剂成为抗癌药物发现中的重大挑战。JNJ-7706621是一种基于1,2,4-三唑-3,5-二胺骨架的泛CDK抑制剂（图2），对包括CDK1、CDK2和Aurora A/B在内的多种激酶表现出强大的抑制活性[16]、[17]。在对该系列衍生物的构效关系（SAR）研究中，Lin等人[16]发现化合物3n（图中X代表硫羰基）对CDK1的抑制活性增强。然而，其对CDK2的活性与对CDK1相当，缺乏选择性；此外，其极低的生物利用度限制了进一步的发展。分子对接（图3）表明，1,2,4-三唑-3,5-二胺骨架能够有效地嵌入CDK1的活性口袋，与Ile10、Ala31、Glu81、Met85、Asp86、Lys89和Leu135等关键残基形成多个氢键和π相互作用[18]。这是其强效CDK1抑制活性的主要原因。然而，JNJ-7706621结构中的2,6-二氟苯甲酰基与口袋残基的相互作用有限，仅与Lys33形成了一个常规氢键。苯环区域与Val18仅形成弱π-烷基相互作用，两个氟原子不参与关键相互作用。

基于上述分析，本研究提出了以下结构修饰策略：在保留活性1,2,4-三唑-3,5-二胺骨架的基础上，系统研究X和R₁基团对CDK1抑制活性的影响（图2）。主要的修饰方法包括：（1）将连接在三唑环上的2,6-二氟苯甲酰基替换为其他取代的芳基或杂芳基（图中红色虚线圆圈所示），并改变其连接位置。具体而言，2,6-二氟苯基（R₁基团）将被替换为不同取代的苯环或五/六元芳香杂环，以在保持结构新颖性的同时探索更全面的构效关系；（2）关于X基团，基于3n显示的增强CDK1抑制活性，本研究将保留硫羰基，并引入羰基和磺酰基，在三唑环和苯环之间引入一个氨基。分子对接结果（图3）表明，引入氨基可以与关键的CDK1残基Asp86形成两个强盐桥相互作用（分别为2.31 ?和2.00 ?），作为关键的极性锚点，可能提高异构体选择性。

在这项研究中，通过对JNJ-7706621和3n进行结构修饰，设计并合成了一系列新的1,2,4-三唑苯磺酰胺衍生物。药物相似性评估表明，所有目标化合物均符合Lipinski的五规则（表S1），显示出良好的药物特性。本研究将系统评估这些目标化合物的构效关系、作用机制和体内抗肿瘤效果，旨在发现新型选择性CDK1抑制剂作为癌症治疗的潜在先导化合物。

化学合成

目标化合物11a-m和12a-d的合成路线如图1所示。简而言之，4-氨基苯磺酰胺1在四氢呋喃（THF）中与二苯氰碳亚胺2在回流条件下加热，生成苯基(Z)-N'-氰基-N-(4-磺酰苯)氨基甲酰3。中间体3随后在冰浴条件下溶解于THF中，然后逐滴加入肼水合物4。混合物在70 °C下加热，得到关键中间体4-((5-氨基-1H

结论

在这项研究中，成功设计并合成了一系列新的1,2,4-三唑苯磺酰胺衍生物。在评估的化合物中，11l表现出了极高的潜力，其对CDK1的抑制活性达到纳摩尔级别，IC₅₀值为5.5 nM。虽然未来还需要进行全面的激酶谱分析，但11l对相关激酶表现出良好的初步选择性，选择性指数分别为4.7倍、14.1倍

化学

合成方法和中间体3及5的制备方法详见支持信息。

CRediT作者贡献声明

吴凌杰：撰写——原始稿件、软件使用、方法学设计、数据管理。丁丽健：数据管理。江爱丽：方法学设计。张斌：撰写——审稿与编辑、撰写——原始稿件、实验研究、概念构思。何山：撰写——审稿与编辑、资金筹集。马莲：数据管理。王阳：数据管理。王楠：软件使用、数据管理。楼高杰：软件使用、实验研究。卢毅：软件使用、方法学设计、实验研究。王宁：撰写——审稿与编辑，

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

本项工作得到了浙江省教育厅的科学研究基金（中国Y202456631）、国家111计划（中国D16013）以及宁波大学的李达顺、叶耀珍、Kenneth Li海洋生物制药发展基金的支持。我们感谢宁波大学的孙月女士在HPLC分析方面的专业协助。同时感谢宁波大学健康科学中心的核心设施和实验动物实验室的技术支持。