基于设计的新型杂环衍生物合成研究，旨在对抗淋巴瘤：体外细胞毒性测试、机理动力学研究及计算机模拟分析

《Journal of Molecular Structure》：Design-Oriented Synthesis of Novel Heterocyclic Derivatives Targeting Lymphoma: In Vitro Cytotoxicity, Mechanistic Kinetic Studies and In Silico Investigation

　　

高学进|刘秀|刘继乐|安旭欣|郭淑静|赵明峰

天津医科大学第一中心临床学院，天津，300192，中国

摘要

淋巴系统是一组由血管和淋巴结组成的网络，负责从身体组织中收集液体、细胞废物和其他物质。这种液体被称为淋巴液，在返回心脏附近的血液之前会先经过淋巴结的过滤。癌细胞常常模仿身体的淋巴引流系统进行扩散。它们首先进入淋巴管，然后到达淋巴结。在癌症早期阶段，这些淋巴结通常充当临时通道或储存区域。从那里，癌细胞有时会进入血液，扩散到身体的更远部位。本研究探讨了新型噻二唑基支架对淋巴癌细胞的抗增殖潜力。所有合成的化合物均通过13C NMR、1H NMR和HREI-MS进行了表征，并将其生物活性与标准药物多柔比星进行了比较（对（伯基特淋巴瘤）的IC??值为7.40 ± 0.10 μM，对（T细胞淋巴瘤）的IC??值为7.70 ± 0.20 μM）。含有邻位和对位二氟取代基的类似物7显示出对细胞系和HSP70酶的优异抑制作用，IC??值分别为3.50 ± 0.20 μM至4.10 ± 0.10 μM。分子对接显示类似物7可以通过氢键与目标酶结合。酶动力学验证了浓度依赖性的抑制作用，DFT分析提供了关于化合物电子稳定性和反应性的信息。ADMET分析表明其具有良好的安全性。总体而言，这些强效分子表现出强烈的抗癌效果，并有潜力作为潜在的治疗药物进一步应用于体内。

引言

淋巴瘤是一组起源于淋巴细胞的异质性血液系统恶性肿瘤，主要分为霍奇金淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤，其全球发病率正在上升，治疗挑战也日益严峻[1]。尽管化疗和靶向疗法有所进展，但药物耐药性、复发和全身毒性等问题仍然存在，因此需要开发具有更高选择性和疗效的新治疗策略[2]。癌症进展的一个关键特征是恶性细胞能够在蛋白质毒性和氧化应激条件下存活[3]。肿瘤细胞通常依赖适应性生存机制来应对错误折叠蛋白质的积累，这种现象通常被称为“伴侣蛋白依赖”[4]。在这种情况下，分子伴侣蛋白，特别是热休克蛋白（HSPs），在维持细胞蛋白质稳态中起着关键作用[5]。其中，热休克蛋白70（HSP70）作为蛋白质折叠、稳定和降解的中心调节因子，在生理和应激条件下确保细胞功能正常[6]。从结构上看，HSP70由一个负责ATP水解的核苷酸结合域和一个与未折叠或错误折叠蛋白质相互作用的底物结合域组成[7]。越来越多的证据表明，HSP70在包括血液系统恶性肿瘤在内的多种癌症中显著过表达[8]。HSP70表达升高与增殖增强、抗凋亡能力增强、转移以及不良临床结果相关[9]。从机制上讲，HSP70通过与caspases和凋亡诱导因子等关键调节因子的相互作用来抑制凋亡[10]。在淋巴瘤中，HSP70在维持恶性细胞存活和治疗抵抗方面起着至关重要的作用[11]。其过表达支持致癌信号通路，包括PI3K/AKT和MAPK级联[12]。此外，细胞外的HSP70通过影响免疫反应和肿瘤进展来调节肿瘤微环境[13]。鉴于其ATP依赖性机制，HSP70的ATP酶域是小分子抑制的理想靶点[14]。ATP水解的破坏会干扰伴侣蛋白循环，导致错误折叠蛋白质的积累并诱导癌细胞凋亡[15]。最近的研究表明，HSP70抑制剂可以选择性地诱导癌细胞凋亡并增强化疗敏感性[16]。

杂环化合物，特别是噻二唑和苯并咪唑衍生物，因其多样的生物活性（包括抗癌和酶抑制特性）而受到广泛关注[17]。氮和硫杂原子的存在通过氢键和电子相互作用增强了它们与生物靶标的结合亲和力[18]。此外，席夫碱衍生物具有有利的电子特性和结构灵活性，提高了它们作为酶抑制剂和候选药物的潜力[19]。最近的研究探讨了这些化合物的化学性质和治疗潜力，特别是在癌症治疗中的应用[20][21][22][23]。当前研究的一个关键目标是评估这些新型噻二唑衍生物（图1）与已知原型分子的抗癌效果。

生物活性杂环化合物的合理设计是开发新型酶抑制剂的基础。在本研究中，设计策略基于对先前报道的化合物[20][21][22][23]的详细结构-活性关系（SAR）分析，这些化合物对不同的生物靶点表现出显著的抑制潜力。新型杂环抗癌剂的开发越来越集中在苯并咪唑和噻二唑骨架上，因为它们已被证明对血液系统恶性肿瘤（包括淋巴瘤）有效。苯并咪唑衍生物作为抗癌药物设计中的优选结构而广受认可，具有多种作用机制，如DNA插层、拓扑异构酶抑制和激酶靶向[20]。重要的是，已有几种基于苯并咪唑的化合物被直接用于淋巴瘤模型。例如，含有噻唑烷酮结构的苯并咪唑衍生物对EB病毒（EBV）诱导的淋巴瘤具有显著的抑制作用，其中化合物6d表现出最高的活性，这突显了杂环结构修饰和取代基优化的重要性[24]。这些发现证实，对苯并咪唑核的结构修饰可以显著增强抗淋巴瘤潜力。此外，苯并咪唑羧酰胺衍生物已被报道为间变性淋巴瘤激酶（ALK）抑制剂，这是淋巴瘤治疗中的临床验证靶点。这些化合物对ALK表现出有希望的抑制作用，进一步证明了苯并咪唑骨架在靶向淋巴瘤特异性通路中的相关性[25]。同时，含有噻二唑的系统也显示出强大的抗癌特性。Imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole衍生物对白血病和淋巴细胞来源的癌细胞系表现出强烈的细胞毒性（IC?? = 0.79–1.6 μM），表明它们可以通过激活caspase和抑制受体激酶来诱导凋亡[26]。这突显了噻二唑基团在与淋巴瘤密切相关的血液系统癌症中的治疗相关性。

鉴于此，本研究重点设计、合成并评估了基于噻二唑/苯并咪唑的新衍生物作为潜在的抗淋巴瘤药物，这些衍生物靶向HSP70[27]。合成的化合物被评估了对淋巴瘤细胞系（Raji（伯基特淋巴瘤）和Jurkat（T细胞淋巴瘤）的细胞毒性，并评估了其对HSP70 ATP酶的抑制作用，以建立机制联系[14]。进行了分子对接研究以阐明ATP酶域内的结合相互作用，同时使用密度泛函理论（DFT）计算来理解其反应性和生物活性的电子性质[17]。总体而言，这种综合方法旨在探索杂环骨架作为HSP70靶向抗癌剂的作用机制。

章节片段

化学

目标苯并咪唑衍生的噻二唑衍生物的合成分为四个连续步骤完成。

首先，将硫代碳肼(I)与氯乙酰氯在乙醇中反应，使用三乙胺作为碱。（方案1）该混合物在连续磁力搅拌下回流5小时，得到第一个中间体——基于肼的乙酰肼(II)。

接下来，中间体(II)发生环化反应。将其溶解在乙醇中并回流14小时，

材料

为了制备基于噻二唑的衍生物，我们使用了Sigma Aldrich购买的化学品和试剂。为了确定每个反应的进展，我们在预涂层的硅胶板（Kieselgel 60, F254, Merck, Germany）上进行了薄层色谱（TLC）分析，化合物的斑点在紫外光（254 nm）和紫外光（365 nm）下均可观察到。每个新合成分子的身份和纯度通过最新的光谱学方法进行了确认。

结论

采用了一种高效的合成策略来制备一系列基于苯并咪唑的噻二唑衍生物(1-10)。在新化合物系列中，1,4和7是比参考药物更强的抗癌抑制剂。类似物7被确定为该系列中的领先化合物。这些化合物表现出最高的抑制作用可能是由于其在取代环的不同位置上附有功能基团。类似物9（17.20 ± 0.10 μM） 17.60 ± 0.30 μM）的抑制作用最弱

资助

本工作得到了天津市公共卫生科学技术重大专项（编号：24ZXGZSY00120）、天津市重点医学学科（特色）建设项目（编号：TJWJ2023XK010）以及天津市卫生健康委员会科学技术项目（编号：TJWJ2024QN040、TJWJ2023XK010、TJWJ2023QN027、TJWJ2022XK018、TJWJ2022QN030）的资助。此外，还得到了天津市第一中心医院孵化基金（编号：2025FYQN04）的资助。本工作也得到了天津市重点

CRediT作者贡献声明

高学进：撰写——原始草稿，实验研究。刘秀：正式分析，数据管理。刘继乐：可视化，验证，软件操作。安旭欣：撰写——审阅与编辑，数据管理。郭淑静：撰写——审阅与编辑，实验研究。赵明峰：监督，方法学，概念构思。

利益冲突声明

声明当前手稿的作者之间不存在利益冲突，且仅提交给《分子结构杂志》，未提交到其他地方。