B环解构揭示具有微管蛋白结合特性的3类阻转异构体AC环结构

本研究通过解构秋水仙碱类似物DAAC的B环，合成了一系列AC环衍生物，发现新型稳定阻转异构体DM-MTC（(aR)-6），其通过高旋转能垒而非热力学稳定维持构型。该分子虽二面角与秋水仙碱差异显著（约100° vs 60°），仍保持微管蛋白结合及抗增殖活性，为开发新型微管靶向药物提供了结构基础。

　　

秋水仙碱作为最古老的微管靶向剂之一，其AC环（甲氧基托酚酮-三甲氧基苯环）的轴手性直接影响微管蛋白结合能力。传统观点认为，B环上的乙酰氨基基团通过热力学控制将AC环稳定在aR构型。然而，去除该基团的DAAC（去乙酰氨基秋水仙碱）在数分钟内即发生外消旋化，这一现象引发了对AC环构象稳定机制的新思考。

针对这一科学问题，研究人员设计了一系列B环进一步解构的AC环分子，包括MT-MTC（4）、MB-MTC（5）和DM-MTC（6）。通过计算化学与实验相结合的方法，发现DM-MTC（(aR)-6）展现出惊人的构型稳定性——其旋转能垒高达31.2 kcal/mol，达到3类阻转异构体（class 3 atropisomer）标准，这使其成为首个不依赖B环稳定化却具有药物开发潜力的AC环类似物。

研究团队采用氧化吡啶环加成/还原开环策略构建关键中间体，通过手性色谱分离获得纯对映体。振动圆二色谱（VCD）结合密度泛函理论（DFT）计算确认了绝对构型。分子动力学模拟揭示：(aR)-6与微管蛋白结合时呈现80°二面角，显著区别于秋水仙碱的典型60°结合构象，却仍通过托酚酮羰基与缬氨酸181的氢键维持结合。NCI-60细胞筛选显示(aR)-6具有广谱抗增殖活性（平均GI₅₀
=2.4 μM），虽效力较秋水仙碱低10-50倍，但展现出独特的构效关系。

关键技术方法包括：1）氧化吡啶环加成/还原开环合成AC环核心结构；2）手性HPLC分离对映体；3）变温核磁测定外消旋化能垒；4）振动圆二色谱（VCD）确定绝对构型；5）分子动力学模拟结合自由能计算；6）微管蛋白结合（K_d
）和聚合抑制实验；7）NCI-60细胞抗增殖筛选。

【研究结果】

1. 计算模拟与二面角分析：
   DFT计算显示DM-MTC（6）具有101.1°的基态二面角，其旋转能垒（ΔG^?
   =30.2 kcal/mol）远超DAAC（22.1 kcal/mol）。值得注意的是，其异构体iso-6因C⁴
   -C⁵
   双键特性导致甲基与甲氧基空间排斥增强，能垒进一步提升至33.5 kcal/mol。

2. 合成与构型稳定性：
   通过[5+2]环加成构建关键中间体18，经SmI₂
   还原开环直接获得iso-6。甲基化后分离的(aR)-6在135℃二甲苯中半衰期达数小时，而iso-6在145℃下10小时仍不消旋，证实计算预测。

3. 生物活性评价：
   (aR)-6保持微管蛋白结合能力（K_d
   =1.8 μM），在33 μM浓度下抑制微管聚合。NCI-60筛选显示其活性显著高于aS构型（>100倍），与秋水仙碱的COMPARE分析Pearson相关系数达0.52，提示共享作用机制。

4. 分子对接与结合模式：
   AToM-OpenMM模拟揭示(aR)-6通过两种关键氢键锚定：托酚酮羰基与Val181主链酰胺，以及三甲氧基苯的间位甲氧基与Cys241巯基。其结合态二面角分布（80°±10°）明显宽于游离态，显示微管蛋白结合诱导的构象调整。

这项研究突破了"B环必需"的传统认知，证明通过合理设计高能垒阻转异构体可开发结构简化的微管靶向剂。(aR)-6独特的结合构象为开发具有新型作用模式的抗癌药物提供了模板，其构型稳定性策略可拓展至其他轴手性药物设计。论文发表于《The Journal of Organic Chemistry》，为结构简化但功能保留的生物活性分子设计提供了范式转移。