新型非甾体抗炎药（NSAIDs）——Ebselen衍生物的合成、抗癌活性及分子建模研究：作为潜在的TrxR1抑制剂

《Results in Chemistry》：Synthesis, anticancer activity and molecular modeling of new NSAIDs-Ebselen derivatives as potential TrxR1 inhibitor

抗肿瘤NSAID-Ebselen杂交化合物设计与机制研究。通过合成NSAID-Ebselen系列化合物（5a-j），评估其抗癌活性、抗氧化能力及TrxR1抑制活性，发现5e和5j对多种癌细胞IC50值显著低于氟尿嘧啶，且具有强GPx-like活性与TrxR1结合能力，证实其通过双重机制（TrxR1抑制和ROS调节）诱导细胞凋亡。

　　在这项研究中，科学家们探索了一种新的药物设计策略，即将非甾体抗炎药（NSAIDs）与一种名为Ebselen的有机硒化合物进行共价结合，从而创造出具有更强抗癌活性的NSAID-Ebselen杂交分子。研究团队设计并合成了十种此类化合物（编号为5a到5j），并对其抗癌潜力、抗氧化能力以及对关键酶TrxR1的抑制作用进行了评估。研究结果表明，这些杂交分子在多种人类癌细胞系中表现出显著的细胞毒性，并且其中某些化合物的抗癌活性甚至超过了传统的化疗药物5-氟尿嘧啶（5-Fu）。此外，这些化合物在抗氧化活性和DNA损伤方面也显示出良好的效果，进一步支持了它们在癌症治疗中的应用潜力。

### 背景与意义

非甾体抗炎药在医学领域具有广泛的应用，主要用于缓解疼痛、发热和炎症。然而，近年来的研究表明，它们在癌症治疗方面也展现出一定的潜力。一些NSAIDs能够通过多种机制影响癌细胞的生长，包括诱导细胞凋亡、抑制血管生成以及干扰细胞信号通路等。同时，Ebselen作为一种有机硒化合物，已被证实具有强大的抗氧化和抗炎特性，并且能够抑制TrxR1，这是一种与癌症发展和治疗耐药性密切相关的关键酶。TrxR1在维持细胞内的氧化还原平衡中起着重要作用，其抑制可能导致氧化应激，从而诱导癌细胞死亡。

因此，结合NSAIDs和Ebselen的优势，研究者设计了NSAID-Ebselen杂交分子，期望通过这种策略增强药物的抗癌效果。这些化合物不仅保留了NSAIDs的抗炎和抗癌特性，还引入了Ebselen的抗氧化能力，从而可能在治疗癌症方面发挥更广泛的作用。这种设计思路不仅有助于克服传统单靶点药物的局限性，如药效有限、易产生耐药性等，还可能提高药物在体内的稳定性和生物利用度。

### 化学合成过程

为了合成这些NSAID-Ebselen杂交分子，研究团队采用了多种化学反应步骤。首先，他们通过使用2-((三甲基硅氧基)乙基)胺与三乙胺（TEA）在二氯甲烷（DCM）中进行反应，合成了中间体化合物2。随后，通过铜催化剂（CuI）和邻菲啰啉的催化作用，将化合物2与KSeCN反应，生成含有硒原子的中间体化合物3。为了去除硅基团，化合物3在二氯甲烷中与四丁基氟化铵（TBAF）反应，生成含有Ebselen结构的化合物4。最后，将化合物4与不同形式的NSAIDs进行酯化反应，得到最终的NSAID-Ebselen杂交化合物5a到5j。整个合成过程采用了不同的反应条件，包括不同的溶剂、温度和催化剂，以确保每一步的反应效率和产物纯度。

这些化合物的合成过程表明，通过化学修饰，NSAIDs的结构可以被有效地调整，以引入Ebselen的活性部分。这种合成方法不仅展示了有机合成的灵活性，也为设计具有多种功能的新型药物提供了可行的路径。研究团队还通过核磁共振（NMR）和质谱（MS）对这些化合物进行了详细的结构表征，确保其化学结构的准确性。

### 抗癌活性评估

为了评估这些NSAID-Ebselen杂交分子的抗癌活性，研究团队使用了MTT法对五种癌细胞系（BGC-823、HT-29、MCF-7、HeLa和A549）进行了检测。结果显示，这些化合物在较低的浓度下就能有效抑制癌细胞的增殖，其中化合物5e和5j表现出最强的抗癌活性。例如，化合物5e在MCF-7和HeLa细胞系中分别表现出2.4?μM和1.4?μM的IC??值，显著低于参考药物5-Fu的12.4?μM和14.5?μM。这一结果表明，将NSAIDs与Ebselen结合可以显著增强其抗癌效果。

此外，化合物5e在所有五个细胞系中都表现出良好的抗癌活性，IC??值均低于6?μM，显示出其广谱的抗增殖能力。相比之下，化合物5h在HeLa细胞系中表现出最高的抗癌活性，其IC??值仅为1.2?μM。这些结果表明，不同的NSAID结构可能对TrxR1的抑制效果产生不同的影响，从而导致抗癌活性的差异。

### 抗氧化能力分析

为了进一步了解这些化合物的抗氧化能力，研究团队进行了多种抗氧化活性的检测，包括DPPH自由基清除、依托泊苷诱导的DNA断裂以及GPx样活性测试。结果显示，部分化合物在清除自由基方面表现出色，例如化合物5f和5h在DPPH测试中分别表现出68.6%和62.1%的自由基清除率，接近维生素C的98.2%。这表明，某些NSAID结构中的取代基可能增强了其自由基清除能力，从而提高了其抗氧化活性。

在依托泊苷诱导的DNA断裂测试中，化合物5a和5j表现出最强的DNA损伤能力，表明它们可能通过红ox循环产生氧化应激，从而影响DNA的稳定性。这一特性可能有助于抑制癌细胞的增殖，因为DNA损伤是诱导细胞凋亡的一个重要因素。

GPx样活性测试则进一步揭示了这些化合物在催化氧化还原反应中的能力。化合物5i和5j表现出最高的催化效率，其中5j的活性甚至超过了Ebselen本身。这表明，NSAID部分的引入可能显著增强了硒中心的催化能力，从而提高了其抗氧化活性。

### TrxR1抑制活性

TrxR1是一种关键的酶，其抑制可以导致氧化应激，从而诱导癌细胞凋亡。为了评估NSAID-Ebselen杂交分子对TrxR1的抑制效果，研究团队使用了DTNB作为底物，并以金诺芬（Auranofin）作为参考抑制剂。结果显示，化合物5i和5j对TrxR1的抑制效果最强，其EC??值分别为12.1?μM和9.2?μM，显著低于金诺芬的25.6?μM。这表明，将NSAIDs与Ebselen结合可以显著增强对TrxR1的抑制能力。

进一步的分子对接分析表明，化合物5e在与TrxR1结合时表现出最佳的结合模式，其硒原子与酶的活性位点中的半胱氨酸残基（Cys497和Cys498）之间的距离较短，有利于形成共价键，从而增强其抑制效果。而化合物5h则在几何位置上更接近Cys497，显示出更高的结合可能性。这些结果表明，化合物的结构特征对其对TrxR1的抑制能力具有重要影响。

### 分子对接分析

为了更深入地理解这些化合物如何与TrxR1相互作用，研究团队进行了分子对接分析。通过对接模拟，他们发现化合物5e和5h在与TrxR1结合时表现出不同的结合模式。化合物5e的硒原子与Cys497和Cys498之间的距离较短，可能更容易形成共价键，从而增强其抑制效果。而化合物5h则在几何位置上更接近Cys497，显示出更高的结合亲和力。

此外，分子对接分析还揭示了这些化合物与TrxR1之间的氢键和疏水相互作用。这些相互作用可能有助于稳定化合物与酶的结合，从而提高其抑制效率。通过这些分析，研究团队能够更好地理解化合物的结合机制，并为未来的设计和优化提供理论依据。

### 研究结论

综上所述，这项研究成功设计并合成了十种NSAID-Ebselen杂交分子，并通过多种实验手段评估了它们的抗癌活性和抗氧化能力。结果显示，这些化合物在多种癌细胞系中表现出显著的细胞毒性，其中5e和5j的抗癌活性最强。此外，它们在清除自由基、诱导DNA损伤和抑制TrxR1方面也表现出良好的效果，表明它们具有多重作用机制。

这些发现不仅为开发新的抗癌药物提供了重要的理论依据，也为理解NSAIDs与Ebselen的协同作用提供了新的视角。研究团队指出，这些化合物的抗癌活性可能源于其对TrxR1的直接抑制和对氧化应激的调节，从而诱导癌细胞凋亡。因此，NSAID-Ebselen杂交分子可能成为一种具有广阔前景的抗癌药物平台。

然而，尽管这些化合物在体外表现出良好的抗癌活性，它们在体内的效果仍需进一步研究。未来的工作应包括对这些化合物在动物模型中的药效和药代动力学评估，以确定其在实际治疗中的可行性和安全性。此外，研究团队还提到，进一步的结构优化和系统研究可能会揭示更多关于这些化合物的结构-活性关系（SAR）的信息，从而为设计更高效的抗癌药物提供指导。

总之，这项研究通过将NSAIDs与Ebselen结合，成功开发出一系列具有多重功能的抗癌化合物，为癌症治疗提供了新的思路和方法。这些化合物不仅保留了NSAIDs的抗炎和抗癌特性，还增强了其抗氧化能力，显示出在癌症治疗中的广泛应用前景。