含有磺胺甲噁唑的新型氰基丙烯酰胺作为潜在抗癌剂：与结肠癌细胞的DNA相互作用、诱导细胞凋亡及抑制S期细胞周期

《ACS Omega》：Novel Cyanoacrylamides Incorporating Sulfamethoxazole as Potential Anticancer Agents: DNA Interaction, Apoptotic Induction, and S-Phase Cell Cycle Arrest in Colon Cancer Cells

该研究合成了5-9五种氰基丙烯酰胺衍生物，发现化合物9对HCT116、MDA-MB-231和A549癌细胞具有显著毒性（IC50分别为14.5、20和36.4 μM），其选择性指数（SI）为13.79，优于5-氟尿嘧啶。通过SEM观察到9诱导HCT116细胞凋亡，流式细胞术显示其阻滞细胞周期于S期，并抑制细胞迁移。分子机制研究表明，9通过上调Bax、CDH1和Caspase-3，下调Bcl2和Survivin表达，同时与DNA呈弱间离作用（Kb=2.53×10^4 M?1）及与Bcl2、CDK2、CDH1蛋白形成氢键和π-相互作用。UV-Vis和EB淬灭实验证实其DNA结合能力。这些结果揭示了化合物9作为新型抗癌药物的潜力。

　　癌症仍然是全球范围内威胁人类健康的主要疾病之一，其死亡率和发病率持续上升。据2020年的统计数据，全球范围内约有1930万例新的癌症病例报告，其中约有1000万例癌症死亡。肺癌、结直肠癌、肝癌和乳腺癌是导致癌症死亡的主要原因。因此，抗癌药物的研发和探索成为医学研究中的重要领域。在这一背景下，研究人员致力于寻找新的药物分子，以提高治疗效果并减少对正常细胞的毒副作用。

本研究设计并合成了五种新型的氰丙烯酰胺类化合物，这些化合物结合了磺胺甲恶唑（sulfamethoxazole）结构，旨在作为抗癌药物的候选分子。通过一系列实验评估了这些化合物对HCT116、MDA-MB-231和A549等人类肿瘤细胞的抗癌潜力。其中，化合物9因其在这些细胞系中表现出显著的抗癌活性而被选为进一步研究的重点对象。与常用的抗癌药物5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil）相比，化合物9在抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡方面表现出更强的效果。

在实验中，研究人员采用了多种方法来研究化合物9的抗癌机制。首先，通过扫描电子显微镜（SEM）观察了化合物9对HCT116细胞形态的影响。结果显示，化合物9能够显著改变细胞的形态结构，包括细胞膜的不规则性、细胞凋亡的典型特征（如细胞缩小和细胞膜泡形成）。这些变化表明化合物9可能通过诱导细胞凋亡来发挥其抗癌作用。

为了进一步验证化合物9的抗癌机制，研究人员进行了流式细胞术分析。结果显示，化合物9在HCT116细胞中显著增加了早期和晚期凋亡细胞的比例，达到41.2%和12.0%。相比之下，对照组细胞的凋亡比例仅为4.77%和0.93%。这些数据表明，化合物9在诱导HCT116细胞凋亡方面具有显著的活性。

此外，化合物9对细胞周期的抑制作用也得到了验证。通过流式细胞术分析DNA含量，研究人员发现化合物9能够显著阻断HCT116细胞在S期的进展。在对照组中，大多数细胞处于G1期，而在化合物9处理后的细胞中，S期的细胞比例显著增加。这种细胞周期阻断现象可能与DNA损伤有关，因为DNA损伤通常会导致细胞周期停滞。

为了评估化合物9对细胞迁移的影响，研究人员进行了伤口愈合实验。实验结果显示，化合物9能够显著抑制HCT116细胞的迁移能力，这可能与其对细胞骨架动态和细胞粘附能力的干扰有关。细胞迁移是肿瘤转移的关键步骤，因此化合物9在抑制迁移方面的效果为其抗癌潜力提供了有力支持。

在分子机制研究方面，研究人员采用了定量实时PCR（qRT-PCR）和酶联免疫吸附测定（ELISA）技术，分别分析了化合物9对mRNA和蛋白表达水平的影响。结果显示，化合物9能够显著上调Bax和CDH1基因的表达，同时下调Bcl2、survivin和cyclin A1基因的表达。Bax是一种促凋亡蛋白，能够促进细胞凋亡；而Bcl2则是一种抗凋亡蛋白，其下调有助于细胞凋亡的启动。CDH1（E-钙粘蛋白）的上调可能与细胞粘附能力的增强有关，从而抑制细胞迁移。这些基因表达的变化进一步支持了化合物9通过调节凋亡相关通路和细胞周期调控因子来发挥其抗癌作用的假设。

在DNA相互作用研究方面，研究人员使用了凝胶电泳和紫外-可见光谱（UV–vis）测量方法，评估了化合物9与DNA的相互作用方式。结果显示，化合物9能够与CT-DNA发生弱的插入作用，这种作用方式可能有助于其对DNA的破坏。此外，通过乙锭（EB）荧光淬灭实验，研究人员进一步验证了化合物9与DNA的结合能力。EB是一种常用的DNA结合探针，其荧光强度的变化可以反映DNA与化合物的相互作用。实验结果显示，化合物9能够显著降低EB的荧光强度，表明其与DNA存在相互作用。

为了进一步探索化合物9的分子机制，研究人员进行了分子对接（molecular docking）实验。分子对接是一种计算方法，用于预测化合物与靶标蛋白的结合方式和结合亲和力。结果显示，化合物9能够与Bcl2、CDK2和CDH1等关键蛋白的活性位点形成稳定的结合。这些蛋白在癌症的发生和转移过程中起着重要作用，Bcl2是抗凋亡蛋白，CDK2是细胞周期调控蛋白，而CDH1则与细胞粘附和迁移相关。分子对接的结果表明，化合物9通过非共价键（如氢键和π-相互作用）与这些蛋白结合，从而干扰其正常功能，进而影响细胞的生存和增殖。

研究还探讨了化合物9的电化学特性，特别是其对DNA的光裂解能力。通过凝胶电泳实验，研究人员发现化合物9在365 nm紫外光照射下能够显著破坏pBR322质粒DNA，导致DNA片段化。这种光裂解能力可能与其作为光敏剂的特性有关，能够通过光化学反应破坏DNA结构，从而抑制细胞增殖。

此外，研究还考虑了化合物9在正常细胞（如HSF细胞）中的毒性作用。结果显示，化合物9对正常细胞的毒性较低，这表明其具有较好的选择性。这种选择性对于开发安全有效的抗癌药物至关重要，因为传统的抗癌药物往往对正常细胞具有较大的毒性。

综合上述实验结果，化合物9表现出显著的抗癌活性，其作用机制可能涉及诱导细胞凋亡、阻断细胞周期、抑制细胞迁移以及与DNA的相互作用。这些特性使其成为开发新型抗癌药物的有前景候选分子。尽管目前的研究主要集中在已知的靶标蛋白上，但化合物9的电化学特性和非共价相互作用也提示其可能与其他未被模型化的蛋白相互作用，从而发挥更广泛的抗癌效果。

研究还指出，化合物9的抗癌作用可能与传统抗癌药物（如5-FU）的机制不同。5-FU主要通过干扰DNA合成来发挥其作用，而化合物9则可能通过多种机制协同作用，包括诱导凋亡、阻断细胞周期和破坏DNA结构。这种多靶点作用可能有助于克服某些癌症细胞对传统药物的耐药性。

综上所述，本研究成功设计并合成了五种新型的氰丙烯酰胺类化合物，并重点研究了其中最有效的化合物9的抗癌潜力。实验结果表明，化合物9在抑制多种癌细胞的增殖和迁移方面表现出显著的活性，同时对正常细胞的毒性较低。这些特性使其成为开发新型抗癌药物的有潜力分子。未来的研究可以进一步探索其作用机制，并评估其在动物模型中的抗癌效果，以期为临床应用提供更多的依据。