《European Journal of Medicinal Chemistry》：Discovery of a Novel Napabucasin Derivative B16 as a Potent STAT3 Inhibitor for the Treatment of Triple-Negative Breast Cancer
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三阴性乳腺癌中STAT3 SH2域靶向的新型异噁唑喹酮衍生物B16具有显著抑制肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭的作用，其半数抑制浓度（IC50）为70 nM，较纳巴布萨辛强10倍，且在体内实验中表现出82%的肿瘤体积抑制率，同时无显著毒性。
Xu Deng|Yao Li|Ling Chen|Yuanzhu Xie|Xiaohe Liu|Shuang Ni|Zhongtai Sui|Mingjian Li|Xinyu Zhu|Xinyu Huang|Li Liu|Junfeng Ye|Caiyun Nie|Tiao Luo|Xiyuan Hu|Suyou Liu|Zhiyong Luo|Dayou Ma
中南大学湘雅药学院，慢性疾病诊断与治疗药物研究湖南省重点实验室，中国长沙410013
摘要
三阴性乳腺癌（TNBC）由于治疗选择有限和药物耐药性，仍然是一个临床挑战。信号转导子和转录激活因子3（STAT3）是治疗TNBC的一个有前景的目标，因为其过度激活会推动肿瘤进展。在这里，我们报告了一系列针对STAT3 SH2结构域的异噁唑醌衍生物的设计和合成。其中，B16表现出卓越的效力，其对TNBC细胞系（MDA-MB-231和MDA-MB-468）的IC50值为70 nM，比napabucasin提高了10倍。机制研究表明，B16直接结合STAT3的SH2结构域，抑制STAT3的磷酸化和核转位，并抑制TNBC细胞的克隆形成、迁移和侵袭。在体内实验中，B16（10 mg/kg）在MDA-MB-231异种移植模型中使肿瘤体积减少了82%，优于napabucasin（肿瘤体积减少了50%），且未观察到显著的毒性。这些发现确立了B16作为高效STAT3抑制剂的地位，为TNBC的治疗提供了有希望的策略。
引言
乳腺癌是一种起源于乳腺上皮细胞过度增殖的恶性肿瘤。其中，三阴性乳腺癌（TNBC）占新诊断乳腺癌病例的15%–20%（1），（2）。目前，常规化疗是TNBC治疗的主要策略，但蒽环类药物、紫杉醇和铂类药物的疗效有限，并且经常伴有显著的毒性（3），（4），（5），（6）。这些事实强调了开发更有效TNBC治疗方法的迫切需要。
信号转导子和转录激活因子3（STAT3）是STAT家族的关键成员（7），（8），它调节包括细胞转化、凋亡、分化和生长在内的基本细胞过程（9）。STAT3的异常激活已被强烈认为与多种恶性肿瘤（如乳腺癌（10），（11）、头颈部癌（12）、非小细胞肺癌（13）和结直肠癌（14）以及血液系统疾病（15），（16）的发病机制有关。这种致癌多功能性使STAT3成为一个有吸引力的治疗靶点。与正常乳腺上皮细胞相比，STAT3在乳腺癌细胞中通常过度激活，并在原发性乳腺癌组织中高度表达。此外，STAT3的表达和激活水平与乳腺癌患者的复发率呈正相关。研究表明，TNBC中STAT3的过度表达和持续激活与其肿瘤发生、进展、侵袭、转移和药物耐药性密切相关（17）。因此，STAT3是TNBC治疗的潜在靶点（18），（19），（20），（21）。
从机制上讲，STAT3在乳腺细胞的细胞质中通过上游激酶（如Janus激酶（JAKs）的磷酸化被激活，然后形成二聚体进入细胞核并发挥其转录因子功能（22），（23），（24）。Src同源性2（SH2）结构域是STAT3激活的重要区域，STAT3的磷酸化激活依赖于其与SH2区域的接近性和识别（25），（26），（27）。精确靶向这一结构域已成为STAT3抑制的显著策略，已报道的小分子抑制剂包括napabucasin（28），static（29），S3I-201（30），STA-21（31），TTI-101（32）和STX-0119（33）（图1）。然而，STAT3抑制剂疗效不足和物理化学性质不理想的挑战阻碍了这些药物的研发和临床进展（25）。因此，目前尚无FDA批准的STAT3抑制剂用于TNBC治疗。
Napabucasin是一种从Newbouldia laevis、Ekmanianthe longiflora和Handroanthus impetiginosus中提取的天然萘醌，是一种具有广泛抗癌活性的小分子（34）。它被鉴定为通过抑制STAT3来抑制癌症干细胞的物质（35），并正在进行癌症治疗的临床试验（36）。然而，它在临床应用中面临高毒性、STAT3抑制效果不佳和口服生物利用度低的挑战。据我们所知，之前对napabucasin的结构修饰主要集中在将醌转化为酚类，然后再转化为各种类型的酯类前体以提高溶解性，以及对呋喃环2位乙酰基的结构修饰（37），（38），（39），（40），（41），但这些修饰缺乏结构多样性。特别是，我们之前报道了两种醌衍生物B20（42）和15e（43）（图1），它们可以显著抑制STAT3的磷酸化，并在银屑病治疗中显示出有希望的疗效。在这里，考虑到15e出色的STAT3抑制能力，我们首先评估了15e及其噻吩[3',2':4,5]苯并[1,2-d]异噁唑-4,8-二酮衍生物对TNBC细胞的抗增殖活性。为了开发更有效且低毒性的TNBC治疗STAT3抑制剂，我们设计、合成了一系列新的呋喃[3',2':4,5]苯并[1,2-d]异噁唑-4,8-二酮和吡咯[3',2':4,5]苯并[1,2-d]异噁唑-4,8-二酮衍生物，并评估了它们对TNBC细胞的抗增殖活性。最有效的化合物B16进一步接受了深入的体外和体内机制和药效学研究，证明它是一种强效的STAT3抑制剂，是TNBC治疗的潜在候选药物。
设计策略
由于我们之前报道的15e表现出优异的STAT3抑制能力，Kd值为4.24 μM，它可能具有显著的抗TNBC活性。为了研究这一系列醌的构效关系（SAR），我们设计了更多具有不同侧链的噻吩[3',2':4,5]苯并[1,2-d]异噁唑-4,8-二酮衍生物。此外，将硫原子替换为氧或氮，并系统地改变侧链，将有助于更深入地了解环状杂原子的影响
结论
在这项研究中，我们设计并合成了一系列异噁唑醌衍生物作为新型抗TNBC药物，通过靶向STAT3发挥作用。最有前景的化合物B16对两种TNBC细胞系（MDA-MB-231和MDA-MB-468）表现出强烈的活性，其效力约为napabucasin的10倍。进一步研究表明，B16可以直接结合STAT3的SH2结构域，并抑制STAT3的总水平和磷酸化水平。B16有效抑制了TNBC细胞的克隆形成
化学通用方法
所有溶剂、试剂和化学品均来自商业来源，无需进一步纯化即可使用。1H和13C核磁共振（NMR）谱是在Bruker光谱仪上记录的，质子（1H NMR）的频率为400 MHz、500 MHz或600 MHz，碳（13C NMR）的频率为101 MHz、151 MHz或126 MHz，以四甲基硅烷（TMS）或氘代溶剂作为内标。高分辨率质谱（HRMS）是在6200系列TOF/6500系列Q-TOF B.06.01（B6157）质谱仪上进行的
CRediT作者贡献声明
Dayou Ma：撰写——原始草稿，监督，资金获取。Xiaohe Liu：数据管理。Xiyuan Hu：数据管理。Xinyu Zhu：数据管理。Mingjian Li：数据管理。Suyou Liu：撰写——原始草稿，项目管理，资金获取。Zhongtai Sui：数据管理。Zhiyong Luo：监督，项目管理，资金获取。Shuang Ni：数据管理。Yao Li：数据管理。Caiyun Nie：数据管理。Junfeng Ye：数据管理。Xu Deng：撰写——原始草稿，
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（编号22177137）、中国国家自然科学基金（编号82271907）、中南大学高级跨学科研究计划（编号2023QYJC032）以及湖南省自然科学基金（编号2024JJ5418）的支持。
