包括苯并咪唑结构的化合物的抗增殖活性、伤口愈合作用以及理论计算研究

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Antiproliferative Activity, Wound Healing, and Theoretical Computational Studies of Compounds Including the Benzimidazole Moiety

本研究合成并表征了含苯并咪唑基团的四个新化合物（3a-d），通过MTT法评估其抗癌活性。化合物3d在DLD-1和A549细胞系中IC50值分别为26.65±3.62 μM（72h）和19.75±2.49 μM（72h），显著高于其他化合物。体外伤口愈合实验显示3a-c促进正常HEK-293T细胞愈合，而3d无效。通过SwissADME和Protox-II分析其ADME和毒性特性，并发现3d与HDAC6酶结合活性最强但弱于标准抑制剂vorinostat。分子动力学模拟显示3d与HDAC6复合物稳定。

　　

塞内姆·阿科克（Senem Akkoc）

苏莱曼·德米雷尔大学（Suleyman Demirel University），药学院，基础药学系，土耳其伊斯帕尔塔（Isparta）32260

摘要

在本研究中，制备了包含苯并咪唑结构的化合物，并通过光谱方法对其进行了表征。这些独特的杂环化合物（3a-d）被用于检测在不同培养时间下对肺癌和结肠癌细胞系的细胞活力的影响，这些细胞系在全球范围内广泛分布。在合成的化合物中，3d对DLD-1和A549癌细胞系表现出显著的细胞毒性，显示出作为先导化合物的强大潜力。此外，还对这些苯并咪唑衍生物在HEK-293T细胞上进行了体外伤口愈合测试。研究发现，化合物3a–c能够促进正常HEK-293T细胞的伤口愈合，而化合物3d在DLD-1细胞中72小时和96小时时的IC₅₀值分别为26.65 ± 3.62 μM和22.21 ± 1.61 μM，在A549细胞中72小时时的IC₅₀值为19.75 ± 2.49 μM，对伤口愈合没有效果。利用SwissADME在线服务器对在癌细胞中表现出高细胞毒性的化合物3d的计算机模拟ADME性质进行了研究。同时，还使用Protox-II在线服务器对其毒性特性进行了分析。通过分子对接方法评估了这些化合物与组蛋白去乙酰化酶的结合潜力，发现新的化合物3d对目标的结合潜力最强。该化合物与酶的结合强度低于标准抑制剂vorinostat。通过分子动力学（MD）模拟评估了HDAC6-3d复合物的稳定性，结果显示HDAC6-3d复合物在200纳秒的模拟时间内是稳定的。

引言

苯并咪唑是一类至今仍被广泛研究的杂环化合物，因为它们具有多种多样的性质[1], [2], [3], [4]。含有苯并咪唑核的化合物属于双环芳香族化合物。苯并咪唑中的NH基团既具有弱碱性又具有强酸性[5]。此外，这类化合物还能够形成盐类，正如本研究所展示的那样。

苯并咪唑衍生物被认为是最重要的杂环化合物之一，具有多种生物活性，包括抗菌[6], [7]、抗真菌[8]、抗癌[9]、抗增殖[10], [11], [12]、抗氧化[13]、抗结核[14]、抗炎[15]、抗生物膜[16], [17]、抗糖尿病[18]、抗疟疾[19]、抗疟原虫[20]、镇痛[21]、抗凝血[22]、抗溃疡[23]、抗巨细胞病毒（包括鼠巨细胞病毒和人类巨细胞病毒HCMV）[24]、DNA拓扑异构酶I抑制剂[26]、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制剂[27], [28]等作用。

苯并咪唑核心是一些具有多种药理活性的生物活性分子的药效团，例如：奥美拉唑是一种质子泵抑制剂，用于治疗消化性溃疡、消化不良、胃食管反流和卓-艾利斯森综合征；噻苯达唑是一种抗真菌和抗寄生虫药物；阿司咪唑因严重的副作用现已禁用，过去曾作为第二代长效抗组胺药使用；维利帕利布是一种潜在的抗癌药物，通过阻断聚(ADP-核糖)聚合酶（PARP）蛋白来杀死癌细胞；利迪尼唑是一种正在研究中的抗生素，用于治疗艰难梭菌感染；阿苯达唑是一种抗蠕虫和抗原生动物药物，用于治疗多种肠道寄生虫感染，如钩虫病、蛲虫病、绦虫病、华支睾吸虫病、包虫病和贾第虫病。下面展示了一些含有苯并咪唑核的重要结构（图1）。

癌症具有高度复杂性、高发病率和致命性。2020年约有1930万新发癌症病例，其中近1000万人因此丧生。预计到2040年，这一数字将增至约2950万例，死亡人数将达到1640万[29]。这些数据使得癌症成为了一个严重的公共卫生问题。癌症类型多样，包括乳腺癌、胃癌、肺癌、肝癌、结肠癌、胰腺癌、食管癌、前列腺癌、阴道癌、阴茎癌、睾丸癌、间皮瘤、唾液腺癌、卡波西肉瘤、肛门癌、外阴癌和霍奇金淋巴瘤等。

含有苯并咪唑结构的化合物继续被用于新药开发，因为它们在制药领域具有广泛应用前景。因此，本研究旨在合成不同的基于苯并咪唑的化合物，为杂环化合物研究做出重要贡献。具体而言，合成并完全表征了一种已知化合物（3b）和三种新化合物（3a, 3c, 3d）。由于癌症仍然非常普遍且相关死亡率很高，这些化合物在两种不同的癌细胞系中进行了测试。所有化合物也在人类健康细胞系中进行了测试。化合物3d在结构上具有特殊性质，在DLD-1细胞系中72小时和96小时培养后的IC₅₀值分别为26.65 ± 3.62 μM和22.21 ± 1.61 μM，在A549细胞系中72小时后的IC₅₀值为19.75 ± 2.49 μM，表现出最强的抗增殖作用。特别关注了最有效的化合物3d，对其进行了理论计算。

试剂和材料

使用Bruker 400仪器进行核磁共振（NMR）测量，使用Perkin Elmer 400 FT-IR光谱仪进行红外（IR）测量。所有试剂均未经纯化直接购买和使用。1,2-苯二胺、N-(2-氯乙基)哌啶盐酸盐、2-氯乙醇、氢氧化钾和乙醇均购自Merck公司；3-甲基苄基氯和4-甲基苄基氯购自Alfa Aesar公司；3-氯-1-丙醇和4-乙烯基苄基氯也来自相同公司。

化合物3a-d的合成

本研究中通过两步法合成了四种苯并咪唑盐（方案1）。化合物3a-d的结构通过NMR、IR、HRMS（针对3b）和元素分析得到了确认。

在IR光谱中，确认苯并咪唑盐结构的C=N峰分别出现在1554.5、1558.4、1554.5和1558.4 cm^-1处。

在¹H NMR光谱中，酸性质子（NCHN）的化学位移值证实了化合物的成功合成。

结论

合成了四种基于苯并咪唑的化合物（3a-d），并在不同培养时间下检测了它们的抗增殖活性。此外，还对这些化合物在人类胚胎肾细胞系293T中的效果进行了测试，以评估它们对正常细胞的选择性。MTT结果显示，化合物3d在结肠和肺癌细胞中表现出抗增殖作用。

利益冲突

作者声明没有可能影响本文研究的利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

作者感谢苏莱曼·德米雷尔大学研究基金（TSG-2024-9516）的财政支持。同时感谢苏莱曼·德米雷尔大学的穆罕默德·蒂拉洪·穆罕默德副教授在分子对接和分子动力学研究中的宝贵帮助，以及伊斯帕尔塔应用科学大学的奥默·迪莱克博士在ADME性质计算方面的支持。