发现一种新型的二苯基哌啶酮-萘醌类STAT3抑制剂，可作为化学生物免疫治疗药物

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of a novel diphenyl piperidinone-naphthoquinone STAT3 inhibitor as chemoimmunotherapeutic agent

该研究设计并合成了系列新型 diarylpiperidinone-naphthoquinone 杂交化合物，发现化合物8d显著抑制STAT3 SH2域活性，诱导肿瘤细胞凋亡和铁死亡，同时增强抗肿瘤免疫应答。体外实验显示其IC50为0.26-0.67 μM，效力是前体的192倍，体内实验显示5 mg/kg剂量下肿瘤抑制率达63.17%，优于现有化疗药物。该化合物通过多靶点抑制STAT3信号通路，调控氧化应激和免疫微环境，为免疫化疗联合提供新思路。

　　这项研究聚焦于设计并合成一系列新型的 diarylpiperidinone-naphthoquinone 混合物，旨在寻找一种高效的 STAT3 SH2 域抑制剂。STAT3（信号转导与转录激活因子 3）作为细胞内信号传导的关键枢纽，已被广泛确认为多种癌症发生和发展的驱动因素。在正常生理条件下，STAT3 通过细胞因子或生长因子受体的刺激而短暂激活，精确调控细胞增殖、分化和生存相关的基因表达。然而，在许多实体瘤和血液系统恶性肿瘤中，STAT3 的持续激活和磷酸化是由于上游信号通路（如 JAK 和 EGFR）的过度激活，导致其形成二聚体。一旦 STAT3 迁移到细胞核，它会转录性上调多种关键的致癌因子，包括 cyclin D1、Bcl-2、Bcl-xL、survivin 和 VEGF，赋予癌细胞无限增殖能力、对凋亡的抵抗以及侵袭和转移的潜力。

此外，在肿瘤微环境中，STAT3 会抑制树突状细胞的成熟，削弱自然杀伤细胞（NK）介导的细胞毒性作用，并促进调节性 T 细胞（Tregs）和髓系来源的抑制细胞（MDSCs）的扩增，从而整体上削弱抗肿瘤免疫反应。因此，针对 STAT3 的干预不仅能够直接抑制肿瘤细胞的恶性表型，还可能重塑免疫抑制性的微环境，使其成为一种有吸引力的抗癌策略。

STAT3 蛋白由大约 770 个氨基酸组成，包含六个功能域，分别是 N 端域（NTD）、卷曲螺旋域（CCD）、DNA 结合域（DBD）、连接域（LD）、Src 同源 2 域（SH2）和转录激活域（TAD）。每个功能域在 STAT3 的生物学功能中都扮演着独特的角色。其中，SH2 域是一个高度保守的区域，通过与特定的磷酸酪氨酸残基相互作用，调控 STAT3 的二聚化过程。因此，针对 SH2 域的设计是抑制 STAT3 信号传导的关键策略。此外，未磷酸化的 STAT3 也可以通过二硫键形成二聚体，保留一定的功能活性，这为抑制剂的设计带来了额外的挑战。

目前，针对 SH2 域的 STAT3 抑制剂通常只结合其中一到两个亚口袋，如 pTyr 705 位点（PY）、疏水的 Leu 706（PY+1）位点以及侧口袋（PY-X）。由于这些亚口袋的亲和力存在差异，大多数现有的 SH2 靶向 STAT3 抑制剂在大多数肿瘤细胞系中表现出微摩尔级别的抑制活性。然而，一些临床前药物，如 TTI-101，在 II 期临床试验中因高剂量给药导致的毒性问题而被终止。因此，开发新一代具有高疗效和良好药理特性的 STAT3 SH2 域抑制剂具有重要的转化前景。

在这项研究中，基于前人的工作，设计并合成了一系列新型的 diaryl piperidinone-naphthoquinone 混合物。实验结果表明，其中的先导化合物 8d 在多种肿瘤细胞系中表现出纳摩尔级别的半数抑制浓度，并在 BALB/c 小鼠异种移植模型中显示出显著的肿瘤生长抑制效果。值得注意的是，化合物 8d 能够有效抑制 STAT3 并同时占据 STAT3 SH2 域中的 PY、PY+1 和 PY-X 亚口袋，进一步诱导肿瘤细胞的凋亡和铁死亡，并增强抗肿瘤免疫反应。因此，化合物 8d 在重新编程免疫“冷”肿瘤转变为“热”肿瘤方面具有潜在的应用价值。

在体外评估中，采用 CCK-8 试剂盒检测化合物 8d 的抗增殖活性，结果表明其对多种癌细胞系（包括 SW480、MDA-MB-231、A549 和顺铂耐药的 A549/DDP 细胞）表现出显著的抑制效果，IC?? 值为 0.26–0.67 μM。相比之下，其前体化合物 4 和 3d 以及临床药物奥沙利铂、多柔比星和顺铂的 IC?? 值较高，说明化合物 8d 的活性明显优于这些化合物。此外，体内抗肿瘤研究在 CT26 肿瘤模型的 BALB/c 小鼠中进行，结果显示化合物 8d 在 5 mg/kg 剂量下可使肿瘤生长抑制率达到 63.17%，显著高于前体化合物 4（29.60%）和 3d（31.12%），以及它们的联合使用（37.06%）。在 10 mg/kg 剂量下，化合物 8d 的肿瘤生长抑制率达到 75.62%，与奥沙利铂（OXA）的 76.22% 相当，但显示出更好的耐受性。

在机制研究中，发现化合物 8d 能够直接结合 STAT3 SH2 域，从而抑制 STAT3 的激活（磷酸化，p-STAT3）及其下游信号传导。这些变化随后触发活性氧（ROS）的产生，下调 Bcl-2 表达，破坏线粒体膜电位（ΔΨm），抑制谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）活性，并增加脂质过氧化（LPO）水平，最终诱导肿瘤细胞的凋亡和铁死亡。这些效应协同作用，进一步诱导免疫原性细胞死亡（ICD），促进树突状细胞（DC）的成熟，并增强 CD8+ T 淋巴细胞对肿瘤微环境（TME）的浸润，从而增强抗肿瘤免疫反应。

综上所述，化合物 8d 通过结合化疗和免疫治疗的机制展现出强大的抗肿瘤效果，这表明其在癌症治疗中的潜在应用价值。研究不仅揭示了化合物 8d 的分子结构对其生物活性的重要影响，还为未来开发更高效、更安全的 STAT3 SH2 域抑制剂提供了理论依据和技术支持。通过优化分子结构，研究人员能够提高药物对目标蛋白的亲和力，同时减少对非靶点的影响，从而增强其选择性和疗效。此外，这种新型化合物的设计理念也为其他抗癌药物的开发提供了新的思路，特别是在重新编程免疫“冷”肿瘤方面。

研究团队在合成过程中采用了详细的路线设计，通过酸催化下的缩合反应，将 4-哌啶酮盐酸盐与取代的苯甲醛合成中间体 3a-3j。随后，将甲萘醌与琥珀酸酐或戊二酸酐在乙腈和水的混合溶剂中，在 80°C 下回流反应 6 小时，进一步构建目标化合物的结构。这些合成步骤不仅确保了化合物的结构多样性，还提高了其生物活性。实验过程中，使用了多种分析手段，包括薄层色谱（TLC）监测反应进程和产物混合物，以及核磁共振（NMR）技术分析化合物的结构。此外，研究团队还得到了多个资助机构的支持，包括国家自然科学基金、广西自然科学基金、桂林市科技发展计划项目以及广西药物发现与优化重点实验室的项目，这为研究的深入开展提供了坚实的资源保障。

研究人员在实验中发现，化合物 8d 不仅能够有效抑制 STAT3 的活性，还能够同时占据其 SH2 域中的多个关键亚口袋，从而增强其抑制效果。这一发现表明，同时靶向多个亚口袋可能是一个有效的策略，以提高 STAT3 抑制剂的亲和力和选择性。此外，化合物 8d 的抗增殖活性和免疫调节作用也表明，其在癌症治疗中的应用前景广阔。通过进一步的研究，可以探索其在不同类型的癌症中的应用效果，并评估其在临床试验中的安全性和有效性。

研究团队在撰写过程中还得到了 DeepSeek AI 的支持，用于语言润色和文本优化，这有助于提高论文的表达清晰度和科学性。此外，研究团队还声明了不存在可能影响研究结果的竞品利益关系，确保了研究的客观性和公正性。这些信息表明，研究团队在进行科研工作时，不仅注重实验设计的科学性和严谨性，还关注论文的表达质量和伦理规范。

总的来说，这项研究通过设计和合成一系列新型的 diaryl piperidinone-naphthoquinone 混合物，探索了其在 STAT3 SH2 域靶向治疗中的应用潜力。研究不仅验证了化合物 8d 的高效抗肿瘤活性，还揭示了其作用机制，为未来开发更高效的抗癌药物提供了重要的理论依据和技术支持。通过优化分子结构，研究人员能够提高药物对目标蛋白的亲和力，同时减少对非靶点的影响，从而增强其选择性和疗效。此外，这种新型化合物的设计理念也为其他抗癌药物的开发提供了新的思路，特别是在重新编程免疫“冷”肿瘤方面。研究的深入开展不仅有助于推动癌症治疗领域的发展，还可能为其他疾病的治疗提供新的方法和思路。