新型合成化合物通过诱导凋亡调控基因表达抑制乳腺癌三维球体生长的评估研究

《Scientific Reports》：Assessment of cytotoxicity of some synthetic compounds against breast carcinoma spheroids with subsequent analysis of pro-apoptotic and gene expression

本研究针对乳腺癌治疗中高毒性、易转移及药物渗透性差等挑战，筛选了80种合成有机化合物在二维单层和三维球体模型中的抗肿瘤活性。研究发现化合物F03、F06和C02对MCF7三维球体具有强效细胞毒性（IC50<26μM），且对正常RPE1细胞安全性高（细胞毒性<35%）。其作用机制与显著上调促凋亡基因P53、BAX及下调BCL2表达相关，同时通过M30 CytoDeath ELISA验证了凋亡诱导活性（>4倍增加）。该研究为基于肿瘤穿透性（XLogP>3.6）的抗癌药物开发提供了新策略。

　　

乳腺癌作为全球女性发病率最高的恶性肿瘤，其治疗面临两大核心难题：一是传统化疗药物对正常组织的高毒性，二是肿瘤细胞在三维微环境中表现出的耐药性。二维细胞模型难以模拟体内肿瘤的复杂结构，导致许多在体外显示活性的化合物在体内失效。因此，开发能够穿透肿瘤基质、选择性诱导癌细胞死亡的新型化合物成为当务之急。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，埃及国家研究中心的Khaled Mahmoud团队系统评估了80种合成有机化合物对乳腺癌三维球体的抑制作用，并深入探索了其作用机制。研究人员采用了一种循序渐进的筛选策略：首先通过二维单层模型初筛，再利用更接近体内环境的三维球体模型验证活性，最终结合基因表达分析和凋亡检测，锁定最具潜力的先导化合物。

研究采用的关键技术包括：三维肿瘤球体培养技术（模拟体内肿瘤微环境）、酸磷酸酶法检测球体细胞活性、M30 CytoDeath ELISA法定量凋亡水平，以及实时定量PCR（qRT-PCR）分析凋亡与炎症相关基因表达。

Cytotoxicity evaluation on MCF7 monolayers

在50μM浓度下，80种化合物对MCF7单层细胞的筛选显示，37.5%的化合物表现出强细胞毒性（70%-100%），20%为中等活性（40%-69%）。其中化合物B02、C02、E010等9种化合物达到100%抑制率，而部分化合物（如B04）出现负值，提示可能具有促增殖作用。

Cytotoxicity evaluation on Multicellular Spheroids of MCF7 and RPE1 Cell Lines

转入三维球体模型后，仅有6种化合物（7.5%）保持强抑制活性（70%-100%），包括C02、F03、F06等。进一步检测这些化合物对正常视网膜上皮细胞（RPE1）球体的毒性发现，F03、F06、C02对正常细胞损伤较小（细胞毒性≤34.4%），而A07、D08、H09的毒性接近或超过37%。IC₅₀测定显示F03、F06、C02对MCF7球体的半抑制浓度分别为18.8μM、24.8μM和25.3μM，显著优于对照药物顺铂（31.7μM）。

Pro-apoptotic activity evaluation

通过M30 CytoDeath ELISA检测发现，F06诱导的凋亡信号强度为阴性对照的6.25倍，F03和C02分别达到4.85倍和4.02倍，均超过预设的4倍活性阈值。这表明三者主要通过激活凋亡途径杀伤癌细胞。

Gene expression profile

qRT-PCR分析显示，F06显著上调P53和BAX表达，同时强烈抑制BCL2；F03和C02也呈现类似趋势但强度较弱。在炎症指标方面，三者均引起IL-6、TNF-α和MMP1表达升高，这种促炎效应可能成为后续优化的重点。

Determination of the XLogP values

活性化合物的XLogP值（1.87-5.32）显著高于库中其他化合物（p<0.055），证实脂溶性是穿透三维球体的关键因素。F03（4.53）、F06（3.92）、C02（3.61）的较高脂溶性与其高效性呈现正相关。

该研究首次报道了F03、F06、C02三种含硫化合物（结构含磺酰胺、硫脲、噻吩等基团）通过调控P53/BAX/BCL2通路诱导乳腺癌球体凋亡的新机制。其创新性在于将三维模型筛选与脂溶性分析相结合，为克服肿瘤耐药提供了新思路。尽管化合物存在促炎副作用，但优异的肿瘤选择性和明确的机制使其成为抗癌药物开发的理想起点。这项研究不仅发现了具有临床应用潜力的先导化合物，更建立了一套从表型筛选到机制验证的抗癌药物发现范式。