新型喹啉-查尔酮杂化体及其稠合吡唑并/吡啶并嘧啶衍生物的合成、抗癌与抗锥虫活性评价

《Bioorganic Chemistry》：Quinolinyl-appended chalcones as promising antiproliferative and trypanocidal agents: Synthesis, biological profiling, and further transformation into novel benzo[ f]pyrazolo[5,1- a][2,7]naphthyridine and quinoline-pyrido[2,3- d]pyrimidin-2,4-dione hybrids

本综述系统总结了新型喹啉-查尔酮类化合物及其稠合杂环衍生物（苯并[f]吡唑并[5,1-a][2,7]萘啶和吡啶并[2,3-d]嘧啶-2,4-二酮）的设计合成、结构表征及生物活性。研究通过Friedl?nder环化/Claisen-Schmidt缩合及串联环化反应高效构建了34个目标分子，并利用NCI-60细胞系筛选和T. cruzi锥虫模型揭示了其显著的抗增殖（GI50达0.46 μM）与抗锥虫活性（活性最强化合物2a使虫体存活率降至34%）。构效关系表明，苯环对位溴取代（如2q）可显著增强抗癌活性，而杂环稠合会降低抗锥虫效果。该工作为开发多靶点抗肿瘤/抗寄生虫先导化合物提供了新思路。

　　

2.1. 喹啉-查尔酮前体2的合成

研究以2-甲基-4-苯乙烯基喹啉-3-乙酰基化合物1为起始原料，通过碱催化Claisen-Schmidt缩合反应，与一系列芳香醛在乙醇中反应，高效合成了24个新型喹啉-查尔酮衍生物2a-2w。该反应在室温下进行1-5小时，收率达74%-99%。目标产物通过硅胶柱色谱纯化，并经核磁共振（¹H NMR、¹³C NMR）、高分辨质谱（HRMS）和红外光谱（IR）确证结构。例如化合物2a的¹H NMR中出现的反式烯烃特征信号（δ 7.72, d, J= 16.3 Hz; δ 7.08, d, J= 16.3 Hz）证实了查尔酮骨架的形成。

2.2. 苯并[f]吡唑并[5,1-a][2,7]萘啶杂化体3的构建

以化合物2a为模型底物，研究人员优化了其与肼的环化反应条件。研究发现，在甲醇溶剂中，以5 mol%的硝酸铈铵（CAN）为催化剂，40°C反应2小时，可最高效地（收率68%）得到目标杂环产物3a。该反应经历分子内氮杂-迈克尔加成/氧化环化串联过程，生成具有连续三个环系的苯并吡唑并萘啶骨架。X射线单晶衍射分析（CCDC-2493527）明确揭示了3a的立体化学结构，其晶体中存在C-H···N氢键和C-H···π相互作用，形成三维超分子框架。

2.3. 喹啉-吡啶并[2,3-d]嘧啶-2,4-二酮杂化体4的一锅法合成

发展了一种更简洁的一锅两步法合成策略，直接从3-乙酰基喹啉1出发，先后与芳香醛和6-氨基-1,3-二甲基尿嘧啶（6-ADMU）反应，在氢氧化锂（LiOH）催化下，一锅法制备了16个新型杂化体4a-4w。优化条件为：1.0 mmol 1, 1.3 mmol 6-ADMU, 1.6 mmol LiOH, 乙醇, 80°C。该策略避免了中间体2的分离，缩短了反应时间（11-23小时），收率在53%-92%之间。产物的结构通过NMR和HRMS确认，其中吡啶并嘧啶二酮片层的特征信号（如H6质子单峰δ 7.16-7.04，两个N-CH₃单峰δ 3.49-3.20和δ 3.84-3.61）清晰可辨。

2.4. 体外抗癌活性筛选（NCI-60）

34个目标化合物接受了美国国家癌症研究所（NCI）的体外抗癌活性筛选。初筛（10 μM）结果显示，12个喹啉-查尔酮2表现出显著活性（平均生长抑制率GI_mean% ≥ 68%），其中2b, 2d, 2g, 2j, 2k, 2m, 2q甚至在某些细胞系中表现出细胞致死效应（负GI%值）。特别是对位溴取代的2q，在几乎所有细胞系中均表现出强细胞毒性。相比之下，杂环稠合衍生物3和4的活性普遍较弱。

活性优异的化合物进入五剂量测试，以确定半数生长抑制浓度（GI₅₀）和半数致死浓度（LC₅₀）。构效关系（SAR）分析表明：喹啉-查尔酮的活性优于其杂环稠合衍生物；在查尔酮的苯乙烯基苯环上引入给电子基团（如甲基）或卤素（Br, Cl）、三氟甲基等吸电子基团能增强活性，其中对位溴取代（2q）效果最佳；而杂环稠合（形成3和4）通常导致活性降低。化合物2g表现出最广谱和最强的抗增殖活性，其对白血病（MOLT-4）、结肠癌（HCT-116）和乳腺癌（MCF-7）细胞系的GI₅₀值分别达到0.51 μM、0.52 μM和0.46 μM，且LC₅₀远高于GI₅₀，显示出良好的选择性（治疗指数）。白血病、结肠癌和乳腺癌细胞系是对该类化合物最敏感的细胞类型。

2.5. 体外抗锥虫（Trypanosoma cruzi）活性评价

化合物在100 μM浓度下对克氏锥虫（T. cruzi）Dm28c株锥鞭毛体的杀锥虫活性进行了评估。结果显示，喹啉-查尔酮2再次表现出最强的活性，能显著降低寄生虫存活率。其中，未取代的2a和2,6-二氯取代的2k活性最强，分别将虫体存活率降至34%和36%。将查尔酮转化为苯并吡唑并萘啶3或吡啶并嘧啶二酮4后，抗锥虫活性普遍减弱，表明查尔酮骨架对于抗锥虫活性至关重要。

对活性最强的化合物（2a, 2i, 2k）及其杂化体（3a, 3i, 3k, 4a, 4i, 4k）进行了IC₅₀测定。2a和2k的IC₅₀值分别为49.4 μM和52.4 μM，而2i活性较低（87.5 μM）。其相应的杂化体活性均显著降低（IC₅₀> 74.5 μM），进一步证实了查尔酮母核的重要性。

2.6. 作用机制初探

为初步探索活性化合物的作用机制，研究检测了它们对锥虫线粒体膜电位（Δψm）和细胞内活性氧（ROS）水平的影响。结果表明，活性化合物2a和2k在处理3小时后，能引起锥虫线粒体膜电位的显著降低，提示其作用机制可能涉及线粒体功能干扰。此外，使用DCFH?-DA探针检测ROS水平发现，化合物2a和2k能诱导锥虫和宿主Vero细胞内ROS的急剧升高。当使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）预处理寄生虫时，化合物2a和2k的杀锥虫活性被部分逆转，这表明氧化应激可能参与了其发挥抗锥虫作用的机制。

总结与展望

本研究成功设计并合成了一系列结构新颖的喹啉-查尔酮及其苯并吡唑并萘啶、吡啶并嘧啶二酮杂化体，并系统评价了其抗癌和抗锥虫活性。研究发现，喹啉-查尔酮类化合物，特别是2a, 2g, 2k, 2q等，兼具显著的抗增殖活性和抗克氏锥虫活性，是具有良好开发前景的双重活性先导化合物。构效关系明确了查尔酮骨架以及苯环上特定取代基（如对位溴）对活性的关键作用。初步机制研究表明，其作用可能与破坏线粒体功能和诱导氧化应激有关。这些发现为基于喹啉-查尔酮骨架开发新型抗肿瘤和抗寄生虫药物提供了重要的理论依据和化合物实体。未来的研究将集中于对高活性先导化合物进行更深入的机制阐明和结构优化。