靶向 MTHFD2 新突破：异戊烯基查尔酮优化设计，开启癌症治疗新篇章

MTHFD2 在癌细胞中高表达，是癌症治疗的潜在靶点，但现有抑制剂存在选择性差等问题。研究人员设计合成异戊烯基查尔酮系列化合物，发现化合物 41 对 MTHFD2 抑制活性高且选择性好，为癌症治疗提供了潜在候选药物。

　　

研究背景

在癌症治疗领域，找到精准有效的治疗靶点和药物一直是科研人员努力的方向。甲基 enetetrahydrofolate dehydrogenase 2（MTHFD2）作为一种在癌细胞代谢中扮演关键角色的线粒体酶，逐渐进入人们的视野。MTHFD2 在癌细胞中高度上调，而在健康成人组织中却仅有极低的表达。它参与一碳代谢过程，负责 5,10 - 亚甲基四氢叶酸（CH₂ - THF）的脱氢以及 5,10 - 次甲基四氢叶酸水解生成 10 - 甲酰基四氢叶酸的反应，这些产物对核酸生物合成至关重要。正因如此，MTHFD2 成为极具潜力的癌症治疗靶点。

然而，开发针对 MTHFD2 的有效抑制剂并非易事。MTHFD1 作为 MTHFD2 的同源蛋白，二者拥有 55.6% 的序列相似性，且 MTHFD1 在正常细胞和组织中广泛表达。这就要求开发出的抑制剂必须高度选择性地作用于 MTHFD2，否则抑制 MTHFD1 可能会对正常组织造成潜在风险。目前，已有多种 MTHFD2 抑制剂被报道，如叶酸类似物 LY345899、天然产物 carolacton、香豆素衍生物 DS18561882 以及黄嘌呤衍生物等。但它们都存在各自的问题，LY345899 体外抑制活性选择性低，DS18561882 体内合成复杂、使用剂量高，carolacton 和黄嘌呤衍生物等活性或选择性欠佳，且部分未进行体内测试。这些问题严重阻碍了 MTHFD2 抑制剂的进一步发展。

在这样的背景下，科研人员急需找到新的突破点。传统中药中蕴含着丰富的药用资源，其中苦参（Sophora subprostrata）根备受关注。苦参根具有多种生物活性，其成分苦参碱有解热和抗肿瘤作用且无急性毒性，槐定碱的黄酮类衍生物有胃保护和溃疡愈合活性，苦参多糖还有抗氧化作用。基于此，研究人员希望从苦参根中寻找灵感，开发新型、高效且选择性高的 MTHFD2 抑制剂。

研究概况

为解决上述难题，国内研究人员开展了深入研究。他们从苦参根中分离出三种天然产物：槐定碱（1）、槐酮（2）和美迪紫檀素（3），并以槐定碱为基础，通过计算机辅助药物设计，设计并合成了一系列异戊烯基黄酮类化合物及其衍生物（4 - 64） 。研究发现，优化后的化合物 41 表现出卓越的性能，为癌症治疗带来了新的希望。相关研究成果发表在《European Journal of Medicinal Chemistry》上。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。通过各种色谱技术对苦参根提取物进行分离纯化，得到目标天然产物。利用酶活性测定评估合成化合物对 MTHFD2 的抑制效果，确定其活性高低。借助细胞热迁移分析（Cellular Thermal Shift Assay）探究化合物 41 与 MTHFD2 的结合情况。此外，还通过细胞实验检测化合物 41 对细胞内活性氧（ROS）积累、细胞增殖的影响，并建立小鼠异种移植模型评估其体内抗肿瘤效果，同时分析其药代动力学特性。

研究结果

1. 活性成分确认与合理设计：研究人员利用多种色谱技术对苦参根提取物进行分离和纯化，成功得到槐定碱（1）、槐酮（2）和美迪紫檀素（3）这三种化合物，并通过与文献数据对比确定了它们的结构。细胞增殖实验表明槐定碱（1）和槐酮（2）具有一定活性，为后续研究奠定了基础。
2. 化合物活性与选择性研究：通过对合成的一系列异戊烯基黄酮类化合物及其衍生物进行酶活性测定，研究人员发现查尔酮骨架和异戊烯基的引入能显著提高对 MTHFD2 的酶抑制活性。其中，化合物 41 表现最为突出，它含有异戊烯基和三个羟基，在酶促反应实验中展现出强大的活性和高选择性（MTHFD1 IC₅₀ = 19.05 ± 7.10 μM，MTHFD2 IC₅₀ = 1.46 ± 0.28 μM，SI = 13），其对 MTHFD2 的效力和选择性相比槐定碱（1）提升近 10 倍。
3. 化合物与靶点结合及细胞内作用机制研究：细胞热迁移分析显示化合物 41 可以直接与 MTHFD2 结合。在体外实验中，化合物 41 能显著促进肺癌细胞 H1299 内 ROS 积累，对肺癌细胞 H1299 表现出强大的抗增殖活性，同时对正常细胞 BEAS - 2B 的毒性较低。这表明化合物 41 可能通过调节细胞内氧化还原平衡来发挥抗癌作用。
4. 体内抗肿瘤效果及药代动力学研究：在小鼠异种移植模型实验中，化合物 41 展现出显著的抗肺癌效果，能够有效抑制肿瘤生长。而且，它还具有良好的药代动力学特性，在主要器官中未引起明显异常。这意味着化合物 41 不仅在抗癌方面效果显著，还具备较好的安全性，为其进一步开发应用提供了有力支持。

研究结论与讨论

综上所述，研究人员从苦参根中成功分离并鉴定出靶向 MTHFD2 的活性化合物槐定碱和槐酮，并在此基础上设计合成了一系列新型、选择性高的异戊烯基查尔酮衍生物。经过深入研究，发现化合物 41 是一种高效的 MTHFD2 抑制剂，具有强大的抗癌活性和良好的药代动力学特性。

这项研究具有重要意义。它丰富了 MTHFD2 抑制剂的结构 - 活性关系，为后续开发更有效的 MTHFD2 抑制剂提供了理论依据和结构模板。化合物 41 作为潜在的癌症治疗候选药物，有望为癌症治疗带来新的突破，改善癌症患者的治疗现状和预后。不过，目前研究仍处于前期阶段，未来还需要进一步开展更深入的研究，如探究化合物 41 在不同癌症类型中的具体作用机制、优化其药代动力学性能、评估长期使用的安全性等，以推动其从实验室走向临床应用，真正造福广大癌症患者。