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为解决抗癌药研发问题，研究人员开展氮杂环 C-H 晚期官能化修饰达尼喹酮（Daniquidone）的研究。合成 23 种衍生物并测试体外抗癌活性，发现 1g、2i 等化合物活性增强。为抗癌药修饰提供新思路。
在抗癌药物的研发领域，氮杂环类化合物一直占据着重要地位。众多天然产物和药物中都能看到氮杂环的身影，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的小分子药物里，高达 59% 都含有氮杂环。它们在抗肿瘤、抗菌、抗病毒等方面发挥着关键作用，不仅能抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡、调节细胞周期，还可作为药物载体，提升药物靶向性和生物利用度，降低毒副作用。然而，传统合成和修饰氮杂环的方法存在诸多局限，比如步骤繁琐、引入基团种类受限等，这使得研发新型、高效的氮杂环合成与修饰方法成为化学家和医药研究者们迫切的任务。
与此同时，C-H 晚期官能化（LSF）技术崭露头角。它能直接激活现有化合物中的 C-H 键，在生物活性分子的特定位置引入活性基团，高效且低成本地制备新分子，无需为每种新化合物开发全新合成路线。基于此，利用 C-H 晚期官能化技术对现有抗癌药物进行结构修饰，有望提升药物活性，为解决抗癌药物耐药性问题带来新的希望。
在这样的背景下，研究人员将目光聚焦在达尼喹酮（Daniquidone）上。达尼喹酮是一种早在 1978 年就被合成出来的化合物，经美国国家癌症研究所（NCI）研究发现，它对多种实体瘤和具有多重耐药性的白血病均有显著抑制作用，其作用机制是作为 DNA 拓扑异构酶 I 和 II 的双重抑制剂，干扰肿瘤细胞 DNA 复制。但传统制备达尼喹酮及其衍生物的方法存在弊端，限制了其进一步优化。此外，达尼喹酮的代谢产物 N - 乙酰达尼喹酮具有基因毒性，而脱氨基类似物虽无此毒性，但二者对拓扑异构酶的抑制作用却无明显差异，这表明其抗肿瘤效果与氨基无关。为了深入挖掘达尼喹酮的潜力，研究人员开启了对其进行修饰的探索之旅，该研究成果发表在《European Journal of Medicinal Chemistry Reports》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在合成衍生物方面，借助铜催化的 C-H 晚期官能化反应，通过一系列复杂的反应步骤，实现了对达尼喹酮的结构修饰。在活性测试环节，采用 CCK-8 法检测细胞活力，以此评估衍生物对不同癌细胞系的抑制作用；利用分子对接技术，探究活性较高的衍生物与靶点的结合模式，从分子层面揭示其抗癌机制。实验所用细胞系包括人卵巢癌细胞系 OVCAR-3、A2780 以及小鼠黑色素瘤细胞系 B16。
研究结果
- 化学合成成果：达尼喹酮苯环上的氨基会干扰反应，研究人员先将其乙酰化保护得到化合物 1a，产率 81%。1a 在特定反应条件下，与不同试剂反应，通过 C-O 耦合得到 N-α 羟基取代的半缩醛 1b（产率 79%）和甲氧基取代化合物 1c（产率 82%）等；1b 与 BF3·Et2O 反应生成亚胺中间体，再与多种亲核试剂反应，经 C-C 耦合得到 1d - 1h 等产物，产率在 53% - 84% 之间。尝试 C-N 耦合未成功，C-S 耦合虽能得到产物，但纯化时四氢嘧啶环会开环。之后，用溴取代苯环上的乙酰胺基，扩大了耦合产物范围，经 C-O、C-C、C-S 耦合分别得到 2b - 2f、2g - 2j、2k - 2o 等化合物，产率可观。
- 体外生物活性研究
- 对人卵巢癌细胞系 OVCAR-3 的抑制作用：用 CCK-8 法在 20μM 浓度下测试，发现 R8位有乙酰胺基时，R10位引入小官能团的类似物 1b - 1e 抗癌效果提升不明显；引入苄基的 1g 抑制率超 50%。R8位氨基被溴取代后，2a 活性与达尼喹酮相近，进一步引入含氧基团的 2b - 2d 活性无变化，糖基化衍生物 2e、2f 虽提高了溶解性，但抗肿瘤活性提升不显著。引入芳香基团的 2i、2j 活性显著增强，部分含硫衍生物也有活性提升。对 1g、2i、2j 和达尼喹酮进一步测试，2i 的 IC50值为 2.14±1.23μM，比达尼喹酮低近 20 倍，活性增强且溶解性更好。
- 对人卵巢癌细胞系 A2780 的抑制作用：同样在 20μM 浓度下初筛，达尼喹酮对 A2780 细胞抑制作用微弱，1a、1g、2i、2j 抑制作用显著增强。含 C-O 键的 1b、1c 效果不佳，C-C 耦合产物中，含烯丙基的 1e 活性稍有提升，1g 增强明显。2a 及其含氧基团耦合产物效果差，引入芳香基团的 2i、2j 抑制作用显著。含硫衍生物活性减弱或丧失。对 1g、2i、2j 和达尼喹酮的浓度梯度测试显示，2i 的 IC50值为 4.07±1.09μM，比达尼喹酮低近 10 倍，且能显著促进 A2780 细胞凋亡。
- 对小鼠黑色素瘤细胞系 B16 的抑制作用：达尼喹酮在 100μM 时有抑制作用，1 - 0.001μM 无明显抑制。对 1b、1d、2n 等衍生物测试发现，100μM 时 1b、1d 活性与达尼喹酮相当，10μM 时 2n 抑制率更优。扩大浓度范围测试，达尼喹酮 IC50值为 165.96±1.17μM，1b、1g 活性不如达尼喹酮，2n 因溶解性问题 IC50>400μM。
- 分子对接研究：以活性最高的 2i 为研究对象，基于已报道的 MJ-II-38 与人类拓扑异构酶 I-DNA 复合物进行分子对接。结果显示，2i 与拓扑异构酶 I-DNA 的结合模式与 MJ-II-38 相似，能与 Arg364 形成氢键，与 DNA 骨架形成 π - π 相互作用，其苯基插入由 Ile535、Arg364 和 Thr718 形成的疏水口袋，这可能是其抗癌活性强的原因。1g 和 2j 的结合模式与 2i 类似。
研究结论与讨论
研究人员成功开发了一种通过氮杂环 α 位 C (sp3)-H 晚期官能化合成取代达尼喹酮衍生物的有效方法，得到 23 种衍生物。体外抗癌活性测试表明，部分衍生物比达尼喹酮具有更强且更广谱的抗癌能力。1g 对卵巢癌细胞系 OVCAR-3 和 A2780 抑制作用显著，在 B16 细胞实验中表现也不错，有望成为广谱抗癌药。在 R10位引入芳香基团的 2i 和 2j 抗癌活性大幅提升，2i 对 OVCAR-3 和 A2780 的 IC50值分别比达尼喹酮低约 20 倍和 10 倍。分子对接研究从分子层面解释了 2i、1g 和 2j 抗癌活性优异的原因。对于 B16 细胞，含羟基的 1b 部分增强了达尼喹酮的抑制活性，而 2n 因溶解性问题表现不佳。
这项研究意义重大，它让人们深入了解了达尼喹酮 R10位取代的作用机制，为药物化学家未来进行药物修饰提供了全新的方向和思路。基于这些成果，后续研究可以进一步优化衍生物结构，筛选活性更强、毒性更低的化合物，推动抗癌药物的研发进程，为攻克癌症这一难题带来新的曙光。
