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为解决传统多组分合成方法存在的反应时间长、产率低等问题，研究人员以 Fe?O?@SiO?-SnCl?为催化剂，开展茚并吡啶 [2,3-d] 嘧啶衍生物的一锅法合成及抗肿瘤活性研究。发现该催化剂高效环保，部分化合物对 MCF-7 等细胞具显著抑制作用，为抗癌药物开发提供新方向。
癌症作为一种由异常细胞增殖和侵袭健康组织引发的疾病，其治疗面临着化疗药物易产生耐药性且毒性较大等难题。传统的多组分反应（MCR）方法合成吡啶 [2,3-d] 嘧啶类化合物时，存在反应时间长、产品产率低、需使用有机溶剂及腐蚀性催化剂等不足，开发高效环保的合成方法及新型抗肿瘤化合物成为亟待解决的问题。在此背景下，设拉子医科大学（Shiraz University of Medical Sciences）等机构的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《BMC Chemistry》上，为该领域的发展提供了新的思路和方向。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是以 Fe?O?@SiO?-SnCl?纳米粒子为催化剂，通过三组分偶联反应（6 - 氨基 - 2-（甲硫基）嘧啶 - 4（3H）- 酮、1,3 - 茚满二酮和醛）在水中进行茚并吡啶 [2,3-d] 嘧啶衍生物的一锅法合成；二是利用 MTT 法对合成的衍生物进行针对 MCF-7（乳腺癌细胞）、A549（肺非小细胞癌细胞）和 SKOV3（卵巢癌细胞）的体外细胞毒性评价；三是开展分子对接研究和分子动力学（MD）模拟，以探究化合物与 EGFR 激酶受体等可能靶点的结合模式。
化学合成与条件优化
研究以 6 - 氨基 - 2-(甲基硫基) 嘧啶 - 4 (3H)- 酮、1,3 - 茚满二酮和各种芳基醛为原料，在 Fe?O?@SiO?-SnCl?纳米催化剂存在下，于水溶剂中通过回流和超声辐射进行简单的一锅三组分反应，成功合成了相应的茚并吡啶 [2,3-d] 嘧啶（4a–4j）。以 5-(4 - 氯苯基)?2-(甲基硫基)?3H - 茚并 [2’,1’:5,6] 吡啶 [2,3-d] 嘧啶 - 4,6-(5H,11H)- 二酮（4g）为模型反应，对溶剂和反应温度等条件进行优化，发现以水为溶剂、70℃下使用 Fe?O?@SiO?-SnCl?催化剂，反应 4 分钟即可获得 90% 的高产率。进一步优化催化剂用量，当催化剂用量为 0.03g/1mmol 底物时，反应时间更短，产率高达 98%。与其他催化剂（如纳米 Fe?O?、SnCl?-SiO?和 Fe?O?@SiO?）相比，Fe?O?@SiO?-SnCl?因含有的 - SnCl?基团提供高效酸性位点，催化活性更优。在优化条件下，合成的多种衍生物（4a–4j）产率高达 94–99%，反应时间短至 1.5–3 分钟，且芳醛环上取代基的电子性质对反应影响不显著。此外，该催化剂可通过外部磁铁轻松分离，循环使用五次后催化活性无明显损失。
细胞毒性活性
采用 MTT 法对茚并吡啶 [2,3-d] 嘧啶类似物（4a-4j）进行体外细胞毒性评价，结果显示，化合物 4a 和 4f 对所研究的癌细胞系活性最强。其中，化合物 4f 表现出较强的抗增殖活性，对 A549、MCF-7 和 SKOV3 细胞系的 IC??值分别为 48.30±4.12、37.90±0.73 和 62.5±2.6μM，与顺铂的 IC??值（50.81±3.10、61.56±0.98、43.81±3.79μM）相当。结构 - 活性关系表明，苯基环取代基的类型和位置对化合物的细胞毒性活性有显著影响，对位的氟原子等较小且电负性强的卤素可显著增强细胞毒性，邻位羟基可能通过形成分子内氢键稳定六元环构象而对药效产生积极影响，而用氯或溴取代羟基则会削弱细胞毒性。此外，所有测试衍生物对正常细胞系（MRC-5）的细胞毒性均低于其他研究的癌细胞系，显示出对致瘤细胞和非致瘤细胞的良好选择性。
对接研究
分子对接研究旨在预测目标化合物在受体活性位点的结合模式、亲和力和取向。对 EGFR 的对接研究表明，所有研究化合物的结合自由能均比 EGFR 的主要抑制剂厄洛替尼更负，其中化合物 4a 和 4f 的结合能最高，这可能归因于它们与 EGFR 活性位点形成两个关键氢键相互作用。例如，化合物 4f 中嘧啶环的羰基氧与 Lys721 残基形成氢键，吡啶 [2,3-d] 嘧啶环中的硫原子与 Thr830 残基形成氢键。对雌激素受体 α（ERα）的对接研究显示，4f 的结合能最佳，为?8.6 kcal/mol，其与 ERα 活性位点的 Thr 347 和 Val 534 通过氢键相互作用，而 4i 则通过吲哚环与 Leu 525 的 π–π 相互作用结合。
分子动力学模拟
分子动力学模拟用于验证分子对接结果，分析蛋白质 - 配体系统的动态行为。通过 100-ns 的 MD 模拟计算系统的均方根偏差（RMSD），发现系统的 RMSD 在模拟初期急剧上升，随后从 50 ns 开始达到稳定水平，表明所选配体在蛋白质活性位点内表现出一致的稳定性。均方根涨落（RMSF）分析显示，大多数氨基酸的涨落在 0.2 至 0.4 nm 之间，配体 - 蛋白质复合物对蛋白质主链无显著影响。回转半径（Rg）分析表明，4f-1M17 的 Rg 低于 4c-1M17，说明蛋白质更紧凑，配体与蛋白质活性位点的亲和力更强，复合物更稳定。氢键数量分析显示，4f-1M17 的平均氢键数量为 1.08，多于 4c-1M17 的 0.93，进一步证明 4f 与蛋白质活性位点的强结合力，与分子对接结果一致。
综上所述，本研究开发了一种以 Fe?O?@SiO?-SnCl?为催化剂的高效环保的茚并吡啶 [2,3-d] 嘧啶衍生物一锅法合成方法，该方法具有反应条件温和、催化剂绿色经济、产率高、后处理简单等优点，避免了大量有害有机溶剂的使用，为该类化合物的合成提供了有价值的替代方案。细胞毒性研究表明，部分化合物尤其是 4f 具有良好的抗肿瘤活性，分子对接和分子动力学模拟揭示了其与 EGFR 等靶点的结合模式和作用机制，为进一步开发高效低毒的抗肿瘤药物提供了理论依据和候选化合物。该研究成果不仅在有机合成方法学上具有重要意义，也为抗肿瘤药物的研发开辟了新的方向。
