新型噻唑并嘧啶衍靶向拓扑异构酶II的设计合成与抗肿瘤机制研究

本研究针对癌症治疗中拓扑异构酶II(Topo II)抑制剂的开发难题，设计合成两个系列噻唑并[3,2-a]嘧啶衍生物IIa-h和IVa-d。通过体外抗增殖实验发现IIa、IId和IVa对MCF-7和HepG2细胞具有显著选择性（SI值1.7-4.4），Topo II抑制活性（IC50 0.94-1.72 μM）优于阿霉素（3.08 μM），并证实IId通过G1期阻滞诱导凋亡。分子对接显示其与依托泊苷相似的结合模式，为开发新型抗癌药物提供了候选分子。

　　

癌症作为全球主要健康威胁，其治疗面临药物选择性差、耐药性等挑战。拓扑异构酶II(Topo II)因其在DNA复制和染色体分离中的关键作用，成为抗癌药物的重要靶点。尽管阿霉素(doxorubicin)和依托泊苷(etoposide)等Topo II抑制剂已用于临床，但其心脏毒性等副作用促使科学家持续探索新型抑制剂。噻唑并[3,2-a]嘧啶骨架因其独特的DNA切割活性和抗肿瘤潜力备受关注，但如何通过结构优化提高选择性和效价仍是待解难题。

针对这一科学问题，来自本苏伊夫大学药学院的研究团队在《Bioorganic Chemistry》发表研究，设计合成两个系列噻唑并嘧啶衍生物IIa-h和IVa-d。研究基于已知活性分子结构特征，在5位引入4-氯/溴苯基模拟先导化合物4和6，并通过甲氧基修饰模拟多氧取代的阿霉素/依托泊苷结构。系列IV则重点考察对位取代基（Br/OH/F/Cl）对活性的影响，同时保留亚甲基尾端的OCH₃
以增强活性。

研究采用MTT法测定细胞毒性，流式细胞术分析细胞周期，Topo II抑制实验评估酶活性，并通过分子对接阐明作用机制。实验选用MCF-7、HCT116和HepG2三种癌细胞及正常BJ细胞进行评价。

化学合成与结构表征
通过2-硫代嘧啶Ia-d与间/对甲氧基苯甲酰溴等试剂的环化反应构建噻唑并[3,2-a]嘧啶核心结构，所有产物经熔点测定、IR及¹
H/¹³
C NMR确证。

结构活性关系(SAR)
系列II中，5位4-氯苯基(IIa)和4-溴苯基(IId)显著增强对MCF-7/HepG2的活性，归因于卤素的电子效应和氢键形成能力。3,4-二甲氧基修饰(IId)通过提高脂溶性增强穿透性，其IC₅₀
达21.49 μM（HepG2），优于阿霉素(50.29 μM)。系列IV中，对位羟基(IVa)因形成分子内氢键展现最佳活性，IC₅₀
为24.52 μM（MCF-7）。

Topo II抑制与机制研究
IIa、IId和IVa的Topo II抑制IC₅₀
分别为1.23、0.94和1.72 μM，显著优于阿霉素(3.08 μM)。流式分析显示IId将MCF-7细胞阻滞于G1期（比例增至45.7%），伴随凋亡率升高。分子对接揭示这些化合物通过疏水相互作用和氢键与Topo II结合，其平面结构与DNA碱基堆叠，而甲氧基与Ser149形成关键氢键，模式类似依托泊苷。

结论与意义
该研究成功开发出兼具高效性和选择性的噻唑并嘧啶类Topo II抑制剂，其中IId对HepG2的IC₅₀
(21.49 μM)和SI值(4.4)尤为突出。通过系统SAR分析，明确卤素取代和甲氧基修饰对活性的协同贡献。研究不仅为抗癌药物设计提供新思路，其揭示的"卤素-氢键-脂溶性"三元优化策略对靶向药物开发具有普适性指导价值。团队后续将开展体内药效及毒性评价，推动候选化合物向临床转化。

（注：全文数据均引自原文，作者Sara Y. Ewieda等采用GraphPad Prism 7进行统计学分析，p<0.05视为显著差异）