2,4-二取代-6,7-二氢-5H-环戊[4,5]噻吩并[2,3-d]嘧啶类化合物的合成、晶体结构与计算分析：靶向COX-2的抗癌先导分子研究

本研究针对非甾体抗炎药(NSAIDs)非选择性抑制COX-1/COX-2导致的胃肠毒性问题，设计合成14种新型噻吩并嘧啶衍生物(5-18)，发现化合物9/12/14/17对COX-2具有显著选择性（IC50 0.12-0.45 μM），其中化合物6对宫颈癌细胞抑制率达85%（优于多柔比星45%）。分子对接证实COX-2变构口袋尺寸优势是选择性的结构基础，为开发兼具抗炎抗癌活性的COX-2抑制剂提供了新骨架。

　　

慢性炎症与癌症的关联已成为现代医学研究的重要方向，其中环氧合酶2(COX-2)作为关键调控因子，在肿瘤发生发展中扮演双重角色——既促进炎症介质前列腺素(PGs)合成，又参与肿瘤血管生成、转移和化疗抵抗。尽管选择性COX-2抑制剂如塞来昔布(celecoxib)被用于癌症辅助治疗，但心血管毒性问题导致罗非昔布(rofecoxib)等药物退市，迫使科研人员寻找更安全的新型抑制剂。

约旦大学与费城大学联合团队在《Journal of Molecular Structure》发表研究，通过多学科交叉策略设计合成14种2,4-二取代-6,7-二氢-5H-环戊[4,5]噻吩并[2,3-d]嘧啶衍生物(5-18)。该团队采用X射线晶体学确定核心骨架三维结构，结合体外酶活测试（COX-1/COX-2抑制率）、细胞毒性实验（MCF-7/A2780/HeLa细胞系）及计算模拟（分子对接/MD模拟/ADMET预测）进行系统评价。

关键实验技术
研究采用Gewald反应构建噻吩并嘧啶母核（收率78-92%），通过COX荧光抑制试剂盒测定酶活（100 μM初筛），CCK-8法检测细胞毒性（48 h处理），AutoDock Vina进行分子对接（网格中心设定为COX-2活性位点Val523），并采用GROMACS进行50 ns分子动力学模拟（AMBER力场）。

研究结果

1. 化学合成：以2-氨基-5,6-二氢-4H-环戊[b]噻吩-3-甲腈(4)为起始物，经环化/取代反应获得14种衍生物（5-18），其中含游离氨基/脲基/磺酰胺基的4位取代物（如12/14）显示最佳收率（85-91%）。

2. COX抑制活性：化合物9（4-氨基-2-苯基衍生物）对COX-2选择性指数(SI=28.3)远超塞来昔布(SI=18.6)，其IC₅₀
   达0.12 μM。MD模拟揭示该系列通过4位取代基与COX-2次级口袋Arg513形成盐桥，而COX-1的Glu520空间位阻导致结合不稳定。

3. 抗癌活性：化合物6（2-乙基-4-甲酰胺衍生物）对HeLa细胞抑制率(85%)两倍于阳性药多柔比星，且对正常HEK293细胞毒性较低（IC₅₀

100 μM）。构效关系表明2位疏水烷基与4位氢键供体基团组合可增强抗癌活性。

结论与意义
该研究首次证实环戊并噻吩并嘧啶骨架可通过变构调节选择性抑制COX-2，其中化合物9/12的SI值突破现有临床药物水平。特别值得注意的是，化合物6展现"双靶点"特性——既抑制COX-2（78.4%抑制率）又直接杀伤癌细胞，其晶体结构中2,4-位取代基的顺式构象（二面角112.7°）为后续结构优化提供了精确模板。团队通过计算模拟预测该系列化合物具有良好类药性（QED>0.6），且无hERG通道抑制风险，为开发新一代抗炎抗癌药物奠定了坚实基础。