新型多功能螺二苯并吡喃衍生物的合成与抗肿瘤及抗分枝杆菌活性研究

为解决癌症治疗中药物毒性高和选择性差的问题，研究人员设计合成了一系列新型螺二苯并吡喃衍生物（Spirobibenzopyran），通过X射线单晶衍射、分子对接和MTT实验验证其靶向微管蛋白秋水仙碱结合位点的能力，发现化合物5（IC50 13.54±3.46 μM）和7（IC50 18.96±5.77 μM）对肺癌A549和三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞具有显著抑制活性，同时首次报道了化合物6对耻垢分枝杆菌（MIC 5 μg/mL）的强效抗菌作用，为开发低毒性多靶点抗癌药物提供了新思路。

　　

癌症至今仍是全球第二大死因，2024年仅美国就将新增200万病例。其中乳腺癌、肺癌和结直肠癌占女性病例的51%，而男性中前列腺癌、肺癌和结直肠癌占比达48%。尽管诊断和治疗手段不断进步，现有抗癌药物仍面临毒性高、选择性差等挑战。螺环化合物因其构象限制可降低结合熵罚，成为药物设计的热点。此前研究显示，螺[4,5]三烯酮类化合物对MCF-7细胞IC₅₀达5.64±0.37 mM，但针对多靶点的螺二苯并吡喃衍生物研究仍属空白。

为解决这一问题，来自政府资助的SHODH项目团队通过酸催化羟醛缩合反应，合成9种取代螺二苯并吡喃衍生物（1-8）。研究采用单晶X射线衍射解析3个化合物结构，通过ADMET预测确认其类药性（IV类低毒）。分子对接显示含甲氧基的化合物7与微管蛋白（tubulin）秋水仙碱结合位点具有最高对接评分（-8.5 kcal/mol）。MTT实验证实，双酚羟基取代的化合物5对肺癌A549细胞抑制活性最强（IC₅₀ 13.54±3.46 μM），优于对照药克唑替尼；而化合物7对三阴性乳腺癌MDA-MB-231的抑制效果（IC₅₀ 18.96±5.77 μM）与5-氟尿嘧啶相当。更突破性的是，首次发现含羧基的化合物6对耻垢分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis）的MIC值达5 μg/mL，优于利福平。

关键技术包括：1）酸催化羟醛缩合构建螺环核心；2）单晶X射线衍射解析三维结构；3）分子对接评估靶点结合能力；4）MTT法检测细胞毒性；5）微量肉汤稀释法测定抗分枝杆菌活性。

【材料与仪器】
使用硅胶柱色谱（60-120目）纯化产物，FT-IR和¹H NMR确认结构，SAIF-Chandigarh完成HRMS表征。

【化学合成】
以2-羟基苯甲醛衍生物为原料，与含α-氢的酮类缩合，获得收率58-75%的螺环产物。晶体学显示化合物3的螺碳键长1.54 ?，二面角88.7°，证实刚性构象。

【活性评价】
构效关系表明：酚羟基增强肺癌细胞抑制（化合物5），甲氧基提升乳腺癌活性（化合物7），而羧基赋予抗分枝杆菌特性（化合物6）。毒性实验显示所有化合物对正常肺细胞L132的IC₅₀>100 μM。

该研究不仅揭示了螺二苯并吡喃衍生物通过微管蛋白抑制发挥抗癌作用的机制，更开创性地拓展了其在抗分枝杆菌领域的应用。化合物5和7的优异选择性和低毒性（LD₅₀>500 mg/kg），为开发双功能抗癌-抗感染药物提供了全新先导化合物。研究团队特别指出，这是首个将螺二苯并吡ran骨架同时应用于肿瘤和微生物靶向治疗的范例，相关成果发表于《Journal of Molecular Structure》。