噻唑基羟肟酸组蛋白去乙酰化酶抑制剂：通过诱导凋亡、焦亡和细胞周期阻滞实现高效抗肿瘤

本研究针对HDACs（组蛋白去乙酰化酶）在肿瘤发生中的关键作用，设计合成了一系列含噻唑结构的羟肟酸衍生物HDAC抑制剂。其中化合物15a和15d对HDAC1和HepG2细胞株表现出优异抑制活性（IC50达0.8-1.1 nM），能显著提高乙酰化组蛋白H3/H4水平，并通过诱导G0/G1期阻滞、凋亡和焦亡等多重机制发挥抗肿瘤作用。特别值得注意的是，15a在HepG2异种移植模型中显示出显著疗效，其通过caspase-3/GSDME通路触发焦亡的发现为实体瘤治疗提供了新策略。

　　

在癌症治疗领域，组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的异常过表达与肿瘤发生发展密切相关，已成为重要的抗癌靶点。然而现有HDAC抑制剂（HDACIs）存在对实体瘤疗效有限、毒副作用明显等问题。更棘手的是，传统HDACIs主要通过诱导凋亡发挥作用，肿瘤细胞容易产生耐药性。如何开发能同时激活多重细胞死亡途径的新型HDACIs，成为突破当前治疗瓶颈的关键。

济南大学生物科学与技术学院的研究人员创新性地将具有广谱生物活性的噻唑结构引入HDAC抑制剂的设计中。他们采用"锌结合基团-疏水连接链-表面识别基团"的经典药效团模型，通过系统结构优化，最终获得能同时靶向HDAC1/6的双效抑制剂15a和15d。这些化合物不仅保持了纳摩尔级的酶抑制活性（HDAC1 IC₅₀ 0.8-1.1 nM），还展现出对HepG2细胞株的强效抑制作用（IC₅₀ 0.12-0.19 μM），效果显著优于阳性对照SAHA。该研究发表于《Scientific Reports》。

研究主要采用以下关键技术：1）基于结构的药物设计合成噻唑-羟肟酸杂化分子；2）MTT法检测体外抗增殖活性；3）流式细胞术分析细胞周期和凋亡；4）Western blot检测组蛋白乙酰化和凋亡/焦亡标志蛋白；5）HepG2异种移植模型评估体内疗效；6）分子对接和动力学模拟阐明作用机制。

HDAC抑制活性与抗增殖效应
通过系统构效关系研究发现，在Cap区引入4-取代苯基噻唑能显著提升抑制活性。化合物15a和15d对HDAC1的选择性优于其他亚型（HDAC4/5/7/9 IC₅₀>10 μM），且能剂量依赖性地提高HepG2细胞中Ac-H3和Ac-H4水平。

细胞周期阻滞作用
15a和15d将HepG2细胞阻滞在G0/G1期（比例从41.67%增至61.42%），Western blot证实其通过下调Cyclin D1和CDK4表达干扰细胞周期进程。

双重细胞死亡机制
研究首次发现该系列化合物能同时诱导凋亡和焦亡：1）通过Annexin V/PI双染检测到46.5%的凋亡率；2）LDH释放实验和形态学观察证实焦亡特征；3）Western blot显示caspase-3介导的GSDME剪切激活。

体内抗肿瘤效果
在HepG2异种移植模型中，15a（10 mg/kg）的抑瘤效果显著优于SAHA，且未引起明显体重下降。免疫组化显示肿瘤组织Ki67表达降低，同时Ac-H3/H4和GSDME-N水平升高。

分子作用机制
分子对接显示15a与HDAC1活性位点形成3个氢键（HIS178、TYR303、CYS151）和π-π堆积（TYR204、PHE150、PHE205），其结合能（-7.32）显著优于SAHA（-4.82）。100 ns分子动力学模拟证实复合物稳定性良好（RMSD 0.80 nm）。

这项研究的意义在于：1）首次报道噻唑基HDACIs通过caspase-3/GSDME通路诱导焦亡的新机制；2）化合物15a的体内外活性显著优于已上市药物SAHA；3）为克服实体瘤治疗耐药性提供了同时激活凋亡和焦亡的双重策略。尽管口服生物利用度（10.3%）仍需优化，但该研究为开发新一代多机制HDAC抑制剂奠定了重要基础。