苯并二氧杂环戊烯与溴代呋喃桥联1,2,4-三唑杂合体的设计合成及其抗乳腺癌活性研究——基于计算模拟的机制探索

本研究针对乳腺癌治疗中化疗耐药性这一临床难题，设计合成了一系列新型苯并[d][1,3]二氧杂环戊烯与5-溴代呋喃桥联的1,2,4-三唑杂合体。通过MTT法证实化合物12b对MCF-7细胞系具有显著抑制活性（IC50 3.54±0.265 μg/mL），结合分子对接、分子动力学模拟和DFT计算揭示了其与雌激素受体α（ERα）的稳定结合模式，为开发新型抗乳腺癌药物提供了结构优化方向。

　　

乳腺癌作为全球女性发病率最高的恶性肿瘤，每年新增病例达180万例，其中三阴性乳腺癌（TNBC）和激素受体阳性亚型尤为棘手。现有化疗药物如阿霉素和紫杉醇面临严峻的耐药性问题——超过90%的转移性患者治疗失败，25%患者出现原发性耐药。这种耐药机制涉及DNA修复增强、药物外排泵激活等多重因素，而传统细胞毒性药物缺乏肿瘤选择性又导致严重毒副作用。面对这一困境，1,2,4-三唑类化合物因其独特的抗癌机制（如已上市药物来曲唑的结构基础）成为研究热点。

印度Manipal高等教育学院化学系的Manjunath R团队在《Scientific Reports》发表研究，通过四步合成法构建了6个新型杂合体分子，将具有生物活性的苯并[d][1,3]二氧杂环戊烯或5-溴代呋喃模块与1,2,4-三唑核心结构偶联。研究采用MTT法评估抗增殖活性，结合Glide分子对接（靶向ERα，PDB ID:3ERT）、200 ns分子动力学模拟（Desmond模块）和DFT计算（B3LYP-D3/6-31Gss基组）等计算手段，系统揭示了构效关系。

关键实验技术

1. 杂合体合成：采用异硫氰酸酯介导的环化反应构建1,2,4-三唑核心

2. 活性评价：MTT法测定MCF-7细胞（源自NCCS Pune）增殖抑制

3. 计算模拟：分子对接预测结合模式，分子动力学评估复合物稳定性（MM-GBSA结合自由能-58.5364 kcal/mol）

4. 理论计算：DFT分析前沿分子轨道能隙（△E=4.608 eV）和分子静电势（MEP）

研究结果

化学合成

通过酯化、肼解、异硫氰酸酯加成和碱介导环化四步反应，以72-89%收率获得目标化合物。核磁共振（¹H NMR）显示δ 13.8 ppm特征硫醇峰，质谱（m/z 340.11）证实化合物12b结构正确。

体外抗癌活性

5-溴代呋喃衍生物12b展现最强活性（IC₅₀ 3.54 μg/mL），优于苯并二氧杂环戊烯类似物6a（7.989 μg/mL）。氟取代基（12b）比甲基（12a）活性提高3.6倍，表明卤素原子对药效的关键作用。

计算模拟

分子对接显示12b与ERα形成稳定疏水作用（TRP₃₈₃、LEU₃₈₄等），其对接得分（-8.299 kcal/mol）显著优于阿霉素（-6.667 kcal/mol）。200 ns动力学模拟证实复合物RMSD稳定在1-3 ?，关键相互作用保持率：GLY₅₂₁氢键（55%）、TRP₃₈₃ π-π堆积（46%）。

DFT分析

化合物12b具有最小能隙（4.608 eV）和最高电负性（χ=3.475），MEP图显示其噻吩环区域易受亲核攻击，与生物活性正相关。

结论与意义

该研究通过"杂交药效团"策略成功开发出具有临床应用前景的抗乳腺癌先导化合物。特别值得注意的是：

1. 5-溴代呋喃模块通过卤键相互作用显著提升活性，其IC₅₀值接近临床药物水平

2. 计算模拟与实验数据高度吻合，证实ERα是潜在作用靶点

3. 所有衍生物符合Lipinski五规则（logP=3.3-4.3）和Jorgensen三规则（Caco-2渗透性>2462 nm/sec），预示良好成药性

这项研究为克服乳腺癌耐药性提供了新思路，其特色在于：

• 首次系统研究溴代呋喃-三唑杂合体的抗乳腺癌活性

• 建立多尺度计算模型指导结构优化

• 发现氟原子取代与活性提升的量化关系

未来研究可进一步探索该类化合物对HER2+和TNBC亚型的活性，以及体内药效学特征。该成果发表于《Scientific Reports》也体现了计算化学在抗癌药物设计中的关键作用。