基于氮杂糖磺胺类化合物的新型碳酸酐酶抑制剂研究：选择性抑制肿瘤相关亚型的突破

本研究针对碳酸酐酶(hCA)抑制剂选择性不足的难题，创新性地提出"氮杂糖策略(azasugar approach)"，设计合成了一系列不含三唑连接链的苯磺酰胺-氮杂糖缀合物。研究发现，含三唑结构的硫脲衍生物6d对肿瘤相关hCA XII表现出超强选择性(Ki=9.6 nM)，比hCA II抑制活性高两个数量级；而不含三唑的硫脲8e则对hCA IX展现出3.0 nM的强效抑制。分子对接揭示了质子化氮杂糖与酸性氨基酸残基的离子相互作用是提高选择性的关键机制，为开发靶向肿瘤的hCA IX/XII抑制剂提供了新思路。

　　

在生物医药领域，碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase, CA)这个看似普通的金属酶家族正引发越来越多的关注。这些含锌离子的小分子机器遍布人体各处，像精密调节器般控制着二氧化碳水合反应，影响着从呼吸代谢到肿瘤微环境酸化的诸多生理过程。然而，正是这种广泛分布特性给药物研发带来了巨大挑战——如何让抑制剂精准靶向特定亚型而不产生副作用？特别是与肿瘤密切相关的hCA IX和XII亚型，它们的过度表达已成为多种癌症的标志性特征，但现有抑制剂如乙酰唑胺(AAZ)普遍存在选择性差的缺陷。

意大利佛罗伦萨大学"Ugo Schiff"化学系(Università degli Studi di Firenze)的研究团队另辟蹊径，将目光投向了一类特殊的糖模拟物——氮杂糖(azasugar)。这些结构稳定的多羟基哌啶衍生物不仅具有碳水化合物般的亲水性，其碱性氮原子还能在生理条件下质子化，为与酶活性位点建立更强的静电相互作用提供了可能。研究人员通过系统性的结构改造，最终发现了一类能特异性靶向肿瘤相关hCA亚型的高效抑制剂，相关成果发表在《Bioorganic Chemistry》上。

研究团队主要运用了三种关键技术：1)通过微波辅助合成快速构建氮杂糖核心骨架；2)采用Staudinger还原和胺-异硫氰酸酯加成等反应构建不同连接链的磺胺缀合物；3)结合停流CO₂水解酶法测定11种hCA亚型的抑制常数(Ki)，并选择代表性化合物进行分子对接分析。

在"结果与讨论"部分，研究首先证实了氮杂糖羟基的关键作用。对比实验显示，去除羟基的简单哌啶类似物7对hCA XII的抑制活性骤降37倍，凸显多羟基结构对维持抑制效能的重要性。通过合成28个新型化合物，研究人员发现三唑环的存在与否会显著改变抑制谱——含三唑的"click化学"产物5a-e普遍对hCA XII表现出纳摩尔级抑制和优异选择性，其中硫脲6d对hCA XII的Ki达9.6 nM，且对hCA II的选择性比达100倍；而不含三唑的8a-e系列则展现出更广谱的抑制特性，特别是延长链硫脲8e对hCA IX抑制活性(Ki=3.0 nM)比参照药物AAZ强8.6倍。

分子对接研究揭示了有趣的作用机制。在hCA IX中，不含三唑的8e通过氮杂糖NH⁺与Glu170形成盐桥，同时三个羟基与Asn62/Arg60建立氢键网络；而在hCA XII中，含三唑的6b则通过延长链使氮杂糖与Asp130产生强静电作用。这些发现证实了质子化氮原子与酸性残基的离子相互作用是提高选择性的关键，而三唑环主要起调节连接链刚性和长度作用。

这项研究的重要意义在于建立了"氮杂糖策略"的设计范式，为开发靶向肿瘤相关hCA亚型的特异性抑制剂提供了新思路。通过精确调控氮杂糖羟基化和连接链结构，可实现从强效广谱到高选择性的差异化设计。特别是对hCA XII选择性达两个数量级的硫脲6d，以及纳摩尔级抑制hCA IX的8e等先导化合物，为抗肿瘤药物研发提供了宝贵候选。该工作也深化了对CA抑制剂-酶相互作用的理解，证明除了经典的锌离子配位外，远端基团与酶活性口袋的次级相互作用同样至关重要。这些发现将推动更多基于糖模拟物的靶向CA抑制剂设计，为肿瘤等重大疾病的治疗开辟新途径。