新型1,3-硒唑-2-胺衍生物的合成、体外细胞毒性及计算ADMET评价

《ChemistryOpen》：Synthesis and Cytotoxic Activity of 1,3-Selenazole-2-Amine Derivatives With Computational ADMET Profiling

　　

研究人员通过改良的Hantzsch型环化（Hantzsch-type cyclization）反应，在回流条件下使适当取代的α-溴代苯乙酮（α-bromoacetophenones）与硒脲（selenourea）反应，制备了一组新开发的1,3-硒唑-2-胺衍生物（1,3-selenazole-2-amine derivatives，1–4）。采用MTT法（3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐法，MTT）在HT-29（结肠癌）、MCF-7（乳腺癌）和L929（小鼠成纤维细胞）细胞系中检测合成化合物的细胞毒性活性。这些化合物在MCF-7细胞中诱导弱至中等细胞毒性。其中，化合物4显示出细胞毒性活性，IC₅₀值为171.10 μM，而对HT-29细胞未观察到明显活性（IC₅₀ > 300 μM）。选择性分析表明，化合物3对健康细胞表现出低毒性。计算机ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性，ADMET）分析表明其具有有前景的药代动力学和理化性质，包括高胃肠道吸收、中等亲脂性和符合药物相似性规则，同时预测其血脑屏障（blood–brain barrier，BBB）通透性有限。BOILED-Egg模型进一步支持高肠道吸收和外周活性。

论文主体部分解读

研究背景：癌症仍是全球健康的主要负担，发病率和死亡率高。放疗、化疗和靶向治疗虽提高了癌症治疗水平，但耐药和全身不良反应常阻碍治疗成功。因此，寻找新型、更有效的化疗药物成为药物化学的重点。杂环骨架是生物活性化合物开发的基本结构基础，其结构多样性和可调理化性质使其成为抗癌药物发现的理想候选。有机硒杂环因广泛生物活性受到关注，包括抗菌、抗真菌、抗寄生虫、抗病毒、抗缺血、抗氧化、抗癌、抗糖尿病、抗甲状腺和抗炎活性。硒的独特化学和氧化还原性质是其生物潜力来源。硒代半胱氨酸（selenocysteine）在谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase）活性位点发现，硒蛋白（selenoproteins）如谷胱甘肽过氧化物酶、硫氧还蛋白还原酶（thioredoxin reductase）和碘甲状腺原氨酸脱碘酶（iodothyronine deiodinase）共同调节氧化应激和细胞防御。硒具有抗转移作用，低浓度时对癌症发展有保护作用。将硫或氧替换为硒常增强氧化还原和药理性质，提高选择性和疗效。例如，selenazofurin是tiazofurin的硒类似物，对P388、HL-60和L1210细胞的细胞毒性比tiazofurin强3–10倍，并在P388白血病模型中表现体内活性，抑制IMPDH（inosine monophosphate dehydrogenase）I和II型。因此，将硒引入杂环框架是提高生物活性和开发新型抗癌药的有效策略。硒唑（selenazole）因其抗癌活性成为有前景的骨架，但其在癌症模型中的构效关系尚未充分探索。在此背景下，研究人员制备了一组新型硒唑衍生物，并在选定的癌细胞系中检查其抗癌潜力。

主要关键方法：研究人员通过改良Hantzsch型环化，使适当取代的α-溴代苯乙酮与硒脲在甲醇中回流，合成1,3-硒唑-2-胺衍生物1–4；采用IR、¹H NMR、¹³C NMR和HRMS进行结构表征；采用MTT法在HT-29、MCF-7和L929细胞系中评估细胞毒性，细胞系来源于美国典型培养物保藏中心（ATCC, USA）；利用SwissADME和ProTox-II进行计算机ADMET预测，并用BOILED-Egg模型分析胃肠道吸收和BBB通透性。

研究结果：

3.1 Chemistry：研究人员通过Hantzsch型环化合成1–4，产率65%–87%。含吸电子基（硝基、氟）的底物产率较高（83%–87%），甲氧基取代衍生物产率较低（65%）。机理为硒脲的硒原子进攻α-碳形成硒代亚胺酸酯中间体，随后分子内环化并消除HBr，得到目标1,3-硒唑衍生物。IR中N–H伸缩在3200–3450 cm^?1，C=N在1580–1650 cm^?1。1H NMR中硒唑环C₅–H单峰在7.25–7.60 ppm，NH₂在7.16–7.42 ppm，芳香质子7.00–8.00 ppm；化合物2的甲氧基单峰3.82 ppm。13C APT中C₂在167–170 ppm，C₄在145–150 ppm，C₅在114–129 ppm。HRMS与计算值一致，支持结构。化合物1–4此前未被报道。

3.2 Cytotoxicity Studies：研究人员用MTT法评价细胞毒性。MCF-7中，化合物2–4显示中等至弱细胞毒性，IC₅₀分别为190.10、230.50和171.10 μM，化合物1弱（IC₅₀=315.80 μM）。HT-29中所有化合物无明显活性（IC₅₀ > 300 μM），显示细胞系依赖反应。L929中，化合物2毒性最高（IC₅₀=77.11 μM），其余较弱或可忽略。MCF-7活性顺序为4（3-氟苯基）>2（2-甲氧基苯基）>3（2-氟苯基），间位氟取代4高于邻位氟3，邻硝基1很弱。与已报道chromone-based 1,3-selenazole衍生物相比，本化合物活性较弱但响应更均一且细胞系依赖；与HT-1080纤维肉瘤中低微摩尔IC₅₀的1,3-selenazole衍生物比较，受细胞系模型差异限制。细胞活力方面，HT-29无明确浓度依赖，MCF-7呈浓度依赖性降低，150–300 μM更明显；L929中化合物2呈浓度依赖毒性，1和3在37.5、75、150 μM无显著变化，仅300 μM降低。选择性指数（selectivity index, SI）以IC_50,健康/IC_50,癌症计算，>1表示优先杀伤癌细胞。化合物3的SI最高（2.13），2最低（0.41），1为0.87，4为0.99。显微镜观察显示MCF-7经化合物4处理72 h后，37.5和75 μM下细胞活力较阴性对照降低，75 μM更明显。

3.3 ADME and Toxicity (ADMET) Properties of Compounds：ProTox-II预测口服毒性：化合物1 LD₅₀=1230 mg/kg，毒性4类；2为1000 mg/kg，4类；3为720 mg/kg，4类；4最低LD₅₀=150 mg/kg，毒性3类，急性毒性较高。TPSA（拓扑极性表面积，topological polar surface area）在3和4约39 ?²，符合膜通透性改善。共识LogP（consensus LogP）为?0.05至0.96，中等亲脂性；3和4亲脂性较高。所有化合物预测高胃肠道吸收，无BBB渗透，均非P-gp（P-糖蛋白，P-glycoprotein）底物。CYP（细胞色素P450，cytochrome P450）相互作用：1、3、4可能抑制CYP1A2，2可能抑制CYP3A4。水溶性方面，所有化合物可溶或高度可溶；Ali模型下2、3、4高度可溶。药物相似性方面，所有化合物满足Lipinski、Veber、Egan和Muegge标准；1不符合Ghose标准，因WLOGP < ?0.4。所有化合物生物利用度评分0.55。BOILED-Egg模型显示所有化合物位于白区，提示高肠道吸收；无化合物落入黄区，提示低BBB穿透概率。3和4较1和2更靠近黄区边界，表明其亲脂性和极性相对更平衡；整体仍支持外周活性而非中枢活性。

讨论部分总结：该研究显示，1,3-硒唑-2-胺衍生物对MCF-7呈弱至中等细胞毒性，对HT-29不敏感，反应具有明显细胞系依赖性。取代基性质和位置影响活性，间位氟取代优于邻位氟，邻硝基活性弱。选择性方面，化合物3对L929低毒且SI最高，化合物2对健康细胞毒性较高。ADMET预测显示有利理化性质、高胃肠道吸收、中等亲脂性和良好药物相似性，但BBB通透有限；CYP抑制提示潜在药物相互作用。BOILED-Egg模型支持高肠道吸收和外周活性。这些发现表明1,3-selenazole支架作为抗癌药物开发的有前景药效团。

研究结论部分翻译：研究人员在本研究中通过改良Hantzsch型环化反应，使适当取代的α-溴代苯乙酮与硒脲反应，成功合成了一系列新型1,3-硒唑-2-胺衍生物（1–4）。细胞毒性评价显示，这些化合物对MCF-7细胞表现出弱活性，对HT-29细胞表现出可忽略活性，表明明确的细胞系依赖性反应。计算机ADMET分析表明，所有化合物具有有利的理化与药代动力学性质，包括高胃肠道吸收、中等亲脂性和良好药物相似性。然而，未预测到任何化合物可穿透血脑屏障，提示中枢神经系统相关效应可能性较低。此外，BOILED-Egg模型支持这些发现，表明所有化合物具有高肠道吸收和有限血脑屏障通透性。