噻二唑衍生物的合成及其对结肠癌细胞作用的研究

《Bioorganic Chemistry》：Synthesis of thiadiazole derivatives and investigation of the effects against colon cancer cells

　　• 我们鉴定出SEZ13为一种新型噻二唑类Smo拮抗剂，其活性优于Vismodegib。• 体外实验中，SEZ13通过抑制增殖、迁移和侵袭，同时诱导凋亡和G2/M期阻滞，抑制了结直肠癌的恶性表型。• 在机制上，SEZ13通过下调Ptch1/Gli1轴抑制Hh信号通路。## 引言结直肠癌是消化道最常见的恶性肿瘤之一，是全球癌症相关死亡的第四大原因，每年约造成900,000例死亡。预计到2035年，新发病例数将达到250万例[1]。值得注意的是，50岁以下人群的发病率持续上升，但其发病机制仍不明确。结直肠癌的早期症状往往隐匿，大多数患者在确诊时已处于晚期，这与较高的转移率和复发率相关，严重影响了预后[2]。因此，深入阐明其发病和转移的关键分子机制对于开发新型抗结直肠癌药物具有重要意义。目前，结直肠癌的一线临床化疗方案主要以氟嘧啶类药物为基础的联合方案，如5-FU、奥沙利铂和伊立替康组成的FOLFOX和FOLFIRI方案，在适当情况下可联合贝伐珠单抗或西妥昔单抗等靶向药物[3]。然而，这些一线药物存在明显不足：化疗药物常引起严重毒性，患者耐受性差；内在或获得性耐药频繁发生，导致治疗失败；靶向治疗仅限于具有特定基因突变的患者群体，从而限制了临床获益的广度[4]。这些局限性严重损害了患者的长期生存结果。因此，迫切需要开发疗效更高、毒性更低的新型抗结直肠癌药物[5]。异常的信号转导通路是结直肠癌起始和进展的核心机制之一，其中PI3K/Akt、Wnt、TGF-β、NF-κB和Hh等多条通路备受关注。PI3K/Akt通路的异常激活促进细胞周期进程，抑制凋亡，诱导上皮-间质转化，并介导巨噬细胞M2极化，从而增强肿瘤增殖、侵袭和迁移[6]。Wnt/β-catenin通路通过上调关键分子诱导上皮-间质转化，从而驱动局部浸润和远处转移[7]。TGF-β信号异常促进转移和免疫逃逸，而抑制该通路可有效阻断转移并诱导E-钙粘蛋白的表达[8]。NF-κB通路参与增殖、抗凋亡、炎症微环境重塑和上皮-间质转化调控等多种过程，靶向抑制该通路可逆转间质特征，从而抑制转移[9]。Hh通路在结直肠癌中也发挥重要作用，是抗肿瘤药物开发的一个有前景的方向。Hh通路主要由Hh配体、受体Patched (Ptch)、跨膜蛋白Smoothened (Smo)和转录因子胶质瘤相关癌基因 (Gli)组成[10]。研究表明，Hh通路组分在约70%的结直肠癌标本中可检测到，结直肠癌细胞系HCT116表现出高水平的Smo表达[11]。Hh通路的异常激活促进肿瘤细胞增殖、侵袭和转移，因此在结直肠癌的恶性进展中发挥关键作用。Hh信号通路在人类胚胎发育中也发挥重要作用，靶向肿瘤相关信号通路被认为是治疗实体瘤的有效策略。在临床试验中，多种Hh通路抑制剂，如Vismodegib [12]、Sonidegib [13]、Glasdegib [14]、IPI-926 [15]和LEQ506 [16]，已展现出令人满意的治疗效果，并获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于临床。然而，目前可用的Hh通路抑制剂主要在基底细胞癌和髓母细胞瘤中显示出显著疗效，而在结直肠癌中的治疗效果非常有限。因此，发现和开发新型高效Hh信号通路抑制剂已成为结直肠癌靶向治疗的重要方向。值得注意的是，近年来在开发靶向Hh信号通路中Smo的抑制剂方面取得了重要进展。Rohner等[17]证明化合物PF-5274857通过特异性结合Smo并完全抑制下游Gli1的表达，有效阻断Hh信号。PF-5274857在髓母细胞瘤模型中显示出显著的抗肿瘤活性，并能穿透血脑屏障抑制脑内Smo活性。其良好的口服生物利用度、代谢稳定性和可通过皮肤Gli1水平监测的特性，使其成为治疗Hh通路依赖性肿瘤的临床候选药物。Song等[18]基于Smo受体的晶体结构进行虚拟筛选，鉴定出一种新型Hh通路先导化合物C794-1677，该化合物可有效拮抗Smo并抑制下游Gli报告基因活性，其效力与Vismodegib相当。然而，C794-1677存在一定的不足，包括较高的亲脂性以及含有吡咯和苯胺结构单元，可能存在代谢不稳定和/或毒性的潜在风险。噻二唑环是一类重要的杂环骨架，具有良好的膜通透性和对生物靶点的亲和力。其中，1,3,4-噻二唑衍生物展现出尤为令人满意的抗肿瘤活性，某些化合物对结直肠癌细胞系HCT116具有显著的抑制作用[19], [20]。在上述研究进展和PF-5274857及C794-1677的结构框架基础上，我们设计了一系列基于噻二唑的Hh信号通路抑制剂（图1）。本研究旨在通过靶标筛选评估这些化合物作为潜在Hh信号通路抑制剂的价值，并在细胞水平上研究其药理活性和作用机制，以为结直肠癌的治疗提供新的见解和药物靶点。## 片段### 试剂2,5-二溴-1,3,4-噻二唑、1-甲基-4-吡唑硼酸频哪醇酯（≥99%）、1-羟基苯并三唑（HOBt）和浦莫胺（Pur）购自碧德医药科技有限公司；1-叔丁氧羰基哌嗪、四（三苯基膦）钯（Pd(PPh?)?）、4-吡唑硼酸频哪醇酯、三氟乙酸（TFA）、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺（EDCI）购自依科美化工；氢氧化钠、无水硫酸钠、氯化钠，### SEZ系列化合物的合成与表征十三种目标SEZ系列化合物的合成采用汇聚式策略完成，以2,5-二溴-1,3,4-噻二唑和1-甲基-1H-吡唑-4-硼酸频哪醇酯为关键砌块。如图2所示，2,5-二溴-1,3,4-噻二唑与1-叔丁氧羰基哌嗪进行亲核取代反应，得到中间体1（叔丁基4-(5-溴-1,3,4-噻二唑-2-基)哌嗪-1-羧酸酯）。随后进行Suzuki-Miyaura交叉偶联反应...### 讨论肿瘤长期以来一直是全球最突出的公共卫生问题，也是癌症相关死亡的主要原因[28]。在所有癌症类型中，结肠癌的死亡率极高，被认为是更具侵袭性和最难治疗的癌症之一[29], [30]。尽管进行了大量研究工作，结肠癌患者的治疗管理成功率仍然有限。本研究基于PF-5274857和C794-1677的结构，设计了一系列基于噻二唑的Hh...### 结论SEZ13是一种基于噻二唑的Smo拮抗剂，通过下调Ptch1/Gli1轴抑制Hh信号，在体外表现出对结肠癌的选择性抗肿瘤活性，其疗效不低于Vismodegib。### CRediT作者贡献声明**徐志平：** 撰写—初稿，调查，资金获取。**尚书：** 方法学，调查。**于文莉：** 方法学，调查。**李莹莹：** 方法学，调查。**张健：** 方法学，调查。**赵志博：** 方法学，调查。**尚心悦：** 监督，项目管理。**孙驰宇：** 验证，监督，项目管理，资金获取。### 资金本工作得到辽宁省科学技术厅[项目编号：2025-MSLH-660]和辽宁省教育厅[项目编号：LJ212610164006]的资助。资金来源方未参与研究设计、数据收集、分析和解释，也未参与报告撰写或决定提交稿件发表。## 利益冲突声明作者声明，他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。## 致谢我们衷心感谢吉林大学药学院药理学系王丹琦博士在分子对接和分子动力学模拟方面提供的专业技术指导与帮助。徐志平|尚书|于文莉|李莹莹|张健|赵志博|尚心悦|孙驰宇