新型3,7-二取代吡咯并[2,3-c]吡啶的设计、合成及其选择性抗增殖活性研究

《European Journal of Medicinal Chemistry Reports》：Design, synthesis and antiproliferative activity evaluation of new 3,7-disubstituted pyrrolo[2,3- c]pyridines.

本刊推荐：吡咯并吡啶骨架是药物研发中的优势结构。为解决新型抗肿瘤先导化合物短缺问题，研究者设计合成了一系列新的3,7-二取代6-氮杂吲哚类化合物，并评估其抗增殖活性。研究结果表明，化合物26（3-乙酰基-7-苯胺基衍生物）在低微摩尔浓度下对HT-1080、A431和A549癌细胞表现出显著的细胞毒性和选择性，并能诱导G2/M期阻滞和细胞凋亡。该研究为基于吡咯并[2,3-c]吡啶骨架开发新型选择性抗癌药物提供了有价值的先导分子。

　　

在对抗癌症的漫长征程中，科学家们不断探索和优化具有生物活性的化学骨架，以期从中发现对抗肿瘤细胞的利器。氮杂吲哚，作为吲哚和嘌呤的生物电子等排体，因其独特的氢键供体/受体结构模式和多变的理化性质，在药物发现领域占据着“优势结构”的重要地位。从已获批用于治疗黑色素瘤的BRAF抑制剂维莫非尼，到治疗慢性淋巴细胞白血病的Bcl-2抑制剂维奈托克，再到针对特定基因突变的口服靶向药培美替尼，7-氮杂吲哚核心的身影频繁出现在成功的抗癌药物中，彰显了其巨大的应用潜力。然而，相比被广泛研究的7-氮杂吲哚，其异构体——4-、5-和6-氮杂吲哚的探索则相对较少，这为药物化学家们留下了广阔的创新空间。特别是吡咯并[2,3-c]吡啶（即6-氮杂吲哚）骨架，已有研究显示其衍生物，如人类免疫缺陷病毒（HIV）附着抑制剂福司他沙韦，具有重要的治疗价值。那么，能否通过对该骨架进行精心的化学修饰，创造出具有优异抗肿瘤活性和选择性的新化合物，为抗癌药物库增添新的候选者？这正是来自希腊雅典国立卡波迪斯特里安大学药学院的研究团队试图解答的核心问题。他们的研究成果以“新型3,7-二取代吡咯并[2,3-c]吡啶的设计、合成及抗增殖活性评价”为题，发表在《European Journal of Medicinal Chemistry Reports》上，为我们揭示了这一化学空间中的新希望。

为了系统评估结构修饰对抗肿瘤活性的影响，研究者们采用了有机合成、细胞生物学和分子生物学相结合的研究策略。化学合成方面，以易得的2-氯-3-硝基-4-甲基吡啶为起始原料，通过多步反应构建了吡咯并[2,3-c]吡啶核心骨架，并运用傅-克酰基化、维尔斯迈尔-哈克甲酰化、亲核芳香取代等关键反应，在骨架的3位和7位引入了不同的取代基，最终合成了三个系列共计23个目标化合物。在生物学评价中，研究团队选用了人纤维肉瘤HT-1080、人表皮样癌A431和人肺腺癌A549三种癌细胞系，以及正常人成纤维细胞AG01523作为对照，通过MTT法评估化合物的细胞毒/细胞抑制活性，并计算半数抑制浓度（IC₅₀）。对于活性突出的化合物，进一步利用流式细胞术进行细胞周期分析，并通过蛋白质免疫印迹法检测多聚ADP核糖聚合酶（PARP）的切割情况，以评估其诱导细胞凋亡的能力。

化学合成结果：研究成功合成了三个系列的目标化合物：系列I（化合物8-14）为3-二甲氨基乙酰基取代的衍生物；系列II（化合物18-24）为3-N，N-二甲基甲酰胺基取代的衍生物；系列III（化合物26-30）为3-乙酰基取代的衍生物。所有化合物的结构均通过核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱进行了确证。

抗增殖活性筛选结果：活性测试揭示出显著的构效关系与选择性。系列II的化合物普遍活性较弱，仅化合物22（3,4,5-三甲氧基苯胺取代）对A431细胞有中等活性，化合物23（3,4-二氯苯胺取代）仅对A549细胞有活性。系列I的多个化合物，如9（3-氟苯胺）、13（3,4-二氯苯胺）和14（4-氯苯胺），对HT-1080和A431细胞表现出较强的活性（IC₅₀在4.5-10.9 μM之间），但对A549细胞活性较低。值得注意的是，化合物9和14对癌细胞显示出一定的选择性。然而，表现最为亮眼的是系列III的3-乙酰基衍生物。其中，化合物26（7-苯胺基取代）对三种癌细胞均表现出强效且广泛的活性（IC₅₀值在2.7-10.0 μM之间），同时对正常AG01523细胞非常安全（IC₅₀> 100 μM），展现出优异的选择性毒性。

作用机制探究结果：为了深入理解活性化合物的作用机制，研究者对筛选出的高活性化合物进行了细胞周期和凋亡分析。流式细胞术结果显示，大多数3-乙酰基衍生物（26、27、29）及化合物22能够引起HT-1080和A549细胞发生G2/M期阻滞，其中化合物26的效果最为显著。同时，这些化合物处理后的细胞中出现了明显的亚二倍体峰，提示存在凋亡细胞。进一步的蛋白质免疫印迹实验证实，化合物9、13、26、27和29均能诱导A549细胞中PARP蛋白被切割产生89 kDa的片段，这是细胞凋亡发生的经典标志物之一。这些结果共同表明，活性化合物通过干扰细胞周期进程并最终启动细胞凋亡程序来发挥其抗增殖作用。

结论与讨论：本研究成功设计并合成了一系列新型的3,7-二取代吡咯并[2,3-c]吡啶类化合物，并系统评价了其抗增殖活性。构效关系分析表明，在3位引入乙酰基、同时在7位保留芳胺取代基是获得高效、选择性抗肿瘤活性的关键。其中，化合物26（1-[7-(苯胺基)-1H-吡咯并[2,3-c]吡啶-3-基]乙-1-酮）脱颖而出，它对多种人源癌细胞系具有强效的细胞毒性，同时对正常细胞毒性极低，表现出卓越的选择性。作用机制研究表明，化合物26能够诱导癌细胞周期停滞在G2/M期，并激活细胞凋亡通路。这项研究的意义在于，它不仅扩展了6-氮杂吲哚类化合物的化学空间，更重要的是发现了一个具有良好开发前景的抗肿瘤先导化合物。化合物26的优异活性和高选择性，为其进一步的药物化学优化和深入的分子靶点鉴定研究奠定了坚实的基础。该团队的发现为基于吡咯并[2,3-c]吡啶这一相对未被充分探索的优势结构开发新型靶向抗癌药物，提供了强有力的实验依据和极具价值的起点。