《Journal of Organometallic Chemistry》：Synthesis and evaluation of boron-containing heterocycles as drug candidates: Benzoxazaborinins as PARP inhibitors
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针对BRCA缺陷性癌症，本研究通过有机合成方法合成了21种新型苯并嗪并二氮杂硼啉衍生物（产率20%-99%），并利用NMR和HRMS进行结构表征，通过PARP-1筛选实验验证其抑制活性，其中化合物15A表现出最佳抑制效果（IC50=31 μM）。
Ahmet Burak Berk | Geoffrey K Tranmer
曼尼托巴大学药学院健康科学系，温尼伯，MB R3E 0T5，加拿大
摘要
聚(ADP-核糖)聚合酶（PARP）的抑制已被用于治疗BRCA缺陷的乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌。有机硼化合物在药物化学领域受到了越来越多的关注，因为它们能够直接与酶发生相互作用。在这项研究中，我们合成了一系列含有硼的杂环化合物，包括21种苯并氧氮杂硼啉衍生物，产率在20%到99%之间。这些苯并氧氮杂硼啉化合物通过核磁共振光谱（NMR）和高分辨率质谱（HRMS）进行了表征，并通过PARP-1筛选试验测试了其PARP抑制作用。该试验既经济实惠，又不需要特殊的实验室设备。总体而言，我们成功合成了基于苯并氧氮杂硼啉的PARP抑制剂，这些抑制剂可用于治疗乳腺癌和卵巢癌。其中，化合物15A的抑制效果最好，其IC50值最低，为31 μM。
引言
聚(ADP-核糖)聚合酶（PARP）包含18个成员，其底物为NAD+。PARP家族中确定了六个不同的PARP亚群。PARP1-3（亚群1）负责修复脱氧核糖核酸（DNA）损伤、染色质调控和DNA转录。PARP抑制剂（PARPi）可以竞争性地抑制PARP酶。烟酰胺是一种弱PARPi，它是PARP核糖化反应的副产物，于20世纪70年代被发现[1]。奥拉帕利（Olaparib）和鲁卡帕利（Rucaparib）分别于2014年和2016年被批准用于治疗卵巢癌患者[2]，这两种药物也可用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌[3]。PARP-1和BRCA1/2对DNA损伤的修复至关重要。研究表明，抑制PARP酶活性会对携带BRCA1/2突变的细胞具有细胞毒性[4,5]。换句话说，PARP抑制剂对无法修复DNA损伤的BRCA1/2突变携带者具有细胞毒性，最终导致细胞死亡。PARP抑制剂可以增强化疗和放疗的治疗效果。单链断裂（SSB）通过碱基切除修复（BER）机制进行修复，而DNA结构的单链损伤通常由BER修复。当抑制剂抑制PARP活性时，DNA损伤会发展为双链断裂（DSB），而具有非功能性BRCA1/2基因的细胞无法修复DSB。因此，BRCA1/2突变的癌症患者对PARPi具有高度敏感性，这些抑制剂可作为治疗BRCA突变引起的卵巢癌和乳腺癌的药物[6,7]。
硼具有一个空的p轨道，表现出独特的性质：三个价电子、无电荷的三棱形结构（sp2杂化）表现出路易斯酸特性，以及阴离子四面体结构（sp3杂化）。最近的研究表明，含有硼的生物活性分子可作为有效的治疗剂[11,12]。这些化合物具有巨大的药理活性且相对无毒[13]。硼替佐米（Bortezomib，商品名Velcade）于2003年和2004年分别获得FDA和EMA的批准，用于治疗多发性骨髓瘤[17,18]。其他含硼的药物，如伊沙佐米（Ixazomib），也用于治疗多发性骨髓瘤，于2015年获得FDA批准，2016年获得EMA批准[19]。此外，含硼的伐巴佐坦（Vaborbactam）于2017年和2018年获得FDA和EMA的批准，用于恢复耐抗生素细菌的抗生素疗效，以治疗尿路感染[20]。塔瓦博罗尔（Tavaborole）是首个获得FDA批准的苯并氧氮杂硼啉类药物，用于治疗甲癣（一种真菌感染）[21]。另一种含有苯并氧氮杂硼啉结构的药物Crisaborole于2016年获得FDA批准，用于治疗银屑病和湿疹[12,22]。
本项目旨在开发用作PARP抑制剂的含硼分子。含有有机硼结构的PARP抑制剂可以模拟羰基，从而通过与氨基酸残基形成分子间力来增强结合强度。我们计划设计新的含硼杂环结构的PARPi，利用硼作为路易斯酸的特性，与氧原子上的孤对电子形成三元复合物，从而增强可逆的共价药物-酶相互作用。我们假设通过将硼杂环引入苯并菲啶酮核心结构，可以生成新型PARP抑制剂，这些抑制剂可作为已知PARP抑制剂（如PJ34）的类似物。我们还假设通过用B-OH取代碳原子，模拟苯并菲啶酮环中的C=O键，可以制备出在微摩尔浓度下能有效抑制PARP-1的PARPi（见图1）。
Robinson及其同事发表了一篇论文，通过用硼替代碳原子合成了含硼的嘌呤核苷[26]。这是首次设计并合成苯并氧氮杂硼啉框架的研究，产率高达100%。Hall及其同事开发了一种用于功能化硼酸的固相方法[27]，他们的目标是利用邻位、间位和对位取代基的苯胺合成苯胺衍生物。然而，他们发现邻位取代基的衍生物倾向于形成环状结构，这些化合物属于苯并氧氮杂硼啉类。
材料
2-氨基苯硼酸和4-氰基苯甲酰氯购自AK Scientific。2-溴苯甲酰氯、2-氯苯甲酰氯、2-碘苯甲酰氯、苯甲酰氯、2,3-二氯苯甲酰氯、2,4-二氯苯甲酰氯、2,6-二氯苯甲酰氯、2-硫代苯甲酰氯、甲醇-d4、DMSO-d6、β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸水合物、小牛胸腺来源的活化DNA、氢氧化钾、甲酸、乙酰苯酮和6-(5H)-苯并菲啶酮均购自
结果与讨论
根据图6，分离产率在20%到99%之间。化合物11A和16A的产率最低，分别为30%和20%。这可能是由于苯甲酰氯在2位和6位被氯原子和甲基取代，导致胺基的亲核攻击受到阻碍。类似的立体效应也出现在化合物17A（产率57%）和18A（产率42%）中。化合物3A的对位含有氰基。
结论
利用有机合成方法成功合成了21种苯并氧氮杂硼啉衍生物。所有化合物均通过核磁共振光谱和高分辨率质谱进行了表征。由于我们的目标是模仿6-(5H)-苯并菲啶酮结构来合理设计药物，因此主要选择了芳香族苯甲酰氯衍生物。然而，也生成了含有4个碳原子的烷基链（丁酰氯）。
相关内容
相关支持信息可免费获取，包括表征细节、NMR和MS光谱以及剂量-反应曲线。
未引用的参考文献
[[8], [9], [10], [14], [15], [16]]
CRediT作者贡献声明
Ahmet Burak Berk：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析、数据整理。Geoffrey K Tranmer：审稿与编辑、项目监督、资金获取、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢土耳其国家教育部提供的YLSY奖学金对ABB的支持。同时，作者也感谢加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）对GKT的研究资助。
