发现6-取代吲哚和四氢喹啉衍生物可作为选择性HDAC8抑制剂

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Discovery of 6-substituted indole and tetrahydroquinoline derivatives as selective HDAC8 inhibitors

HDAC8抑制剂的系统结构修饰揭示了新型四氢喹啉和吲哚衍生物的潜力，其中11k（IC50=0.10μM）和5b（IC50=0.28μM）展现出高选择性抑制HDAC8并特异性增强SMC3乙酰化。前者在T细胞中初步显示非细胞毒性调节细胞因子表达。研究建立了基于PCI-34051的结构改造策略，为开发选择性HDAC8抑制剂提供了新化学骨架。

　　

李文|程瑞雪|常英杰|李雪|赵仲成|刘佳琪|张燕|曹胜达|侯旭斌|方浩

山东省中医药功能成分发现与利用国家重点实验室药物化学系，山东省药物先导化合物成药性优化与评价重点实验室，山东基础科学学术特区/研究中心（药学），山东大学药学院，济南，山东，中国

摘要

开发具有异构体选择性的组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂是克服泛HDAC抑制剂相关不良效应的一种有前景的策略。通过对已知抑制剂PCI-34051进行系统的结构修饰，我们设计并合成了两个新的化合物系列：6-取代吲哚类和6-取代四氢喹啉类化合物。其中，四氢喹啉衍生物11k表现出强烈的HDAC8抑制活性（IC₅₀ = 0.10 μM），而吲哚衍生物5b也显示出活性（IC₅₀ = 0.28 μM），且两者都具有优异的选择性。机制研究表明，这些抑制剂能够特异性地增加细胞中HDAC8底物SMC3的乙酰化水平，而不影响组蛋白H3或α-微管的乙酰化，从而支持其靶向作用。初步数据表明，化合物11k可以调节T细胞中的细胞因子表达，这提示其具有潜在的非细胞毒性生物效应，值得进一步研究。本研究引入了新的化学类型，特别是四氢喹啉骨架，用于开发选择性的HDAC8抑制剂。

引言

组蛋白乙酰化是一种关键的表观遗传修饰，它通过促进染色质结构从浓缩状态转变为松弛状态来促进基因表达，从而增强其对转录因子的可及性。1 这一动态过程由组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的相反作用调节。在人类中，11种锌依赖性的HDAC异构体被分为I类（HDAC1、2、3、8）、IIa类（HDAC4、5、7、9）、IIb类（HDAC6、10）和IV类（HDAC11），而III类sirtuins则依赖于NAD⁺。2, 3 到目前为止，多种HDAC抑制剂已获得FDA批准用于治疗血液系统恶性肿瘤，包括Vorinostat（SAHA）、Romidepsin、Belinostat、Panobinostat和Chidamide（见图1）。4, 5, 6, 7, 8（见方案1）。 与其他HDAC异构体不同，编码HDAC8的基因独特地位于X染色体上，这使得HDAC8与其他I类HDAC成员区分开来。9 首先，C末端缺乏蛋白质-蛋白质相互作用域赋予HDAC8结合多蛋白复合物的独特能力。2 此外，HDAC8对长链酰基化赖氨酸（如辛酰基、十二酰基和肉豆蔻酰基赖氨酸）有偏好。10 因此，HDAC8具有更广泛的非组蛋白底物谱（如SMC3、ERRα、p53），11, 12, 13，从而发挥更广泛的生物学作用。此外，HDAC8在体内和体外对赖氨酸残基的乙酰化表现出不同的催化活性，这体现在其对乙酰化组蛋白赖氨酸的水解能力高于其他I类HDAC异构体。14 在肺癌、乳腺癌、白血病、肝细胞癌和神经母细胞瘤等多种恶性肿瘤中观察到HDAC8水平升高。抑制HDAC8可以阻止细胞因子信号抑制剂1/3（SOS1/3）介导的细胞增殖，并抑制骨髓增生性肿瘤中的造血细胞活性。15 此外，抑制HDAC8对携带p53突变的细胞增殖有显著影响，表明HDAC8可能作为治疗p53突变癌症的辅助手段。16 在侵袭性乳腺肿瘤细胞中，HDAC8的过表达会诱导HDAC1和HDAC6的表达上调，从而促进侵袭。17 目前，发现具有异构体选择性和强效性的HDAC8抑制剂仍然是研究的热点领域。代表性化合物包括PCI-34051、18 QJI-1和NBM-BMX20（见图1），其中NBM-BMX已进入恶性肿瘤治疗的I期临床试验（NCT03726294）。值得注意的是，最近的研究表明，选择性HDAC8抑制可能在调节肿瘤免疫中发挥作用。21 通过分析PCI-34051与HDAC8的共晶体（PDB：6HQY，图2A），我们可以看到其羟胺基团作为锌结合基团（ZBG），吲哚核作为连接基团，p-甲氧基苄基作为表面识别帽基团。同时，文献报道活性中心附近存在一个额外的疏水口袋，也称为“脚口袋”，可以利用这一结构来开发选择性HDAC8抑制剂。因此，我们尝试将PCI-34051的羟胺基团替换为肼基团，以探索疏水口袋对HDAC8选择性的影响。另外，我们团队最近报告称四氢喹啉类HDAC抑制剂对HDAC8表现出良好的选择性。22 受此启发，我们采用骨架替换策略，以四氢喹啉替代吲哚，基于PCI-34051结构进行了改进。最终，得到了两个新的化合物系列：6-取代吲哚类和6-取代四氢喹啉类，它们被证实是新型的选择性HDAC8抑制剂（见图2B）。

化学方法

首先，化合物2是通过将市售化合物1进行甲酯化获得的。接着，化合物2与p-甲氧基苄基氯反应生成化合物3，然后将其甲酯转化为肼基得到化合物4。随后，化合物4与不同的烷基醛进行还原胺化反应，得到目标化合物5a-i。对于化合物7（化合物6的还原产物），通过亲核取代、还原胺化或酰胺缩合反应得到相应的化合物。

结论

本研究通过对先导化合物PCI-34051进行不同的结构修饰，开发了两类新的HDAC8选择性抑制剂。一种策略是从吲哚骨架跳跃到新的四氢喹啉骨架，得到了化合物11k，其表现出强烈的HDAC8抑制活性（IC₅₀ = 0.10 μM）。另一种策略是将羟胺基团替换为肼基，得到了化合物5b，它也显示出HDAC8抑制活性（IC₅₀ = 0.28 μM）。化合物11k和5b都表现出良好的选择性。

一般信息

所有反应均通过薄层色谱（TLC）监测反应进程。试剂和氘代溶剂（DMSO-d₆或CDCl₃-d）购自TCI、Bidepharm和Aladdin，其他溶剂由天津富宇精细化工有限公司提供。1 使用Bruker DRX-400和Impact II UHR-TOF质谱仪进行了¹H NMR（400 MHz）、¹³C NMR（101 MHz）和高分辨率（ESI）质谱分析以验证化合物结构。

化合物2的合成步骤

CRediT作者贡献声明

李文：研究工作。 程瑞雪：验证工作。 常英杰：研究工作。 李雪：方法学研究。 赵仲成：方法学研究。 刘佳琪：方法学研究。 张燕：方法学研究。 曹胜达：监督、资源提供。 侯旭斌：撰写、审稿与编辑、监督。 方浩：撰写、审稿与编辑、监督、资金申请。

利益冲突声明

作者声明他们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

本研究得到了国家自然科学基金（编号22477070和22377068）、山东省泰山学者计划（编号tstp.20230606）、山东省重点研发计划（编号2025CXPT121）以及山东省青年创新团队发展计划（编号2023KJ026）的支持。