作为双重 VEGFR-2 和 EGFR 激酶抑制剂的新型吡啶/噻唑杂化物的设计、合成、分子对接、ADMET 及抗癌评价

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis, molecular docking, ADMET and anticancer evaluation of novel pyridine/thiazole hybrids as dual VEGFR-2 and EGFR kinase inhibitors

　　

摘要

在此，我们重点介绍了新型吡啶/噻唑杂合体 1 至 6a,b 的合成，并通过双重靶向 VEGFR-2 和 EGFR 将其筛选为潜在抗癌药物。新型化合物的创制符合目标受体的结构规范。使用 MTT 法评估化合物对 HepG2、MCF-7、HCT116 和 A549 癌细胞系的细胞毒性。化合物 5b 对 HepG2、MCF-7、A549 和 HCT116 细胞系的 IC₅₀ 值分别为 6.50、7.00、5.55 和 6.85?μM，表现出最强的抗癌活性。尽管其效果不如索拉非尼（对研究的细胞系），但优于厄洛替尼（对 HepG2、MCF-7 和 HCT116），而对 A549 效果较差。评估了六种强效化合物 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 6a, and 6b 对 VERO 正常细胞系的毒性作用，以确定细胞毒性水平。所有研究的结果表明，每种合成的化合物对 VERO 正常细胞均表现出最小的毒性，IC₅₀ 值在 47.60 至 52.22?μM 之间。此外，利用分子建模研究调查了新型衍生物与 EGFR 和 VEGFR-2 受体相互作用的程度。此外，对化合物进行了额外测试，以测量其抑制 EGFR^T790M 和 VEGFR-2 的能力。化合物 5b, 4b, 4c, 和 6b 对 VEGFR-2 表现出优异的抑制效力，IC₅₀ 值分别为 0.95、1.00、1.15 和 1.35?μM。此外，化合物 5b, 4c, 4b, and 6b 抑制了 EGFR^WT 活性，IC₅₀?=?0.24、0.30、0.37 和 0.40?μM。类似地，这些相同的化合物对 EGFR^T790M 显示出卓越的抑制作用，相应的 IC₅₀ 值分别为 0.26、0.36、0.44 和 0.50?μM。值得注意的是，衍生物 5b, 4b 和 4c 表现出良好的 in silico ADMET 预测。

引言

选择性靶向癌症相关分子和细胞信号级联的治疗策略已证明，与传统化疗相比，其毒理学副作用有所减少 [1]。由于酪氨酸激酶调节癌症治疗背景下的生长因子信号转导，它们代表了一个引人注目的治疗靶点。蛋白酪氨酸激酶 (PTKs) 是抗癌剂开发中最广泛追求的靶点之一 [2]。当代研究专注于设计干扰异常信号通路的新方法 [3], [4]。阻断血管生成是防止肿瘤进展的常用方法。VEGFR 是内皮细胞对 VEGF 信号做出反应以及实体瘤中小血管通透性增加的核心 [5], [6]。当 VEGFR 结合 VEGF 及相关配体时，它们触发一个信号级联，驱动内皮细胞增殖、迁移和新血管芽的形成 [7]。由于 VEGFR 参与生理性和病理性血管生成，它已成为开发新型癌症疗法的吸引人靶点 [8]。VEGFR 有三种已知亚型——VEGFR-1、VEGFR-2 和 VEGFR-3，其中 VEGFR-2 被认为是最关键的血管生成驱动因子 [9]。该受体在多种癌症类型中表达升高，包括乳腺癌、肺癌、肝癌和结直肠癌。因此，抑制 VEGFR-2 已成为抗血管生成癌症治疗的核心策略 [10], [11]。VEGFR-2 抑制剂分为三个结构类别。I 型抑制剂占据 ATP 结合口袋内的铰链区。II 型抑制剂延伸至 ATP 结合位点之外，进入相邻的疏水口袋，使其比 I 型化合物具有更高的选择性和结合亲和力。III 型抑制剂则结合 ATP 结合位点之外的变构疏水口袋，通过这种独特的结合模式实现抑制。由于 II 型和 III 型抑制剂倾向于产生更持续的酪氨酸激酶活性抑制，目前仍有研究兴趣在设计这两个类别内的新化合物 [12], [13], [14]。

同时，VEGF 和 EGF 通过重叠的途径信号传导，且各自都可以独立地促进肿瘤发展和治疗耐药性 [15]。EGFR 本身是参与细胞增殖、分化和下游信号传导的最重要的蛋白酪氨酸激酶之一 [16]。设计作用于多个靶点的药物可以通过同时结合几个不同的受体来中断癌症进展，通常会产生协同效应且毒性较低 [17]。这使得 VEGFR 和 EGFR 通路的联合阻断成为一种有前景的治疗策略 [18]。值得注意的是，携带 EGFR 突变的肿瘤似乎比携带野生型 EGFR 的肿瘤更依赖 VEGF 信号 [19]，这支持了在 EGFR 突变非小细胞肺癌 (NSCLC) 中双重靶向 VEGF/EGFR 的原理 [20]。如图 1 所示，吡啶骨架是 VEGFR 抑制剂中常见的结构特征。几种基于吡啶的 VEGFR-2 抑制剂——包括索拉非尼 (I)、阿帕替尼 (II) 和莫提沙尼 (III)——已显示出强烈的抗肿瘤活性 [21], [22], [23], [24]。2020 年，AbdelHaleem 等人开发了一系列靶向 VEGFR-2 的吡啶衍生物，先导化合物 (IV) (图 1) 对前列腺癌细胞系 PC3 和 DU145 以及乳腺癌细胞系 MCF-7 和 MDA-MB435 表现出显著的抗癌作用 [25]。此外，吡啶衍生物 (V) (图 1) 表现出强烈的 VEGFR-2 抑制活性以及有利的抗癌效果 [26]。除此之外，据报道许多基于吡啶的化合物是同时作用于 VEGFR-2 和 EGFR 的双重靶向抗癌剂 [27]。

另外，已报道几种基于噻唑的 EGFR 抑制剂作为抗癌剂 [28], [29], [30]，以及许多基于噻唑的 VEGFR-2 抑制剂 [31], [32], [33], [34]。此外，已鉴定出一系列含有噻唑的化合物，作为具有抗癌活性的 VEGFR-2 和 EGFR 双重抑制剂 [35]。

我们的策略依赖于将两个活性部分吡啶和噻唑（均为 VEGFR-2/EGFR 激酶抑制剂）结合到单一结构中，以实现协同抑制效应。

本研究基于我们前期工作 [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45]，证明结合吡啶和噻唑部分是生产针对多种癌症类型（包括肝 (HepG2)、乳腺 (MCF-7)、结直肠 (HCT-116) 和非小细胞肺癌 (A549) 细胞系）活性双重 EGFR/VEGFR-2 抑制剂的有效杂化策略。进行 in silico 分子建模研究，以调查这些化合物如何在酶活性位点内结合。此外，为化合物 4b、4c 和 5b 生成了 in silico ADMET 预测，并与索拉非尼和厄洛替尼进行比较。

化合物设计受 VEGFR-2 和 EGFR 抑制剂共同的结构特征指导。通过在四个不同位点对 VEGFR-2 抑制剂索拉非尼进行生物电子等排修饰，生成了一系列新的吡啶/噻唑杂合化合物：(1) 占据 ATP 结合结构域的杂芳环，(2) 中心间隔基，(3) 带有能够既提供又接受氢键以与关键残基 Asp1046 和 Glu885 相互作用的官能团的连接基，以及 (4) 占据疏水变构口袋的疏水尾部 (图 2) [46], [47]。新的吡啶/噻唑杂合体还融入了 EGFR 酪氨酸激酶抑制剂 (EGFR-TKIs) 的特征性关键药效团元素。这些化合物源自对厄洛替尼在四个位置的结构性修饰：(1) 占据疏水区域 I 的末端疏水头基，(2) 适合进入腺嘌呤结合口袋的平面杂芳体系，(3) 作为氢键供体与连接区域残基相互作用的亚氨基 (NH) 基团，以及 (4) 占据疏水区域 II 的疏水尾部 (图 3) [48]。

章节片段

化学

酯 B 是通过 1-(3-氰基 -4,6-二甲基 -2-氧代吡啶 -1(2H)-基) 硫脲 (A) 与 2-氯 -3-氧代丁酸乙酯在甲醇中反应获得的，使用哌啶作为催化剂。然后在乙醇中用肼水合物回流酯 B，以良好产率提供肼基前体 1。随后在回流条件下，由少量 Et₃N 催化，肼 1 与苯基异硫氰酸酯在乙醇中反应 [49]，以优异产率 (90%) 得到相应的 N-苯基肼 -1- 硫代酰胺 2，作为

结论

设计并合成了一系列新的吡啶/噻唑杂合化合物，作为双重 EGFR_T790M/VEGFR-2 抑制剂。使用 MTT 法评估了其 in vitro 对四种癌细胞系 (HepG2, MCF-7, HCT-116, 和 A549) 的细胞毒性活性，同时通过分子建模研究调查了其与 EGFR 和 VEGFR-2 的结合相互作用。总体而言，大多数化合物对测试的癌细胞系显示出中等至非常好的生长抑制活性。化合物 5b，在

化学

熔点使用数字 Gallen-Kamp MFB-595 装置测定，并报告未校正值。红外光谱使用 Shimadzu FTIR 440 光谱仪通过 KBr 压片记录。质谱在配有数据系统的 MS-50 Kratos (A.E.I.) 光谱仪上以 70?eV 获得。¹H NMR (500?MHz) 和 ¹³C NMR (125?MHz) 光谱在 Bruker Ultra Shield 光谱仪上于 CDCl? 或 DMSO?d? 中记录，使用 TMS 作为内标，化学位移报告为 δ (ppm)。反应

生成式 AI 工具

作者声明在论文准备过程中未使用生成式 AI 工具。

CRediT 作者贡献声明

Naglaa M. Ahmed: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。 Rizk E. Khidre: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，方法论，调查，数据整理，概念化。 Mohamed R. Khidre: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，调查，形式分析，概念化。 Tamer Nasr: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，方法论，

未引用参考文献

[65]

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能被认为影响了本论文中报告的工作。

Naglaa M. Ahmed|Rizk E. Khidre|Mohamed R. Khidre|Ahmed El-morsy|Tamer Nasr|Khaled El-Adl|Noura S. Hanafy

药物有机化学系，药学院，首都大学（原赫尔旺大学），埃及开罗