喹啉-2-酮/噻唑杂合物作为诱导胱天蛋白酶依赖性凋亡的多靶点抗增殖剂的设计、合成与生物学评价

《Scientific Reports》：Design, synthesis, and biological evaluation of quinolin-2-one/thiazole hybrids as multi-targeted antiproliferative agents inducing caspase-dependent apoptosis

　　

研究人员设计、合成并表征了一系列新型喹啉-2-酮/噻唑杂合物（quinolin-2-酮/thiazole hybrids，6a–l），并评价其对三种人癌细胞系：结肠直肠癌HCT-116、乳腺癌MCF-7与肝癌HepG-2的体外抗增殖效力。多数衍生物表现出良好至中等细胞毒活性。其中化合物6b为最优先导候选，平均IC50为4.20 μM，较参比药索拉非尼（sorafenib，IC50=6.80 μM）效力高1.7倍；对HCT-116（IC50=5.20 μM）、MCF-7（IC50=4.20 μM）及HepG-2（IC50=3.20 μM）均优于索拉非尼。酶学实验显示6b为高效多激酶抑制剂，靶向EGFR（IC50=0.058 μM）与HER-2（IC50=0.060 μM），效力可与厄洛替尼（erlotinib）和拉帕替尼（lapatinib）相媲美，并对VEGFR-2（IC50=0.51 μM）有中等抑制。正常WI-38细胞安全性筛选显示低细胞毒（IC50=51.21 μM）且选择性指数（SI）分别为>10、>12与16。机制研究在HepG-2细胞中证实6b使caspase-3/7活性升高6.9倍，触发显著凋亡。构效关系（SAR）表明喹啉核6-甲基取代、N-1位无取代及噻唑环3-位庞大苯基是优化抗癌活性的关键结构前提。上述结果结合分子对接提示6b可作为有前景的多激酶治疗骨架用于进一步靶向肿瘤优化。

研究背景方面，癌症由受体酪氨酸激酶（RTK，receptor tyrosine kinase）等信号网络失调驱动，EGFR、HER-2与VEGFR-2分别是促增殖、促侵袭与血管生成的关键节点。单体靶向药如厄洛替尼与曲妥珠单抗长期疗效受旁路信号激活和耐药突变限制。喹啉-2-酮（carbostyril，优势骨架）与噻唑（临床药dasatinib、dabrafenib、alpelisib含该环）均具抗癌潜力。研究人员此前已证明喹啉-2-酮可双抑EGFR/HER-2，但未兼顾VEGFR-2，因此本研究将喹啉-2-酮与功能化噻唑杂合，拓展为EGFR/HER-2/VEGFR-2多靶点抑制剂。

主要关键技术方法包括：以苯胺衍生物与P₂O₅/丙二酸二乙酯熔融制4-羟基喹啉-2-酮，经Reimer–Tiemann反应得3-甲醛衍生物，再与苯基/烯丙基氨基硫脲缩合为腙-硫酰胺中间体，最后与氯丙酮环化得目标杂合物6a–l；细胞实验采用ATCC经VACSERA（埃及）提供的HCT-116、MCF-7、HepG-2及正常MCF-10A、WI-38细胞系，以MTT法测活力与IC₅₀；酶抑实验测EGFR、HER-2、VEGFR-2的IC₅₀；以Caspase-Glo法测caspase-3/7，Annexin V/PI双标流式定凋亡与坏死；分子对接用AutoDock Vina基于PDB 1M17、3PPO、3WZE评估结合模式。

Chemistry：研究人员通过所述四步路线合成6a–l，产率75–90%，由¹H/¹³C NMR、元素分析与质谱确证结构；6c的D₂O交换实验证实OH与NH信号，N-烷基化衍生物中NH消失。

Cell viability assay：以正常MCF-10A细胞评估，50 μM时所有6a–l存活率≥91%，表明正常上皮安全性好。

Antiproliferative assay：6a–l对三癌系平均IC₅₀ 4.20–35 μM；6b（R²=Me、R⁵=Ph）平均4.20 μM优于索拉非尼；6-甲基优于7-甲基，N-1自由氮优于N-烷基，噻唑3-位苯基远优于烯丙基。

EGFR inhibitory assay：6a–c中6b的IC₅₀=0.058 μM，优于厄洛替尼0.076 μM，证明苯基噻唑对EGFR关键。

HER-2 inhibitory assay：6b IC₅₀=0.060 μM，弱于拉帕替尼0.026 μM，但仍为高效双ErbB抑制。

VEGFR-2 inhibitory assay：6b IC₅₀=0.51 μM，系列弱于索拉非尼0.107 μM，显示对VEGFR-2为中等抑制、整体偏向EGFR/HER-2。

Cytotoxicity assay against normal cell line (WI-38)：6b对WI-38 IC₅₀=51.21 μM，对应HCT-116、MCF-7、HepG-2的选择性指数>10、>12、16。

Caspases 3/7 assays：HepG-2中6b在其IC₅₀处理24 h后caspase-3/7发光信号升6.9倍，近星孢菌素7.8倍，证为执行型凋亡激活。

Apoptosis and necrosis assays：Annexin V/PI显示6b处理HepG-2总死亡29.80%，其中早期凋亡17.25%、晚期8.95%、坏死仅3.20%，表明死亡以调控性凋亡为主。

Docking study：EGFR中6b得分?9.2 kcal/mol，经亚胺/腙链接Kys721氢键与π-阳离子作用，不入铰链区但深锚催化域与DFG模体；HER-2中拉帕替尼?10.8、6b?9.5 kcal/mol，6b缺MET A:801铰链键故较弱；VEGFR-2中索拉非尼?11.9、6b?9.5 kcal/mol，6b缺CYS A:919铰链与卤键故中等抑制。

讨论部分总结：研究人员指出单体RTK抑制易因旁路与突变耐药，杂合骨架以刚性与共轭体系同时占EGFR/HER-2与血管靶点是合理策略；6b的N-1自由、6-甲基、噻唑3-苯基可被对接与SAR共同解释；VEGFR-2较弱提示后续应补6-氯+3-苯基噻唑类似物或引入铰链锚定基团。

结论部分翻译：总之，研究人员有效设计开发了喹啉-2-酮/噻唑杂合物6a–l作为多激酶靶向抗增殖剂；6b优于索拉非尼且对WI-38高选择，酶学上强抑EGFR/HER-2并中等抑VEGFR-2，机制为caspase-3/7介导凋亡；SAR确定自由N-1、C-6甲基与噻唑笨重芳基为优化要素。6b可作为后续结构优化与体内临床前开发的重要化学骨架，用于ErbB家族与血管生成共同驱动的恶性肿瘤。