抗结直肠癌新型青蒿素-硒代吲哚杂合体的设计、合成及生物活性评价

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis and biological evaluation of novel artesunate-selenylindole hybrids against colorectal cancer

　　

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  新型青蒿素-硒吲哚衍生物具有抗结直肠癌活性。
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  3e 强效抑制HCT116细胞（IC?? = 6.00 ± 0.29 μM），与青蒿素相比具有更优的活性和安全性。
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  3e 通过诱导结直肠癌细胞G0/G1期细胞周期阻滞来抑制细胞增殖和克隆形成能力。
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  3e 抑制TrxR以触发ROS介导的线粒体凋亡通路。

引言

结直肠癌（CRC）是全球最常见恶性肿瘤之一，也是癌症相关死亡的主要原因之一，给全球公共卫生带来沉重负担[1]、[2]。尽管手术切除对早期结直肠癌可获得令人满意的治疗效果，但晚期和转移性病例仍预后不良[3]。目前的一线治疗方案仅能提供有限的生存获益，并伴随严重的累积毒性[4]、[5]。因此，亟需开发具有强效疗效和良好安全性的新型抗肿瘤候选药物，用于结直肠癌的长期临床管理。

活性氧（ROS）在结直肠癌的发生、进展和转移中发挥关键作用。癌细胞依赖增强的抗氧化防御系统维持细胞内氧化还原稳态，以逃避ROS介导的程序性细胞死亡[6]、[7]、[8]。因此，通过促氧化干预破坏氧化还原平衡、引发致死性氧化应激，已成为结直肠癌一种有前景的治疗策略，该策略可激活线粒体凋亡级联反应、调控Bcl-2家族蛋白并诱导Caspase依赖性细胞死亡[9]、[10]、[11]。近年来，中医药作为结直肠癌干预的潜在候选方案引起了越来越多的关注，并获得大量临床前和临床证据的支持[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。青蒿素（ART）是黄花蒿（Artemisia annua L.）中蒿素的一种半合成衍生物，是一种公认的低毒性抗疟药物，通过多种机制表现出显著的抗结直肠癌活性[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。它能提高细胞内活性氧（ROS）水平并破坏细胞氧化还原稳态，进而通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制细胞增殖、迁移和侵袭以及调节炎症等多种生物学过程发挥抗肿瘤作用[23]、[24]。然而，青蒿素对大多数癌细胞系的抗肿瘤活性较弱（IC?? > 10 μM），这限制了其临床转化应用。因此，迫切需要开发新的策略来提高其抗肿瘤效力。

硒是人体代谢必需微量元素，是硒蛋白和关键抗氧化酶的结构与功能组成成分，包括硫氧还蛋白还原酶（TrxR）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和碘甲腺原氨酸脱碘酶（DIO）。作为抗氧化硒蛋白的催化核心，硒具有强大的抗肿瘤效应，能有效抑制肿瘤发生和进展，这一点已由大量临床前实验和流行病学队列研究充分证实[25]、[26]、[27]、[28]、[29]。硒的抗癌活性主要归因于其对氧化还原活性蛋白表达的调节以及对细胞内氧化还原稳态的精细调控[30]。值得注意的是，氧化还原活性硒化合物通过靶向癌细胞固有的脆弱性——包括持续升高的基线ROS水平、过度激活的抗氧化防御系统以及对ROS驱动的氧化应激的固有超敏感性——发挥选择性抗肿瘤作用[31]、[32]。从机制上看，线粒体依赖性凋亡通路已被认为是有机硒化合物抗肿瘤作用的核心机制[33]、[34]、[35]、[36]。作为关键的抗氧化酶，硫氧还蛋白还原酶（TrxR）在多种人类恶性肿瘤中常发生失调和异常高表达，其维持细胞内氧化还原平衡从而驱动肿瘤进展和转移[37]。药理学抑制TrxR可破坏细胞氧化还原平衡、加剧ROS介导的氧化损伤，并选择性地在肿瘤细胞中引发深度凋亡，这突显了TrxR作为基于硒的抗癌药物开发中极具前景的治疗靶点[38]。

吲哚硒化物是一类独特的新型结构杂化体，含有硒原子和吲哚结构单元，展现出多种有利的生物活性，包括抗肿瘤、抗氧化和P-糖蛋白抑制效应[39]。我们此前的工作已证实，吲哚骨架的有机硒官能化能够改善吲哚衍生物的毒理学特性和抗肿瘤效力[40]。此外，我们团队先前合成了一系列青蒿素-硒（ART-Se）衍生物，如ART-SeCN，证实其对HCT116结直肠癌细胞具有强效细胞毒性。然而，这些ART-Se衍生物在正常细胞中也产生明显的细胞毒性，导致肿瘤选择性差，限制了其进一步的转化应用[41]。为突破开发肿瘤选择性抗癌药物的瓶颈，我们通过分子杂化策略设计了青蒿素-硒吲哚有机硒杂化体，以改善传统抗肿瘤候选药物令人不满意的选择性和全身毒性。本研究包括体外细胞筛选以鉴定选择性抗结直肠癌衍生物、表型检测以评估肿瘤细胞增殖和迁移，以及针对TrxR的ROS稳态、线粒体功能和凋亡信号通路机制解析，旨在为低毒选择性结直肠癌治疗药物生成有前景的先导骨架和创新设计策略。

章节摘要

化学

目标化合物3的合成路线概述于方案1中。取代的3-硒氰酸-1H-吲哚（1）由取代的1H-吲哚与二氰三硒（TSD）反应合成，后者在二甲基亚砜中由丙二腈和二氧化硒原位生成，方法参照先前报道的文献[42]。化合物1不经纯化，直接在乙醇中用硼氢化钠还原，随后与溴代醇处理得到吲哚

结论

总之，本研究合成了一系列新型基于青蒿素的有机硒吲哚衍生物，并筛选了其对四种人结直肠癌细胞系（HT29、HCT116、SW480、SW620）和正常LO2肝细胞的抗增殖活性。大多数衍生物的肿瘤抑制效力优于母体青蒿素（IC₅₀ > 50 μM）。值得注意的是，化合物3e对HCT116细胞表现出显著且具有选择性的抗增殖活性（IC₅₀ = 6.0 μM），且对正常细胞的细胞毒性可忽略不计

材料与仪器

所有试剂均购自商业来源，除另有说明外，未进一步纯化直接使用。NMR谱在Bruker DRX-400仪器上测定，质谱在Sciex TripleTOF? 5600⁺质谱仪上检测。提交生物研究的绝大多数化合物经配备二极管阵列检测器和CORTECS C18色谱柱的Waters Acquity Arc超高效液相色谱（UPLC）系统测定纯度均不低于95%

CRediT作者贡献声明

Jianlong Cao：撰写——初稿，方法论，调查研究，形式化分析，数据整理，概念构思。Ge Yuan：可视化，验证，软件，调查研究。Changgui Li：可视化，形式化分析，数据整理。Meilin Ren：软件，方法论，形式化分析，数据整理。Jiaxin Pang：可视化，软件，调查研究。Zhenyu Zhang：方法论，调查研究，数据整理。Ping Lu：资源，项目管理，经费获取。Jianhua Wei：

利益冲突声明

作者声明，不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到广西科技计划项目（桂科LT2600640054）、广西自然科学基金（2025GXNSFAA069866）、广西药物发现与优化重点实验室（编号：23-026-02）以及广西高校中青年骨干教师培养计划的支持。

动物实验

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。

本研究已获得桂林医科大学动物伦理委员会（IACUC）批准。

（批准编号：GLMU-IACUC-202410398）

Jianlong Cao|Ge Yuan|Changgui Li|Meilin Ren|Jiaxin Pang|Zhenyu Zhang|Ping Lu|Jianhua Wei|Xianli Ma|Ye Zhang|Yanyan Chen|Yanli Xu