新型非酸性2-芳基苯并噻唑衍生物的理性设计、合成及其多学科药理学特性研究：这些衍生物具有抗炎、镇痛和抗增殖作用

《Journal of Molecular Structure》：Rational Design, Synthesis, and Multidisciplinary Pharmacological Profiling of Novel Non-Acidic 2-Arylbenzothiazole Derivatives Endowed with Anti-inflammatory, Analgesic, and Antiproliferative Activities

　　• 设计了具有邻位取代构象锁的非酸性2-芳基苯并噻唑。
• 在10 mg/kg的较低剂量下表现出卓越的体内抗炎活性（97.12%）。
• 对COX-2和VEGFR-2催化通道具有双重靶向作用。
• 200纳秒分子动力学模拟证实了蛋白质-配体的稳定性。
• 体外细胞毒性实验显示对这些具有侵袭性的人类癌细胞系有效。

引言
苯并噻唑是一种由苯环和噻唑环融合而成的双环杂环化合物，含有富电子的氮和硫杂原子，在当代药物发现中已成为核心骨架[1]。由于其独特的电子和结构特性，基于苯并噻唑的衍生物展现了广泛的生物和药理活性，包括抗菌、抗炎、抗癌、抗阿尔茨海默病、抗氧化和抗癫痫等作用[2][3][4][5][6][7][8][9]，最近的研究进一步强调了功能化噻唑骨架在药物发现中的多功能性[10]。这种药理结构的临床重要性还体现在多个获得FDA批准的商业药物中（图1）[11]。
炎症是免疫系统的重要保护反应，有助于清除有害病原体并促进组织再生[12]。然而，慢性或失调的炎症可能导致严重的细胞损伤，并是许多疾病发生的关键因素。
非甾体抗炎药（NSAIDs）在全球范围内被用于提供抗炎、镇痛和退烧效果。它们的主要作用机制是通过抑制环氧化酶来阻止前列腺素的合成：恒定的COX-1负责胃肠和肾脏的稳态，而诱导型的COX-2在炎症反应期间被上调[13,14]。传统的非选择性NSAIDs常常由于同时抑制COX-1而引起不良副作用，如胃黏膜溃疡和肾毒性。因此，开发既能有效调节炎症级联反应又能改善安全性的新型化合物仍然是药物化学研究的重点[14]。
越来越多的药理证据表明，慢性炎症与肿瘤血管生成之间存在深刻的机制相互作用，其中诱导型环氧化酶（COX-2）的上调直接刺激了促血管生成信号通路，包括血管内皮生长因子（VEGF）的表达及其随后激活VEGFR-2。因此，在单一结构框架内同时靶向炎症介质级联和关键受体酪氨酸激酶，代表了一种创新的多靶点策略，以破坏驱动炎症性疾病和增殖性恶性肿瘤的协同微环境[15,16]。小分子干预策略的最新进展强调了同时抑制炎症级联（特别是COX-2）和受体酪氨酸激酶（如VEGFR-2）的重要性，以破坏促进肿瘤进展和耐药性的协同微环境[17]。因此，在统一的结构框架内开发同时靶向这两种途径的化合物代表了一种创新的多靶点方法。尽管一些杂环类化合物已被研究用于双重抑制COX/VEGFR，但能够同时调节这两个轴的双活性苯并噻唑衍生物仍然有限，这凸显了当前非酸性平台的新颖性和治疗意义。
鉴于苯并噻唑衍生物通常表现出高抗炎治疗潜力且具有较低的溃疡倾向[14]，探索新的功能化苯并噻唑矩阵是一个有前景的策略。本研究的主要目的是报道一系列新的功能化苯并噻唑杂化物（5a–f和6a–d）的合成、表征和多靶点评估（图2）。我们将使用标准啮齿动物模型详细研究它们的急性抗炎和镇痛效果，并将其与参考药物双氯芬酸进行直接比较。此外，为了揭示这些衍生物的多方面治疗潜力，我们将系统地评估它们对人类胶质母细胞瘤（U87-MG）和卵巢癌（A2780）细胞系的体外抗增殖活性，并通过DFT计算和与COX酶的分子对接模拟提供全面的计算支持。
通过将这些抗增殖和抗炎效应联系起来，这项多靶点研究假设设计的苯并噻唑核心可以同时作用于炎症介质级联（通过COX酶）和促血管生成或增殖调节蛋白（通过VEGFR-2激酶）。通过采用非酸性核心跳跃策略并结合中性酰胺掩码作为空间锁，本研究建立了一个全面的构效关系（SAR）框架。它将功能化苯并噻唑骨架定位为一个多功能且稳健的平台，可用于综合抗炎和抗增殖干预。将计算结合预测与生物学评估相结合，旨在为这种双重作用的治疗特性提供统一的结构依据，同时认识到后续的实验抑制和选择性分析最终将验证这些计算预测。

化合物5a–f和6a–d的分子设计是基于Ar1?X?Ar2药理模型开发的生物等效性杂交方法。这种方法旨在优化酶结合、亲脂性和细胞膜通透性。这延续了我们正在进行的研究，旨在开发能够避免传统NSAIDs胃毒性的非酸性抗炎剂。在此框架中，中心间隔核心（X）作为重要的桥梁，结构上对齐两个芳香区域（Ar1和Ar2）[18][19][20][21][22]。在本研究中，我们采用了一种非传统的生物等效性核心跳跃策略（图2）。具体来说，我们将最近的抗炎碘苯并呋喃前体[18]中的中心-C=C-O-呋喃基团（X）替换为-N=C-S-噻唑键（X），从而获得了当前的苯并噻唑结构。这种核心跳跃修饰带来了独特的电子和空间优势：引入富电子的氮和硫杂原子增强了对抗I相氧化降解的代谢稳定性，并优化了偶极矩，改善了与关键活性位点残基的氢键相互作用。此外，融合噻唑核心的结构刚性和极化性加强了由邻位取代基引入的构象锁，从而根据之前对相关杂环杂化物的SAR优化活动调节了双芳基扭转角度[18][19][20][21][22]。这种修饰改变了核心连接器的电子密度和空间方向，同时保持了核心双芳基框架的完整性。这种方法已在涉及喹啉腙（II）[19]和脲基/硫脲基蒽酰基质（I）（图2）[20]的先前研究中得到验证。
为了建立全面的结构-活性关系（SAR），酚环（Ar2）被官能化为模仿传统NSAID酸性残基的结构和药理特性的侧链：
? 化合物5a–f中的氧乙酰胺侧链（?O?CH2?CO?NH?）模仿了包括双氯芬酸和吲哚美辛（V）在内的传统NSAIDs的乙酰酸残基。
? 化合物6a–d中的氧丙酰胺侧链（?O?CH(CH3)?CO?NH?）包含α-甲基取代基，从而模仿了布洛芬和萘普生（VI）等丙酸类非甾体抗炎药（NSAIDs）的丙酸骨架。
重要的是，在这两个系列中，主要的自由羧酸基团（-COOH），它主要导致局部胃刺激和黏膜损伤，被中性、功能化的酰胺掩码（-CO-NHR）所取代。末端酰胺氮原子系统地与长度和分支复杂性逐渐增加的烷基尾部（R）相连，从甲基（5a, 6a）和乙基（5b, 6b）到丙基（5c, 6c）、异丙基（5d）、丁基（5e, 6d）和仲丁基（5f）等较大基团。这种战略性多样化直接影响了药物相似性参数，优化了在COX异构体和VEGFR-2催化腔狭窄酶结合通道内的空间 orientation 和形状互补性，并调节了亲脂性，以确保最佳的细胞通透性和增强的结合亲和力。

化学
红外光谱是在Perkin-Elmer 1750 FT光谱仪上使用KBr颗粒记录的。我们在Bruker（500 MHz）光谱仪上以DMSO-d6为溶剂，并使用四甲基硅烷（TMS）作为内标，记录了1H和13C NMR光谱。化学位移以相对于TMS的ppm值报告。所有耦合常数J均以赫兹（Hz）表示。全文中使用以下缩写：s = 单峰，d = 双峰，t = 三峰，q = 四峰，m = 多峰。我们监测了反应过程。

合成
方案1概述了用于制备中间体苯并噻唑和最终目标酰胺衍生物（5a–f和6a–d）的多步合成路径。合成分三个连续阶段进行。首先在室温下将2-氨基噻酚和水杨醛在乙醇中缩合并随后进行氧化环化。该反应由少量稀盐酸（HCl）催化，并通过添加氢气完成。

结论
总之，本研究成功设计并验证了一系列新型非酸性2-芳基苯并噻唑衍生物，作为强效的多靶点抗炎和抗增殖剂。通过邻位取代的构象锁引入中性酰胺掩码，成功地消除了胃毒性，并在优化的低剂量10 mg/kg下实现了卓越的体内疗效（化合物5d的抑制率为97.12%）。综合计算分析，包括200纳秒分子动力学模拟，进一步支持了这些化合物的效果。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争财务利益或个人关系。

作者贡献声明
Idriss Layoul：撰写 – 原稿，方法学，研究。
Tuba Keskin：研究，数据分析。
Katia Mohand Saidi：方法学，研究，数据管理。
Roufida Aichouna：研究，数据管理。
Kamel Harrouche：撰写 – 审稿与编辑，监督，数据管理。
Suat Tekin：研究，数据分析。
Güldeniz ?ekerci：研究，数据分析。
Mohamed Zakaria Stiti：研究，数据分析。
Tahir Habila：数据分析。
Hasan Kü?ükbay | Smail Khelili