异噁唑衍生物作为抗癌药物的作用机制和SAR研究

乳腺癌（BC）是导致女性死亡的最大病因之一，多种药物已被FDA批准用于治疗乳腺癌。现有药物的主要缺点是存在耐药性、毒性和选择性问题，其他疗法如激素疗法、手术、放射疗法和免疫疗法也在使用中，但出现了许多副作用，如生物利用度、非选择性、药代动力学‑药效学问题。因此，一种能够更有效治疗癌症的新方法亟待开发。近年来，异噁唑衍生物因其抗癌潜力和较小的副作用而受到广泛关注。这些衍生物作为抗癌药物具有不同的作用机制，如诱导细胞凋亡，干扰微管蛋白聚集，抑制芳香化酶、拓扑异构酶、HDAC（组蛋白去乙酰化酶）和ERα（雌激素受体α）的作用等。

芳香化酶是一种CYP19细胞色素P450酶，在乳房中的表达水平较高，负责将雄激素转化为雌激素。雌激素分泌过多可能会导致乳腺癌。研究发现异噁唑衍生物可通过抑制芳香化酶来阻止雄激素转化为雌激素。

El-ldreesy等人于2016年合成了一系列吡唑基异噁唑衍生物，并筛选了其对芳香化酶的抑制活性。其中，化合物1表现出最高的芳香化酶抑制活性（IC₅₀ = 0.0023 ± 0.0002 μM）和选择性。异噁唑骨架容易形成氢键从而提高了化合物的生物活性，其4位被硫氰基取代可进一步提高化合物的抗增殖活性。异噁唑的3位被吡唑取代对芳香化酶的活性有重要的抑制作用。烷基取代吡唑环的1位可以调节药物的理化性质，提高药物的代谢稳定性。类似地，苯环取代吡唑环的2位可以增加其脂溶性并改善渗透性（图1）。对接研究发现，芳香化酶结合位点体积占1525.92 Å，直径为3.24 Å。传统的含异噁唑的芳香化酶抑制剂主要是通过与芳香化酶的活性位点结合来抑制其活性，因此，开发阻止天然配体进入结合区入口的药物是非常有价值的。

图1. 基于吡唑连接异噁唑的芳香化酶抑制剂的SAR研究

细胞凋亡是细胞程序性死亡的自然机制，是一个高度调节的过程，允许细胞自我降解并消除不需要或功能失调的细胞。在细胞凋亡过程中，细胞基因组断裂、细胞萎缩、细胞部分解体成更小的凋亡小体。细胞凋亡在体内平衡发展中表现出重要作用。导致细胞凋亡的情况有很多种，包括DNA损伤或细胞放弃增殖，凋亡通路同时受到内在和外在信号通路的激活。

2018年，Caliskan等人合成了异噁唑衍生物，并使用磺酰罗丹明B测定法评估了其对人乳腺癌（MCF7）和人肝癌（Huh7和Mahlavu）细胞系的抗癌活性。SAR研究表明，用三氟甲基苄基取代的哌嗪取代异恶唑的3位增强了化合物与靶蛋白的结合亲和力。以苯环取代异恶唑的5位可提高其抗增殖活性。此外，苯环4位被氟取代的化合物3（MCF7: IC₅₀ = 11.9 μM，Huh7: IC₅₀ = 5.3 μM，Mahlavu: IC₅₀ = 6.2 μM）与未被取代的化合物2（MCF7: IC₅₀ = 19.1 μM，Huh7: IC₅₀ = 17.1 μM，Mahlavu: IC₅₀ = 14.1 μM）相比，抗增殖活性提高。苯环4位被甲基取代（化合物4）对MCF7乳腺癌细胞具有中等抗癌活性（IC₅₀ = 9.4 μM），而对肝癌细胞Huh7（IC₅₀ = 24 μM）、Mahlavu细胞（IC₅₀ = >40 μM）的抗癌效果较差（图2）。

图2. 基于异噁唑的细胞凋亡诱导抑制剂的SAR研究

微管是细胞骨架的重要组成部分，对所有真核细胞必不可少，其在整个细胞中线粒体和其他成分的发育、维持中至关重要。抑制微管蛋白聚合最终导致细胞周期阻滞或细胞周期诱导。现有微管蛋白抑制剂存在生物利用度、耐药性、毒性等问题。

Fu等人于2020年研究了微管蛋白聚合抑制剂，通过阻止细胞聚合和分裂，在癌症治疗中起到重要作用。化合物5通过与PC3（人前列腺癌细胞）细胞系中β‑微管蛋白的秋水仙碱结合位点结合，并与微管蛋白的Ala247、Tyr357、Val353等氨基酸残基形成氢键，有效抑制微管蛋白聚合。其对LNCAP、PC3和22RV1三种前列腺癌细胞均表现出较好的抗癌活性，IC₅₀值分别为4.31 μM、2.04 μM和2.13 μM。具有R₂基团而没有3,4,5-三甲氧苯基的衍生物显示出较弱的抗增殖活性，IC₅₀ = 50 μM。异噁唑骨架被吡啶环代替的化合物6抗癌活性降低（IC₅₀ = 5.09 ± 0.62 μM)。通过免疫染色、体外微管蛋白聚合试验和EBI竞争试验，化合物5被认为是一种新型的秋水仙碱结合微管蛋白聚合抑制剂，IC₅₀值为2.87 μM（图3）。

图3. 含苯并噻唑的异噁唑衍生物作为微管蛋白抑制剂的SAR研究

[1] European Journal of Medicinal Chemistry, 2021, 221, 113511.