《Bioorganic Chemistry》：A natural product-hybridization approach toward anticancer drug discovery: synthesis and antitumor evaluation of CTBC6, designed from sulforaphane and magnolol
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基于硫氧苷（SFN）和厚樸酚（MAG）的天然產物結構優化，成功合成27個新型MAG-SFN雜合化合物，并鑒定出具有顯著抗乳腺癌活性的化合物CTBC6。實驗表明CTBC6通過誘導細胞凋亡、阻滯G2/M期進程及抑制腫瘤細胞遷移發揮療效，其作用機制涉及MEK/ERK信號通路抑制，并通過化學 proteomics 靶向篩選出CNOT10和STAT5A作為關鍵作用靶點。該研究為天然產物藥物開發提供了新策略。
程濤|陳明星|劉冰|陳浩雄|紀芳園|黃俊昌|陳俊宏|郭一山|劉學義|袁慧玲|馮遠龍|李子民|程穎|羅大強|吳杜杜|林賢|謝建軍|彭江云|陳志
廣東省天然藥物研究開發重點實驗室；廣東醫科大學附屬第一醫院與藥學院，中國東莞523808
摘要
天然產物因其具有潛在的藥物特性、內在的藥理活性以及豐富的結構多樣性，長期以來一直被認為是抗癌藥物發現中的重要化合物來源�；谖覀儓F隊之前的研究，本研究深入探討了硫代葡萄糖苷（SFN）的藥化學特性，從而發現了新型小分子抗癌化合物CTBC6。我們證明了CTBC6在體外和體內均表現出強烈的抗癌效果，且沒有顯著的器官毒性。我們研究了CTBC6的抗癌機制，發現它能夠誘導細胞凋亡并使細胞周期停留在G2/M期，同時有效抑制細胞遷移。此外，轉錄組分析和機制研究表明，CTBC6可能通過抑制MEK/ERK信號通路來阻礙乳腺癌的進展。重要的是，我們確定了CTBC6在乳腺癌中的作用靶點。通過化學蛋白質組學分析，我們發現CNOT10和STAT5A可能是CTBC6發揮抗癌活性的直接靶點。我們的研究為硫代葡萄糖苷及其衍生物的進一步醫學研究奠定了基礎，并為基于天然產物的抗癌藥物發現提供了新的策略。
引言
癌癥是人類死亡的主要原因之一，已成為一個重大的公共衛生問題。乳腺癌是女性中最常見的癌癥類型之一，對女性的身心健康構成了嚴重威脅[1]。目前，化療仍是治療乳腺癌最常用的臨床方法。然而，其療效受到不良反應和多重耐藥性的嚴重影響，這些因素共同構成了抗癌藥物開發中的關鍵障礙[2]。因此，開發具有高效力和低毒性的創新小分子化合物至關重要。
由于天然產物具有良好的藥物特性、內在生物活性和結構多樣性，它們被視為抗癌藥物發現中的重要化合物來源�；谔烊划a物的新型抗癌藥物已被證明是發現抗癌先導化合物的有效途徑。特別是對于像癌癥這樣的復雜疾病，其病理過程涉及多個基因和信號通路的復雜調控網絡，單一靶點藥物的治療效果往往受到其有限作用范圍的限制。從這個角度來看，通過組合生物活性天然產物或其藥效團來設計基于天然產物的雜化分子，有望提高藥物療效和安全性，并可能克服耐藥性，因為新型天然雜化物可以繼承其天然來源的多樣藥理活性和結構多樣性[4],[5]。
硫代葡萄糖苷（SFN）是一種天然存在的異硫氰酸酯，主要來源于西蘭花和羽衣甘藍等十字花科蔬菜。由于其強大的抗癌活性，它已成為癌癥預防和治療研究中的“明星分子”[6],[7],[8]，但其應用仍面臨諸多限制。SFN不穩定，易受pH值、溫度等因素影響，且沸點較低，這給其制備和儲存帶來了挑戰[9],[10]。這些限制激發了我們對SFN的研究興趣，促使我們探索藥物修飾策略和抗腫瘤活性研究，以進一步提升其藥用潛力。
木蘭醇（MAG）是一種從傳統中藥Magnolia officinalis中提取的天然雙酚類化合物。從結構上看，MAG由兩個酚環通過一個C-C單鍵連接，兩個烯丙基分別連接在C5和C5’位置，其獨特的雙苯結構與其多樣的生物活性相關[11],[12]。
在我們之前的研究中，我們對MAG和SFN進行了系統的研究。通過合成和篩選一系列雙酚衍生物，我們發現將活性藥物分子引入MAG的羥基位置可以增強其抗腫瘤活性[13],[14]。值得注意的是，將MAG引入SFN不僅提高了抗腫瘤效果，還顯著改善了其理化穩定性（從而克服了SFN固有的不穩定性和儲存問題）。此外，我們還發現SFN中的硫醚基團和異硫氰酸酯結構對其抗腫瘤活性至關重要[15],[16]。最近，韓等人基于我們之前報道的MAG-SFN雜化物CT1–3，通過用雜環結構替換木蘭醇片段，發現了一種針對三陰性乳腺癌的有前景的SFN類似物[17]。受這些發現的啟發，我們決定進一步研究通過不同連接劑連接MAG和SFN關鍵藥效團（硫酯基團和異硫氰酸酯基團）的雜化分子（圖1）。
本文介紹了27種新型MAG-SFN雜化物的合成及其抗癌活性的評估，并進一步研究了CTBC6的抗乳腺癌作用。重要的是，我們確定了CTBC6在乳腺癌中的作用靶點。利用生物素-親和素系統作為分子探針，我們發現CNOT10和STAT5A是介導CTBC6抗乳腺癌活性的潛在靶點。這兩個靶點與細胞mRNA轉錄水平相關，表明CTBC6可能通過這些靶點誘導腫瘤細胞的轉錄失調，從而抑制腫瘤進展。
實驗方法
NMR光譜數據在頻率為400、500或600 MHz（對應于100、125或150 MHz的13C頻率）的譜儀上收集。高分辨率質譜（HRMS）測量使用Bruker Apex IV RTMS質譜儀進行。所有商業購買的試劑和溶劑均按原樣使用，無需額外純化。最終化合物的純度通過HPLC分析（Thermo）測定，純度超過95%。
MAG-SFN雜化物的化學合成
如方案1和方案2所示，根據我們之前報道的合成策略[16]，通過改變關鍵藥效團（異硫氰酸酯、硫醚和MAG的雙苯核心）之間的間隔結構，成功合成了27種新的MAG-SFN雜化物。
MAG（1）與二溴烷（2）的單烷基化分別生成了溴化物3a-3d。隨后通過分子間的S-烷基化引入了鄰苯二甲酰亞胺片段4
討論
基于我們之前的研究，本研究進一步深入探討了天然產物SFN的藥化學特性。利用SFN和MAG的藥效團作為分子模板，我們成功發現了新型抗腫瘤化合物CTBC6，并證明了CTBC6在體外和體內均表現出良好的抗乳腺癌效果，包括使細胞周期停留在G2/M期、抑制細胞遷移和誘導細胞凋亡。
結論
總之，本研究旨在通過結構修飾明星天然產物SFN來發現新的抗腫瘤化合物。利用SFN（硫醚和異硫氰酸酯）和MAG（雙苯核心）的獨特結構，我們合成了一系列新的MAG-SFN雜化物用于抗癌篩選，最終發現了新型小分子抗癌化合物CTBC6。我們證明了CTBC6具有強大的抗乳腺癌活性。
作者貢獻聲明
程濤：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿，項目管理，資金獲取，概念構思。陳明星：撰寫 – 原稿，實驗研究。劉冰：實驗研究。陳浩雄：實驗研究。紀芳園：實驗研究。黃俊昌：實驗研究。陳俊宏：實驗研究。郭一山：實驗研究。劉學義：實驗研究。袁慧玲：實驗研究。馮遠龍：實驗研究。李子民：實驗研究。程穎：數據分析。利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
本研究得到了廣東省基礎與應用基礎研究基金（編號：2021B1515140027；2023A1515111094）、東莞市社會科技發展計劃（編號：20221800905582）、國家自然科學基金（編號：82403320）以及廣東醫科大學附屬第一醫院人才發展基金和廣東省高發疾病發病機制、預防與治療國家重點實驗室基金的支持。
