新型苯并咪唑-1,3,4-噻二唑衍生物作为酪蛋白激酶-2抑制剂的合成与抗肿瘤机制研究

　　本研究针对癌症治疗中酪蛋白激酶-2(CK2)靶向抑制剂的开发难题，设计合成了一系列苯并咪唑-1,3,4-噻二唑杂化衍生物。通过体外细胞毒性实验发现化合物4c对HeLa细胞具有显著抑制活性(IC50 15 μM)，分子对接显示其与CK2结合能达-8.61 kcal/mol，分子动力学模拟证实了复合物稳定性。该研究为开发新型CK2靶向抗肿瘤药物提供了重要先导化合物。

　　

癌症治疗领域长期面临激酶靶向药物开发的挑战，其中过度表达的酪蛋白激酶-2(CK2)已被证实与头颈癌、白血病、乳腺癌等多种恶性肿瘤密切相关。这种高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶通过调控细胞增殖和存活通路促进肿瘤发展，其抑制剂如CX-4945等虽已进入临床研究，但仍存在选择性不足等问题。在此背景下，VIT大学的研究团队创新性地将苯并咪唑和1,3,4-噻二唑这两个具有显著生物活性的药效团进行分子杂交，旨在开发新型CK2靶向抑制剂。

研究团队采用多学科交叉的研究策略，首先通过酰胺键偶联反应合成13个新型衍生物(4a-m)，其中关键步骤涉及2-(氯甲基)-1H-苯并咪唑与5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇的缩合反应。通过核磁共振(1H NMR、13C NMR)、高分辨质谱(HRMS)等技术完成结构确证后，采用HeLa宫颈癌细胞模型进行体外活性评价。为阐明作用机制，综合运用分子对接、100 ns分子动力学(MD)模拟和密度泛函理论(DFT)计算等计算方法。

在"Results and discussion"部分，细胞实验显示含硝基的衍生物4c、4e和含氯的4d表现出最优活性，其中4c的IC₅₀
值达15 μM，接近阳性对照药Elipticine(9.81 μM)。结构-活性关系(SAR)分析揭示电子 withdrawing基团(如-NO₂
、-CF₃
)显著增强活性，而电子 donating基团则降低效果。分子对接显示4c通过硝基与CK2的LYS-68形成关键氢键，结合能(-8.61 kcal/mol)优于4e(-7.82 kcal/mol)。分子动力学模拟证实4c-CK2复合物在20 ns后达到稳定状态，RMSD维持在2.0-2.4 ?，关键相互作用包括THR-118的氢键和VAL-66的疏水作用。DFT计算表明活性最佳的4c具有适中HOMO-LUMO能隙(3.459 eV)和高偶极矩(7.661 Debye)，这与其良好的细胞渗透性相关。

"Density functional theory(DFT) study"通过量子化学计算揭示了电子结构特征，活性化合物4c的HOMO轨道定域于苯并咪唑核，而LUMO位于噻二唑环，这种电荷分离特性有利于生物分子识别。"Molecular docking study"章节通过3OWJ晶体结构分析发现，4c的硝基与LYS-68形成2.9 ?氢键，苯并咪唑环则与VAL-66产生π-烷基作用。"Molecular dynamics simulation"通过100 ns轨迹分析证实，4c在CK2活性口袋中保持稳定构象，关键相互作用保留率超过75%。

研究结论部分指出，该工作成功开发出具有苯并咪唑-噻二唑双药效团的新型CK2抑制剂，其中4c展现出优异的抗增殖活性和靶向选择性。通过整合合成化学、细胞生物学和计算化学方法，不仅证实了硝基取代基对活性的关键影响，还建立了电子特性（如偶极矩、FMO能级）与生物活性间的定量关系。这项发表在《BMC Chemistry》的研究为基于CK2靶点的抗肿瘤药物设计提供了新思路，特别是揭示了杂环骨架中电子 withdrawing基团的增效机制，对后续结构优化具有重要指导意义。