Dentin bonding agents and camphorquinone-induced cytotoxicity, 8-isoprostane and prostaglandin production is associated with CYP450, NQO1, NQO2, GST, and GSH peroxidase in human dental pulp cells

Article

作者: Jeng, Jiiang-Huei ; Chen, Shyuan-Yow ; Liao, Wan-Chuen ; Chen, Wen-Hui ; Lin, Tai-Min ; Chang, Hsueh-Wei ; Wu, Ju-Hui ; Chang, Mei-Chi ; Chang, Hsiao-Hua

OBJECTIVE:

Camphorquinone (CQ) is a photo-initiator popularly-included in the dentin bonding agent (DBA) and composite resin for tooth decay restoration. CQ application during operative procedures may affect the viability and inflammation of dental pulp. Cytochrome P450 (CYP), NAD(P)H quinone oxidoreductase (NQO) 1 and NQO2, glutathione S-transferase (GST), and glutathione peroxidase (GPx) are crucial enzymes for metabolism of chemicals with quinone structure. The expression and involvement of various enzymes in CQ metabolism and toxicity were investigated.

METHODS:

Human dental pulp cells (HDPCs) were treated by four DBAs or CQ with/without inhibitors (α-naphthoflavone [CYP inhibitor], dicoumarol & ES936 [NQO1 inhibitors] or quercetin or melatonin [NQO2 inhibitors], ethacrynic acid [GST-P inhibitor], a26 [GPx4 inhibitor], cefoxitin [GPx1 inhibitor]) for 24 h. Enzyme-linked immunosorbent assay was used for 8-isoprostane, and PGE₂ analysis in culture medium. MTT assay was used for cell viability estimation. Real-time PCR and immunofluorescent staining were used for mRNA/protein expression analysis.

RESULTS:

We found that in various concentrations, four clinically-used DBAs induced 8-isoprostane and PGE₂ production in HDPCs. CQ stimulated CYP1A1, CYP1A2, NQO1, NQO2, GST-P, GPx1 and GPx4 mRNA and protein expression, and some of the stimulation can be attenuated by U0126 (a MEK/ERK inhibitor). The α-naphthoflavone, ES936, ethacrynic acid, melatonin and a26 showed little effect on the CQ-induced cytotoxicity to HDPCs. Most inhibitors (α-naphthoflavone, dicoumarol, ES936, quercetin, melatonin, a26) except ethacrynic acid and cefoxitin showed preventive effect on CQ-induced PGE₂ and 8-isoprostane production, but to a different extent.

SIGNIFICANCE:

DBAs and CQ may affect the inflammatory responses and tissue viability of dental pulp during clinical dental practice. Expression of CYPs, NQO1/NQO2, GST-P and GPx in HDPCs affects the metabolism of CQ, cell viability, 8-isoprostane and PGE₂ of HDPCs. Results are important for the clinical success of operative restoration to decrease pulp inflammation and necrosis by modulation of these metabolic enzymes.

2026-03-01·JOURNAL OF MOLECULAR GRAPHICS & MODELLING

Unveiling Tamarix articulata phytochemicals as novel natural inhibitors of colon cancer: A holistic drug design and toxicological approach

Article

作者: Alnuqaydan, Abdullah M

Cancer, more specifically, has a strong connection to aberrant kinase activity. Thereby, kinases serve as vital targets for the development of anti-cancer drugs. The ERK2 is a promising therapeutic option for advanced colon cancer treatment. This study seeks to evaluate the experimentally identified phytochemicals from Tamarix articulata for their inhibitory activity on colon cancer. The study employed molecular docking investigation to screen 222 derivatives against ERK2. The findings shortlisted 10 compounds based on the binding affinity score. 3/10 were further selected as the top 3 hits. The top 3 hits are Dicumarol (-9.7 kcal/mol), 2, 3, 9, 10-Tetrahydroxyberbine (-8.8 kcal/mol), and Nafenopin (-8.3 kcal/mol). The AZD0364 (-9.8 kcal/mol) was used as a reference/control in the present study. The compounds were further assessed for pharmacokinetics feature prediction; hence, all the compounds met the Lipinski Rule 5 parameters with no violations observed. The molecular dynamics (MD) simulation trajectory for the ERK2-ligand complexes yielded satisfactory results, characterized by a strong interaction and intermolecular conformational stability. The mean root mean square deviation (RMSD) noted for the top 3 complexes was <2 Å. The post-MD simulation analysis was performed to enhance and validate the efficacy of the complexes. The principal component analysis (PCA) analysis and hydrogen bonding assessment depicted 2, 3, 9, 10-Tetrahydroxyberbine as the most stable with no greater conformational variations, while the same complex created the most strong and stable bond with a total no-of frames 954, surpassing Dicumarol and Nefenopin. The unique salt bridges were observed in the novel ERK2-ligand complexes as per the comparative analysis with the control (Glu64-Lys147 and Glu43-Lys82, Glu297-Lys268, Glu203-Lys100, and Asp266-Lys268). The secondary structure studies plot depicted that all the ERK2-ligand complexes were stable. The MM-GBSA and MM-PBSA scores ranked Dicumarol as the top-notch compound (-67.44 kcal/mol and -68.66 kcal/mol). The WaterSwap considerably polishes our comprehensive simulation findings. Therefore, these findings offer a possible foundation for the exploration of inhibitors that target the ERK2 gene in vitro and in vivo, which might contribute to a landmark in cancer research.

2026-02-01·INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES

Inhibition of Phytophthora infestans chitin synthase via cyclic peptide targeting for sustainable disease control

Article

作者: Rosa, Stefano ; Ullah, Sadia Fida ; Srivastava, Vaibhav ; Fassolo, Elena Marone ; Bulone, Vincent ; Masiero, Simona ; Marcianò, Demetrio ; Murugan, N Arul ; Tagliani, Andrea ; Pesaresi, Paolo ; Kappel, Lisa ; Toffolatti, Silvia ; Suri, Kapali

Phytophthora spp. are devastating plant pathogens causing significant economic losses in agriculture, but unlike true fungi, oomycetes have cell walls composed predominantly of cellulose and glucans, with little to no detectable chitin. Despite this, one to two putative chitin synthase (Chs) genes are present in Phytophthora spp. suggesting a functional role in its biology. In this study, we characterized the single chitin synthase of P. infestans (PiChs) to better understand its function and explore its potential as a target for novel fungicidal treatments. Unlike typical chitin synthases that generate long-chain chitin polymers, the recombinantly expressed PiChs predominantly synthesizes soluble chitooligosaccharides with degrees of polymerisation ranging from four to six. This finding provides a potential explanation for the undetectable chitin polymer in P. infestans cell wall analyses. Proteolytic processing was found to enhance PiChs activity, similar to observations in yeast and bacterial chitin synthases. PiChs exhibited sensitivity to Nikkomycin Z (NikZ), a well-characterized chitin synthase inhibitor, albeit with a higher IC₅₀ value compared to fungal heterologs. To enhance inhibition specificity, we developed a novel cyclic peptide inhibitor, named CS5, which exhibited stronger binding affinity and greater efficacy against PiChs compared to NikZ. Molecular docking, molecular dynamics simulations, and free energy calculations performed on both ligands revealed that CS5 competes with NikZ by binding to the same site on PiChs. In vitro and ex vivo assays confirmed that CS5 significantly impacted P. infestans growth, sporangial germination and host infection, supporting its potential as an alternative PiChs inhibitor. Our findings highlight the role of chitin synthase in P. infestans and its potential as a target for oomycete control. The development of tailored inhibitors such as CS5 presents an opportunity for sustainable disease management strategies, reducing reliance on broad-spectrum fungicides and addressing emerging resistance issues in agriculture.

项与双香豆素相关的新闻（医药）

2026-03-16

·百泉药苑

【教研之窗】多元化教学方式在药理学教学中的应用

摘要知识经济的迅猛发展,对学生创新思维及能力的培养都提出了更高要求。在药理学教学中,采取多元化教学方式,通过举例结合视频教学激发学生的求知欲,启发比较式教学调动学生主动思维,科研前沿导入式教学培养学生发散思维,案例讨论式教学培养学生逻辑思维,课程思政自然融入激励学生创新思维。多种教学方式的融合,促进了药学创新人才的培养。关键词创新思维;启发式教学;科研前沿;案例教学;课程思政习近平总书记指出,“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力”[1]。2020年国务院办公厅印发的《关于加快医学教育创新发展的指导意见》指出,要强化高端基础医学人才和药学人才培养,培养高层次拔尖创新医学人才。因此,医学大学生创新思维的培养至关重要。药理学是医学教育中的一门重要必修课程,研究药物与机体(包括病原体)相互作用规律和机制。它是药学与医学、基础与临床的桥梁学科,为临床合理用药、防治疾病提供理论指导。该课程是一门综合性学科,与生理学、病理学、微生物学、生物化学等医学基础学科密切关联,知识内容广阔,信息容量大,药物种类繁多,机制复杂,教学难度较大。传统的课堂教学中,学生上课时被动地接受大量知识的“灌输”而缺乏独自思考的过程,学习主动性不高、认知参与度不足。此外,学科发展日新月异,新药不断呈现,教材内容却不能及时更新,导致教材与临床存在一定程度的脱节,不利于创新人才的培养。笔者以“抗凝血药”一节为例,讲述药理学教学过程中融合多元化教学方式,着重培养学生创新思维。通过“讲授、启发、举例、提问、设问、讨论、比较、探究、研究、视频、互联网”等多种教学方法与手段的有机融合,思政元素和科学前沿的自然融入,立足课本,拓展前沿,促使学生自主思维、逻辑思维、发散思维、独立思维,克服传统填鸭式教学的弊端,满足学生的个性化教育需求,拓展学生的知识领域,培养学生创新思维的能力,令学生逐步形成科学创新的基本素养。1 举例结合视频教学激发学生的求知欲对于任何学科的教学,增强学生学习兴趣均有利于教学质量的提高,因为“对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机”(赞科夫语录)。卢梭也认为“问题不在于教他各种学问,而在于培养他有爱好学问的兴趣,而且这种兴趣充分增长起来的时候,教他以研究学问的方法”。因而教学中充分培养学生的学习兴趣,在此基础上培养学生创新思维可事倍功半。在药理学教学中教师可适当举例,将抽象的药理学理论知识融入浅显的生活实例,贴近学生的生活,触动学生的兴奋点,活跃课堂气氛,调动学生的学习兴趣,激发学生的求知欲,避免死记硬背,从而达到预期的教学效果。在“抗凝血药”一节中,课程导入时笔者先提问学生“哪些情况需要用到抗凝血药”,引起悬念。学生很容易想到输血中会用到,教师举例留置针封管液也会用到该药,然后提及新冠疫情期间用于治疗重症患者的体外膜肺氧合(Extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)也需要用到抗凝血药——肝素。列举一系列日常生活及临床热点病例,吸引学生注意力,激发学习兴趣,让学生对肝素在外科手术及体外循环中的应用留下深刻印象,体会抗凝血药的重要性。举例可结合视频的形式呈现,更能提高教学效果。视频具有直观性、图文声像并茂的特点,能多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣,其动态性还有利于反映概念及过程,有效地突破教学难点。比如,教师在列举肝素应用于ECOM疗法时,同步放映新冠重症患者接受治疗直至恢复以及ECOM的工作原理相关的视频。该视频在课前经过精心剪辑,虽然时长仅一分钟,但信息容量较大,激发了学生学习的热情,引导学生对于热点领域的求知欲。2 启发、比较式教学调动学生主动思维怀疑与探索精神是创新思维产生的内在精神动力。爱因斯坦曾说过,“好奇心是科研工作者产生无穷的毅力和耐心的源泉”。教师在课堂上可通过启发式教学,设置疑问,使学生产生疑惑、惊奇,促使学生主动思考,活跃思维,从“要我学”转变为“我要学”。在药理学教学过程中,提问、设问的启发可以贯穿整个课堂,使学生处于持续思考、积极探寻谜底的状态,保持强烈的好奇心和求知欲,善疑好问,保持学习的主动性。在“抗凝血药”一节,为了让学生更容易理解药物的作用机制,先要复习血液生理。教师可提问学生参与凝血过程的关键凝血因子,总结学生答案,讲述重要凝血因子的功能、活化及拮抗因素,导出传统抗凝血药如肝素、香豆素的作用靶点。在此基础上教师提问学生如何设计新的抗凝血药,通过学生自主思考,导出新药如加群、沙班的作用机制。课程导入过程,学生都能通过自主思考参与其中,更易把握课程的重点内容。在后续详细讲解各类抗凝血药时,教师也可以适时设置疑问。比如,肝素分子量大,带负电荷,提问学生“应该如何给药”。肝素的作用特点是体内外抗凝作用强大,设问“为什么强大、为什么体内外有效”。这些疑问为后续讲解机制做铺垫,让学生带着问题去学习,更有利于学生主动思考,抓住重点。讲述完肝素的作用机制之后,教师可提问“肝素会存在哪些不良反应”,学生基本都能想到出血;接着提问禁忌证,90%的学生也能想到答案。教材上孕妇禁用肝素,而临床对于高凝状态的孕妇保胎会使用到低分子肝素,出血风险小且可以皮下注射,使用方便,自然而然过渡到低分子肝素的讲解,并继续设问“为什么出血风险小”,学生则会关注低分子肝素作用机制的特点。在肝素系列药物的讲解中,教师还应注意培养学生批判思维。肝素虽然临床应用广泛,但也会存在原料供给受限及分子量大、质控难的问题。教师可相应讲述2008年令人震惊的“肝素污染事件”,提问学生如何去解决原料短缺的问题,从药物制备方式的角度启发学生思考,然后引出人工合成的肝素五糖药物磺达肝癸钠。通过层层启发,无缝衔接,肝素类药物的特点清晰呈现,学生容易记忆掌握。在讲述不同机制的抗凝血药过程中,教师启发学生关注并比较不同药物的特点,加深记忆,避免混淆。讲授香豆素时可与肝素比较,比如“香豆素类是否体内外都有效”,以设问的方式提出问题让学生思考,教师带着问题讲解香豆素的机制,学生会主动思考与肝素的机制差异,寻找出答案。最后教师列出表格,学生回答肝素和香豆素在抗凝特点、作用机制和解救措施的不同点,检查学习效果,教师用动画放映形式逐条列出不同之处,帮助学生巩固对重要知识点的理解和记忆。3 科研前沿导入式教学培养发散思维创新思维的本质是改变传统的思维方式。科学需要不断的再创造,不断突破传统思想的束缚,才能充实和发展起来。因此,在教学活动中,教师要注重学生发散性思维的历练和培养,以一个信息源为中心,提示或引导学生向外扩散成一个多维的信息群,通过多方面的研究或者思考,向新知识或者未知领域探索[2]。追踪、分析前沿问题是训练学生科研思维,激发其创新潜质的重要环节[3-4]。药理学教学中教师及时将前沿的国际科研动态不断充实到课堂教学中,引入高水平的文献剖析科研思路,有利于激发学生学习兴趣,拓展眼界,启发创新思维,培养学生综合素质和能力。在“抗凝血药”一节,肝素的作用机制是能激活AT III,传统教学一般采用示意图解释机制,而科学家已经解析了AT III与肝素核心五糖的共晶结构,这些3D结构能直观显示肝素诱导了AT III活性中心构象的变化,从而利于AT III与丝氨酸蛋白酶的结合。课件PPT用现代的3D结构替代传统的示意图,更科学更形象地呈现药物与靶点的结合,有利于学生关注药物与靶点的相互作用,帮助学生积累药物设计的灵感,启发创新思维。在讲述肝素抗凝以外的其他作用时,教师拓展讲述其抗病毒功能,包括最近发现的抗新冠病毒作用,通过引入 2020年11月发表在Cell上的标题为“SARS-CoV-2 infection depends on cellular heparan sulfate and ACE2”的论文进行讲述[5]。该文证实硫酸乙酰肝素是新冠病毒入侵细胞的辅助受体。由于肝素与硫酸乙酰肝素结构相似,肝素的使用就相当于诱饵受体,能结合病毒,干扰病毒与细胞表面硫酸乙酰肝素的结合,进而抑制病毒入侵。此外,教师也应注重各学科的融合,关注肝素人工合成的进展,结合药学专业特点,将相关的权威性综述文章信息提供给学生课后阅读学习[6],以培养学生科学创新研究的基本思路。4 案例讨论式教学培养逻辑思维案例式教学能让学生在模拟的情景中体验、分析、决策、锻炼,具有鲜明的示教性、启发性和实践性。生动有趣的案例能调动学生的积极性,吸引学生参与并积极思考,让学生运用药理基本理论对病例进行分析诊断,给出安全、有效、合理的治疗处方或是对处方的合理性进行分析[7]。通过案例模拟,学生对知识进行整合,把学到的专业理论知识灵活运用到临床,充分考验学生的逻辑思维和处理问题的能力。在“抗凝血药”一节,教师在讲述完所有种类的抗凝血药物之后,选取前沿有趣的临床案例,即2020年1月《新英格兰医学杂志》发表的太空中发生血栓(Venous thrombosis during spaceflight)的案例[8]。在距离地面400公里的国际空间站,宇航员突发颈内静脉血栓,该病症在地球上就极其棘手,会导致肺栓塞,有较高的病死率,更何况急症出现在茫茫宇宙。面对摇摇欲坠、随时可能脱落的血栓,宇航员又该怎么处理?教师让学生模拟药师的角色,分组讨论宇航员该如何用药控制血栓,让各组互相点评讨论结果。最后,教师再讲述抗凝血药救援宇航员直至返回地球的历程,包括依诺肝素和阿哌沙班的使用疗程。期间提示学生关注细节,比如返回地球前4天宇航员停药,提问学生“为什么会停药”,进一步检查学生对药物不良反应的掌握程度,促使学生全面掌握药物的特点,对知识点活学活用。趣味临床案例不仅能激发学生学习兴趣,巩固并加深对药物尤其前沿新药临床应用的理解,还能锻炼学生逻辑思维能力,增强学生分析问题、解决问题的能力。5 自主文献查阅整理培养独立思维知识大爆炸的年代,科技日新月异,知识更新越来越快。查阅文献并独立思考,能帮助学生积累并丰富知识储备,提高独立解决实际问题的能力,以适应不断变化的环境条件。挖掘文献资料汲取养料,好比站在巨人的肩膀上,站得高看得远。学生通过对文献的独立思考及归纳总结,了解科研创新的目标和途径,有利于基于前人的研究成果获取灵感,形成独特创新的观点。教师在“抗凝血药”课程结束时布置文献查阅主题,学生也可以自主选择主题。教师鼓励学生查阅英文文献,以研究生讲述科研论文的标准,要求学生制作PPT并进行课堂陈述,教师进行点评,并将阅读效果纳入平时成绩的考核中,鞭策学生养成喜欢读且会读科学文献的习惯。此外,学生在线上学习群共享自己查阅的所有文献资料及制作的PPT,互相提问讨论,这样既有独立思考,又有集体讨论,灵感和想法相互碰撞,拓宽了知识面。这一过程培养了学生独立思考、凝炼文献资料的能力,提升了学生的综合素质。有学生全英文制作PPT,对创新科研工作的归纳陈述能力达到了研究生汇报学术文献报告的水平,所选定的主题也能紧扣临床热点问题,比如能关注肝素应用于新冠病毒感染的抗凝治疗等。通过文献查阅,学生学会了独立思考,学会了跟踪新药研发及前沿动态,初步培养了科研思维能力。6 课程思政自然融入激励创新思维课程思政的根本问题是如何实现思政课程与课程思政教学内容的同向同行,即调整各类课程的教学内容,使之能够自然而然地承载思政元素,并科学化、规范化、常态化,为学生所认同[9-10]。药理学学科蕴含丰富的思政元素,以药理学教学内容为基础,挖掘思政教育的切入点及思政教育内容,在教学中教书育人,以事例感化、感染学生,对培养具有家国情怀、崇高医德、专业精湛的医学创新人才有着举足轻重的作用。在“抗凝血药”一节,课程思政可以贯穿课程始终。课程导入ECOM相关的抗疫视频充满了正能量。ECOM被应用于新冠病毒感染的治疗本身也是治疗方案的革新。此外,曾经风靡大半个世纪的抗凝血药华法林起初用作老鼠药,其发现发展经过了漫长的过程,揭示了科学研究从现象(牲畜出血死亡)到本质(双香豆素抗凝作用)、从实验室(发现双香豆素的化学结构并合成其衍生物)到实践(灭鼠药)及临床应用(口服抗凝药“霸主”华法林)的一般规律[11]。经典药物发现过程的回顾,有利于培育学生科学探索精神。课程最后,教师展示Nature网站发布的抗凝血药里程碑工作总结本节内容,激励学生不断挑战、勇于创新。回顾抗凝血药研发历程,从肝素到低分子肝素的发展,突破了住院治疗的限制;法华林的出现使得抗凝药可以口服,维持时间长;肝素和华法林联用治疗肺栓塞,能够显著降低肺栓塞死亡和复发风险,具有里程碑意义;为了克服传统口服抗凝药的局限性,靶向凝血级联中特定因子的NOACs应运而生……整个抗凝药研发的过程不断创新,不断突破。每一次“妙手偶得”的背后都蕴含坚定的科学探索精神。教师在讲授课程时自然融入思政元素,使其无声浸润于教学过程,引导学生勤于思考、勇于创新,激励学生勇于担当、严谨求实,积极投身到创新药物的研发工作中,科技报国。7 结语培养具有创新精神和创新思维能力的高层次人才,是21世纪高等教育人才培养的战略目标和战略重点,也是为我国的现代化建设提供强有力的人才和智力支持的重要保障[2]。药理学教学通过多元化教学方式的融合以及思政教育的无声浸润,有利于培养学生热爱祖国的深厚情感,自强不息、百折不挠的奋斗精神,理论扎实、技能精湛的职业素质,勇于创新、求真务实的科学素养,从而实现知识传授、能力培养及价值塑造的统一,全面促进药学创新人才的培养。参考文献 [1] 习近平.在欧美同学会成立100周年庆祝大会上的讲话(2013年10月21日)[J].中国人才,2013(11):5-7. [2] 何丽丽,曹立梅,陈慕杰.论大学生创新思维能力的培养[J].河北职业教育,2018,2(3):42-44. [3] 刘鑫,林园,张勇.科研驱动式教学在药理学教学中的应用[J].药学教育,2021,37(3):70-72. [4] 王继波,张怡.药物化学教学中前沿性内容导入策略[J].药学教育,2021,37(6):35-38. [5] Clausen TM,Sandoval DR,Spliid CB,et al.SARS-CoV-2 infection depends on cellular heparan sulfate and ACE2[J].Cell,2020,183(4):1043-1057.e15. [6] Zhang X,Lin L,Huang H,et al.Chemoenzymatic synthesis of glycosaminoglycans[J].Accounts of Chemical Research,2020,53(2):335-346. [7] 罗慧英.浅析案例式教学在药理学教学中的应用[J].卫生职业教育,2010,28(18):85-86. [8] Auón-Chancellor SM,Pattarini JM,Moll S,et al.Venous thrombosis during spaceflight[J].New England Journal of Medicine,2020,382(1):89-90. [9] 赵润英,王鹏宇,辛骏驰,等.课程思政在药理学教学中的探索与实践[J].沈阳医学院学报,2021,23(4):408-410. [10] 史小莲,胡浩,陈莉娜,等.药理学“课程思政”现状分析与实践探索[J].医学教育研究与实践,2021,29(4):590-592,622. [11] 张路.华法林的发现史:从灭鼠药到救命药[J].协和医学杂志,2018,9(2):190-192.Application of Diversified Teaching Methods in Pharmacology Education LU Lili (School of Pharmacy,Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,China) Abstract：The rapid development of the knowledge economy has put forward higher requirements for cultivating students’ innovative thinking and abilities.In pharmacology education,adopting diversified teaching methods,such as using examples combined with video teaching to stimulate students’ desire for knowledge,employing comparative teaching to activate students’ active thinking,incorporating research frontiers to cultivate students’ divergent thinking,conducting case discussions to develop students’ logical thinking,and naturally integrating course design to encourage students’ innovative thinking,have proved to be effective.The integration of multiple teaching methods promotes the cultivation of innovative talents in pharmacy. Key words：innovative thinking;heuristic teaching;scientific research frontiers;case teaching;curriculum ideological and political education

2026-03-09

·BioMed科技

刺激响应型纳米药物，登上Nature Nanotechnology！

突破性“与逻辑”纳米颗粒为转移性癌症免疫治疗带来新希望转移性疾病是导致癌症死亡的首要原因，超过90%的癌症相关死亡由其引起。传统治疗方法如化疗和放疗效果有限且常导致剂量限制性毒性。近年来，干扰素基因刺激因子（STING）通路作为激活抗肿瘤先天性和适应性免疫反应的关键组件，已成为癌症免疫治疗的重要靶点。然而，STING靶向疗法面临显著挑战，包括肿瘤特异性差以及在健康组织中过度免疫激活的风险。尽管单一刺激响应系统取得了一定进展，但由于生物信号的异质性和类似性，这类系统往往难以实现高度的肿瘤特异性。近日，德克萨斯大学高金明教授课题组报道了一种创新的“与逻辑”纳米颗粒平台，该平台需要同时检测酸性pH和低氧信号才能激活STING通路，用于转移性癌症的系统性治疗。这种双刺激响应纳米颗粒由通过低氧敏感连接子将小分子STING激动剂MSA-2与pH敏感聚合物PSC7A共价连接而成。生化分析证实了其在STING激活方面遵循（pH-低氧）“与逻辑”真值表。该纳米颗粒激动剂在多种免疫冷肿瘤模型中显著减少了转移负荷，同时表现出最小的全身毒性。机制研究表明，STING在肿瘤驻留的I型树突状细胞中的激活驱动了CD8+ T细胞的启动和浸润，并能与免疫检查点抑制剂协同作用。相关内容以AND logic nanoparticle for precision immunotherapy of metastatic cancers为题，发表在《Nature Nanotechnology》。研究团队首先合成了一系列通过不同连接子（pH敏感、氧化还原敏感和低氧敏感）将MSA-2与PSC7A聚合物连接的双刺激响应聚合物，并通过调节药物与聚合物的比例，筛选出最优配方。利用路易斯肺癌转移模型进行评估，通过比较肺部转移结节数量、肝脏和肾脏毒性指标以及全身细胞因子水平，研究团队鉴定出PSC7A-Hy-20MSA-2纳米颗粒（PHM NP，即同时具备低氧敏感连接子和20的药物与聚合物比例）为最佳候选药物。该配方显示出最强的抗肿瘤疗效（每个肺部仅1-2个结节，而PBS对照组约为30个）和最低的毒性。进一步研究表明，与游离MSA-2（无论静脉注射还是口服）以及物理负载MSA-2的PSC7A纳米颗粒相比，PHM NP的抗肿瘤效果最佳且安全性更高。图1 | STING激活纳米颗粒在LL/2肺转移模型中的安全性和抗肿瘤疗效筛选 a. AND逻辑纳米颗粒设计示意图及PEG-b-P(SC7A-L-MSA-2)的化学结构。 b. 小鼠静脉注射不同STING纳米颗粒后，带有LL/2转移结节的小鼠肺脏代表性光学图像。 c. 静脉注射PBS、MSA-2（2.3 mg/kg）、PSC7A（20 mg/kg）和AND逻辑纳米颗粒（20 mg/kg）后的LL/2结节数（n=4）。 d. 经c中处理的小鼠血清肝肾功能毒性评估和全身细胞因子水平的热图（n=4）。 e. 使用降维方法评估AND逻辑纳米颗粒的抗肿瘤疗效（x轴）和毒性（y轴）。MCP-1，单核细胞趋化蛋白-1；TNF，肿瘤坏死因子。在验证“与逻辑”设计方面，体外药物释放实验显示，PHM NP只有在同时满足酸性pH（pH 6.5）和低氧相关酶NQO1存在的条件下，才能有效释放MSA-2（24小时释放率达92%），而仅有单一刺激或没有刺激时释放可忽略不计。NQO1抑制剂双香豆素可显著抑制药物释放。在细胞层面，只有在低氧（1% O2）条件下，PHM NP才能显著诱导THP1-ISG细胞产生干扰素-β，而常氧（20% O2）下效果微弱。使用溶酶体酸化抑制剂巴弗洛霉素同样能显著降低STING激活，证实了双刺激的必要性。通过构建pH或低氧响应单一开启的对照纳米颗粒，研究进一步证实PHM NP在药物释放、细胞因子诱导和抗肿瘤效果方面均优于单一门控或无响应的纳米颗粒。图2 | STING激活纳米颗粒的AND逻辑设计评估 a. PSC7A-Hy-20MSA-2（PHM）共聚物的化学结构。 b. PHM纳米颗粒的pH-低氧AND逻辑门控。 c. PHM纳米颗粒（1 mg/mL）在PBS中于37°C孵育24小时，pH 7.4或6.5，有或无NQO1（100 μg/mL）/NADH（800 μM）条件下的MSA-2释放HPLC分析。 d. PHM纳米颗粒（1 mg/mL）在不同环境条件下24小时内MSA-2释放的动力学分析。 e. PHM纳米颗粒（1 mg/mL）在pH 6.5下，不同孵育条件下的MSA-2释放：GSH（10 mM）、NADH（800 μM）、NQO1（100 μg/mL）、NQO1（100 μg/mL）/NADH（800 μM）以及NQO1（100 μg/mL）/NADH（800 μM）/dicoumarol（100 μM）（数据为平均值±标准误，每组n=4管）。 f. THP1-ISG细胞中PHM纳米颗粒在常氧（20% O₂）或低氧（1% O₂）条件下孵育24小时后的剂量依赖性IFNβ分泌。 g. THP1-ISG细胞在低氧条件下与PHM纳米颗粒（50 μg/mL）共孵育，加入或不加入dicoumarol（100 μM）或bafilomycin（250 nM）后的IFNβ分泌（数据为平均值±标准误，每组n=3孔）。 h. PLGA-AM-MSA-2（4 mg/mL）、PSC7A-AM-MSA-2（1 mg/mL）、PLGA-Hy-MSA-2（4 mg/mL）和PSC7A-Hy-MSA-2（1 mg/mL）在pH 6.5和NQO1（100 μg/mL）/NADH（800 μM）条件下孵育的MSA-2释放HPLC分析。 i. THP1-ISG细胞在低氧条件（1% O₂）下与PLGA-AM-MSA-2（0.4 mg/mL）、PSC7A-AM-MSA-2（0.1 mg/mL）、PLGA-Hy-MSA-2（0.4 mg/mL）和PSC7A-Hy-MSA-2（0.4 mg/mL）孵育后的IFNβ分泌（数据为平均值±标准误，每组n=4孔）。 j. LL/2肺转移模型中经PLGA-AM-MSA-2（80 mg/kg）、PSC7A-AM-MSA-2（20 mg/kg）、PLGA-Hy-MSA-2（80 mg/kg）和PSC7A-Hy-MSA-2（20 mg/kg）处理后的肺脏图像。 k. j中处理后的肺转移结节计数（数据为平均值±标准误，每组n=3只小鼠）。所有聚合物纳米颗粒的剂量均调整为各制剂间MSA-2剂量相当。P值通过普通单因素方差分析（e.g.i.k.）和双因素方差分析（d.f）确定。药代动力学和组织分布研究表明，PHM NP在体内呈现双相清除模式，并在脾脏中优先积累，其次是肝脏、淋巴结和肺部。细胞趋向性分析显示，PHM NP主要被CD45+免疫细胞摄取，特别是树突状细胞、巨噬细胞和NK细胞，而T细胞和B细胞的摄取可忽略不计。在DC2.4细胞中，低氧条件显著上调NQO1表达水平，从而增强PHM NP诱导的STING激活和IFNβ分泌。图3 | PHM纳米颗粒的药代动力学、生物分布和细胞趋向性分析 a. 体内实验方案。 b. PSC7A-ICG/PHM混合纳米颗粒（质量比3:7）（20 mg/kg）注射后24小时内的药代动力学分析（n=5）。 c. 静脉注射PSC7A-ICG/PHM混合纳米颗粒（20 mg/kg）后24小时主要器官中的生物分布（数据为平均值±标准误，每组n=5只小鼠）。 d-f. 静脉注射PSC7A-Cy5/PHM纳米颗粒（20 mg/kg）后24小时脾脏（d）、肿瘤引流淋巴结（e）和肺转移灶（f）中的细胞趋向性（数据为平均值±标准误，每组n=5只小鼠）。 g. DC2.4细胞在常氧（20% O₂）或低氧（1% O₂）条件下孵育24小时后的NQO1 western blot分析。 h. g中western blot的NQO1/β-肌动蛋白比值定量分析（数据为平均值±标准误，n=3个生物学重复）。 i. DC2.4细胞在常氧或低氧条件下与PHM纳米颗粒（0.1 mg/mL）孵育24小时后上清液中的IFNβ浓度（数据为平均值±标准误，n=4孔）。P值通过双因素方差分析（b）和普通单因素方差分析（i）确定。机制研究进一步揭示，PHM NP的抗肿瘤效果严格依赖于STING、I型常规树突状细胞（cDC1）和CD8+ T细胞。在STING基因敲除或Batf3基因敲除（缺乏cDC1）的小鼠中，PHM NP的治疗效果被显著削弱。CD8+ T细胞耗竭完全消除了抗肿瘤效果，而NK细胞耗竭仅部分减弱效果，CD4+ T细胞耗竭则无显著影响。脾切除实验表明，脾脏在内源性和PHM NP诱导的抗转移保护中发挥重要作用。多重免疫组化分析显示，PHM NP治疗后，肺转移结节中的cDC1细胞表现出强烈的STING激活，并与CD8+ T细胞发生频繁的物理相互作用，而PBS或游离MSA-2治疗组中几乎未见此类互作。图4 | STING介导的肺转移排斥反应中免疫细胞依赖性机制研究 a. 实验设置示意图。 b-d. 野生型（b）、STING敲除（c）和Batf3敲除（d）小鼠经20 mg/kg PHM纳米颗粒处理后的肺结节计数。 e. 免疫细胞耗竭实验示意图。 f-i. 未经耗竭处理（f）以及经抗CD8抗体（g，每次200 μg）、抗CD4抗体（h，每次200 μg）和抗NK1.1抗体（i，每次500 μg）处理后，接受20 mg/kg PHM纳米颗粒处理的小鼠肺结节计数。 j. 脾切除实验示意图。 k. 脾切除小鼠接受或不接受20 mg/kg PHM纳米颗粒处理后的肺结节计数。所有数据均为平均值±标准误，每组n=4-5只小鼠。P值通过双尾学生t检验（b-d,f-k）确定。图5 | mIHC分析揭示PHM纳米颗粒治疗后cDC1-p-STING-CD8⁺ T细胞特征 a. PBS、MSA-2（2.3 mg/kg）和PHM纳米颗粒（20 mg/kg）处理小鼠的LL/2肺转移灶多重免疫组化和苏木精-伊红染色代表性图像（比例尺，100 μm和20 μm）。MSA-2剂量与PHM纳米颗粒中的剂量相匹配。黑色箭头指示肿瘤结节。 b. LL/2肿瘤结节中cDC1细胞百分比定量。 c. 代表性区域内总cDC1细胞群中p-STING⁺ cDC1细胞百分比定量。 d. LL/2肿瘤结节中总免疫细胞群内CD8⁺ T细胞百分比定量（n=10个转移区域）。箱线图显示中位数（中心线）、第25和75百分位数（箱体）以及第5和95百分位数（须线）。P值通过普通单因素方差分析（b-d）确定。在三阴性乳腺癌（4T1）和黑色素瘤（B16F10）肺转移模型中，PHM NP均显著抑制了原发肿瘤生长和肺转移，并延长了小鼠生存期。在B16F10-OVA模型中，PHM NP治疗显著增强了树突状细胞和巨噬细胞的活化、OVA特异性CD8+ T细胞的形成以及细胞毒性T细胞的活化。此外，PHM NP诱导了更高比例的效应记忆T细胞形成，并且在肿瘤再攻击实验中，部分幸存小鼠表现出持久的免疫记忆和保护作用。图6 | PHM纳米颗粒在转移性癌症治疗中的评估 a. 4T1原位肿瘤模型治疗方案示意图。 b. 不同处理后原发4T1肿瘤生长曲线（数据为平均值±标准误，n=5只小鼠）。 c. 4T1模型中不同处理组的肺转移结节计数（数据为平均值±标准误，n=5只小鼠）。 d. c中对应组的代表性肺脏图像。黑色轮廓标示肿瘤结节。 e. 4T1模型中不同处理组的生存曲线（n=5只小鼠）。 f. 4T1模型中联合治疗方案示意图。 g. 4T1模型中PBS、aPD1、PHM纳米颗粒和aPD1/PHM纳米颗粒联合治疗的生存曲线（n=5只小鼠）。 h. B16F10黑色素瘤肺转移模型治疗方案示意图。 i-k. B16F10模型中PBS、MSA-2和PHM纳米颗粒处理后第17天的肺转移结节计数（j）、肺脏图像（i）和代表性H&E染色图像（k）（数据为平均值±标准误，每组n=6只小鼠；比例尺，200 μm）。d和k中黑色轮廓标示肿瘤结节。 l. B16F10转移瘤中PHM纳米颗粒联合免疫检查点阻断治疗方案示意图。 m. B16F10模型中PBS、aPD1、PHM纳米颗粒和aPD1/PHM纳米颗粒联合治疗后的生存曲线（每组n=5只小鼠）。P值通过普通单因素方差分析（b,i）和Bonferroni多重比较检验的双因素方差分析（c,f）确定，否则通过双侧Mantel-Cox检验（g,m）确定。总而言之，这项研究提出了（pH-低氧）“与逻辑”门控纳米颗粒的概念设计和临床前验证，用以精准调控STING信号通路，这是机体对抗免疫逃逸癌症的重要天然防御机制。这种“与逻辑”设计代表了刺激响应型纳米药物设计的新范式，能够实现精确的生物干预，未来或可适用于除STING以外的其他治疗靶点，为转移性癌症的精准免疫治疗开辟了新道路。「BioMed科技」关注生物医药×化学材料交叉前沿研究进展！交流、合作，请添加杨主编微信！来源：BioMed科技声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

免疫疗法

2026-03-05

·药研视角

【JMC】复旦大学周璐/丁健/谭文福/渠志倍：基于弹头移除策略的高效非共价GSTP1抑制剂及其抗胃癌研究

点击蓝字 ↑ 关注药研视角 PharmaView JMC速览 2026.03.03 近日，复旦大学周璐/丁健/谭文福/渠志倍团队在药物化学权威期刊Journal of Medicinal Chemistry上发表了一篇题为"Discovery of 1-(Azetidin-3-ylmethyl)-1H-benzo[d]imidazole Derivatives as Efficient GSTP1 Inhibitors for Gastric Cancer Treatment via Warhead Removal Strategy基于弹头移除策略发现1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑类衍生物作为高效GSTP1抑制剂用于胃癌治疗"的研究论文。 1 min速览研究背景胃癌是全球第五大常见癌症和癌症死亡原因，多数患者确诊时已处于晚期阶段，且化疗耐药性问题严重。谷胱甘肽S-转移酶π1（GSTP1）在胃癌中高表达，与肿瘤进展和多药耐药密切相关，但高效、高选择性的GSTP1抑制剂仍十分匮乏。重点内容该团队基于前期通过共价DNA编码化合物库（DEL）筛选获得的磺酰氟类共价GSTP1抑制剂HJ6，创新性地采用"弹头移除"策略（Warhead Removal Strategy），去除共价弹头后结合基于结构的药物设计（SBDD），成功获得一系列非共价1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑类衍生物。其中，优化化合物16n对GSTP1的抑制活性达IC₅₀ = 0.79 ± 0.05 μM，较共价前体HJ6显著提高了亚型选择性（对GSTA1和GSTM2的选择性超过25倍）。在AGS、HGC27和NUGC-3等人胃癌细胞中，16n呈剂量依赖性抑制细胞增殖，并显著升高细胞内活性氧（ROS）水平、降低谷胱甘肽（GSH）含量。尤为重要的是，16n在HGC27异种移植小鼠模型中实现了58%的肿瘤生长抑制率，且耐受性良好，无显著体重下降或明显毒性。研究总结该研究通过"共价到非共价"的理性设计策略，成功克服了共价抑制剂的脱靶毒性、系统暴露低等固有缺陷，为胃癌靶向治疗提供了具有良好成药性的新型GSTP1抑制剂候选化合物16n，具有重要的临床转化潜力。图片来源：ACS 详细阅读 01 INTRODUCTION 研究背景胃癌是全球第五大常见癌症和癌症死亡原因，手术是早期患者的标准根治手段，但多数患者确诊时已处于晚期或转移阶段，此时手术通常不被推荐。全身化疗是晚期胃癌的一线治疗方案，通常采用铂类-氟嘧啶双药联合，部分方案加用多西他赛；然而，随着化疗药物的广泛应用，患者常因固有或获得性耐药而临床获益有限，导致治疗失败和预后不良，因此胃癌治疗仍存在未满足的临床需求。谷胱甘肽S-转移酶π1（GSTP1）是一种广泛表达的胞质GST，最初被鉴定为催化谷胱甘肽（GSH）与疏水性内源性或外源性底物结合的II相代谢酶。与邻近非恶性组织相比，GSTP1在胃癌中常呈表达和功能水平上调，与化疗敏感性降低和患者预后不良密切相关。在胃癌细胞中，GSTP1的高活化通过解毒活性氧（ROS）来减轻氧化应激，从而促进细胞存活；此外，高表达的GSTP1促进GSH与抗癌药物的结合，加速药物解毒和排出，导致多药耐药。除经典催化功能外，GSTP1还作为非催化配体结合蛋白，直接调控代谢重编程和信号转导等关键细胞过程。动物模型研究显示，GSTP1基因敲除不会导致寿命或表型异常，GSTP1/2双敲除小鼠也未出现特定生理紊乱或自发性肿瘤发生率增加；重要的是，已报道的GSTP1抑制剂单药或联合治疗在小鼠中未引起明显药物相关毒性。这些发现共同支持GSTP1抑制作为胃癌潜在治疗策略。 02 Drug Design ①药物设计研究团队此前通过磺酰氟功能化共价DNA编码化合物库（DEL）筛选获得共价GSTP1抑制剂HJ6，该化合物含有1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑骨架并连接磺酰氟弹头，其GSTP1抑制活性与TLK117相当，但在胃癌细胞中抗增殖活性有限（IC₅₀ > 20 μM），小鼠耐受性差（最大耐受剂量50 mg/kg，腹腔注射，每日两次），且系统暴露量低。共价抑制剂依赖亲电弹头与结合位点亲核残基形成共价键，但存在脱靶毒性、内源性亲核物质清除导致系统暴露降低、靶标残基突变产生耐药性等局限性。因此，本研究采用弹头移除策略，去除亲电弹头以获得非共价类似物，并结合基于结构的药物设计（SBDD），基于HJ6与GSTP1的共晶结构（PDB: 7XBA），设计并合成了一系列非共价1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑衍生物，最终获得优化化合物16n，该化合物在保持GSTP1抑制活性的同时，改善了亚型选择性、抗增殖活性及理化性质，并在胃癌异种移植模型中显示出良好的抗肿瘤活性和耐受性。 ②结构优化与构效关系 GSTP1催化GSH与1-溴-2,4-二硝基苯（BDNB）的偶联反应，生成GS-DNB偶联物并在340 nm处产生吸光度增加，研究团队据此测定化合物对GSTP1的抑制活性，初始筛选浓度为10 μM，抑制率大于50%的化合物进行IC₅₀测定，以共价抑制剂HJ6作为阳性对照。为验证磺酰氟弹头导致共价抑制剂HJ6成药性不佳的假设，研究团队通过弹头移除策略设计并合成了非共价类似物XH1，该化合物对GSTP1保持微摩尔级抑制活性（IC₅₀ = 6.9 ± 0.05 μM），且在14天给药方案中耐受剂量高达500 mg/kg（腹腔注射，每日两次）而无显著体重下降或明显毒性迹象。基于前期获得的GSTP1-HJ6共晶结构（PDB: 7XBA），研究团队使用Schrödinger Maestro对XH1进行分子对接，预测其结合模式与HJ6高度相似，XH1的磺酰胺氧原子与Tyr 108侧链羟基形成氢键，1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑骨架占据由Phe 8、Val 10、Val 35、Gln 51和Ile 104形成的疏水口袋。据此结合模式，XH1被划分为A-D四个区域进行片段导向优化：初步尝试简化A和B区域以降低分子量，但截短为甲基或替换为芳香环均导致活性丧失，表明这两个区域对抑制活性至关重要；随后聚焦C区域修饰，将苯环替换为杂环或脂肪环导致活性降低约2倍，而在苯环间位引入疏水吸电子基团（16d−g）可保持或适度提高活性，对位引入供电子基团（16h−i）则降低活性，引入强疏水吸电子基团（16k−n）显著改善活性，其中邻位三氟甲氧基取代的16n活性最高（IC₅₀ = 0.79 ± 0.05 μM），与HJ6相当；最后对D区域（酰胺侧链）进行修饰，去除或替换为羧酸降低活性，而替换为酯基（16s−t）基本保留活性，表明该区域可用于理化性质优化。选择性评价显示，16n对GSTP1的选择性超过GSTA1和GSTM2达25倍以上，对GSTT1和GSTZ1几乎无抑制（IC₅₀ > 50 μM），显著优于HJ6、TLK117和NBDHEX。分子对接揭示16n通过广泛的疏水接触和氢键相互作用（磺酰胺氧与Tyr 7、酰胺NH与Gly 205骨架、三氟甲氧基与Leu 52骨架）容纳于GSTP1活性口袋，苯磺酰胺基团较HJ6内旋约134°，增强了与蛋白口袋的互补性。 ③化学合成所有目标化合物的合成路线以商业化原料为起始，总结于方案1、方案2和方案3中。化合物5a−f的合成如方案1所示：以4-氟-3-硝基苯甲酸（1）为原料，经甲胺酰胺缩合得到中间体2，再与叔丁基3-(氨基甲基)氮杂环丁烷-1-甲酸酯发生亲核取代反应得到关键中间体3；用连二亚硫酸钠还原3中的硝基得到相应胺，再与一系列醛进行环缩合反应得到中间体4a−f；脱保护后，经苯磺酰氯N-磺酰化得到目标化合物5a−f。化合物10a−f的合成如方案2所示：中间体7a−f由6与各种吡唑经亲核取代反应得到，随后经DIBAL-H还原和Dess-Martin氧化得到醛8a−f；8a−f经Pd/C催化氢化得到相应胺，再与中间体3环缩合得到关键中间体9a−f；脱保护后经磺酰氯N-磺酰化得到目标化合物10a−f。目标化合物XH1和16a−t的合成如方案3所示：6与3,5-二甲基-4-硝基-1H-吡唑经亲核取代、DIBAL-H还原和Dess-Martin氧化得到醛12；中间体1和2以及13a−b与叔丁基3-(氨基甲基)氮杂环丁烷-1-甲酸酯偶联得到中间体3和14a−c；3和14a−c经催化氢化得到相应苯胺，再与醛12环缩合得到关键中间体15a−d；脱保护后经一系列磺酰氯N-磺酰化得到目标化合物XH1和16a−t。 03 RESULTS ①GST亚型选择性人胞质GST通常分为α、μ、π、θ、σ、ζ和ω七个类别。虽然GSTP1、GSTM2和GSTA1共享N端酪氨酸残基以促进GSH活化，但这些亚型催化口袋的结构微环境和构象动态可能存在显著差异；GSTZ1具有独特的Ser14-Ser15-Cys16基序，导致其活性位点更小、极性更强，GSH结合动力学较慢；GSTO1则属于独特的Cys-GST亚类，其催化机制与其他GST根本不同。这些结构和机制差异为开发具有靶向治疗潜力的选择性GST抑制剂提供了分子基础。为评估亚型选择性，研究团队测定了代表性化合物16k、16l、16n及其共价前体HJ6对六种GST亚型的抑制活性，以TLK117和NBDHEX作为阳性对照。基于IC₅₀值，16n对GSTP1的选择性超过GSTA1和GSTM2达25倍以上，对GSTT1和GSTZ1的抑制可忽略不计（IC₅₀ > 50 μM）；相比之下，HJ6、TLK117和NBDHEX对GSTP1与GSTA1/GSTM2的选择性不足12倍，且对GSTT1和GSTZ1表现出中等抑制活性。正如预期，所有化合物对GSTO1均无明显抑制，与其独特的催化机制一致。这些数据表明，与非共价前体及已报道的GSTP1抑制剂相比，16n具有改善的亚型选择性。 ②化合物16n与GSTP1的分子对接确定16n后，研究团队使用Schrödinger Maestro通过分子对接探索了蛋白-配体相互作用及结构修饰对结合模式的影响，选取排名最高的构象进行分析。在预测的结合模式中，16n以类似于HJ6的方式结合于GSTP1活性位点：1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑核心占据活性位点腔的内侧疏水口袋，通过与Phe 8、Val 10、Val 35、Ile 104和Tyr 108的疏水接触而稳定；16n的邻位三氟甲氧基取代苯基部分更深入地插入口袋，预测通过与Leu 52骨架形成氢键而相互作用；同时，16n的末端NH基团也预测与Gly 205骨架形成氢键。将GSTP1-HJ6共晶结构与16n对接模式叠加显示，两者整体构象相似，但16n的苯磺酰胺基团较HJ6内旋约134°，这一构象变化可能使磺酰胺基团的氧原子更靠近Tyr 7，从而与该残基侧链羟基形成潜在的氢键相互作用。研究团队进一步假设，16n的这种构象扭转增加了与蛋白内侧口袋的互补性，这可能有助于解释尽管缺乏共价结合，该化合物仍能保持活性的现象。总之，对接模型表明16n通过广泛的疏水接触和氢键相互作用容纳于GSTP1活性口袋，为其强效的GSTP1抑制活性提供了结构依据。 ③化合物16n在胃癌细胞中的抗癌活性研究团队随后评估了16n的抗增殖活性。GSTP1在多种恶性肿瘤中频繁高表达，与肿瘤进展密切相关。研究团队选择目前缺乏有效小分子靶向治疗的胃癌作为研究重点，基于公开的肿瘤分子特征数据库对胃癌患者样本进行氧化还原相关相关性分析：MSigDB数据库中87个氧化还原相关基因集的分析显示，肿瘤组织中这些基因集较邻近正常组织显著上调；GEPIA2和TISIDB数据库均显示胃癌组织中GSTP1表达显著高于邻近非肿瘤组织；Kaplan-Meier Plotter数据进一步表明肿瘤组织中GSTP1高表达与患者生存期差呈正相关。在12株胃癌细胞系中评估16n的抗增殖活性，8株对16n相对敏感（IC₅₀ < 10 μM）。为验证不同细胞系敏感性差异是否源于对GSTP1的细胞生长依赖性差异，研究团队在部分细胞系中使用两条独立小干扰RNA敲低GSTP1：对16n敏感的AGS和HGC27细胞经GSTP1 siRNA处理后活力显著降低，而对16n不敏感的SNU-NCC-59和MKN7细胞受GSTP1敲低影响甚微，这些结果支持16n在胃癌细胞中的抗增殖活性与GSTP1生长依赖性密切相关的结论。进一步比较16n、其共价前体HJ6及参考GSTP1抑制剂TLK199在GSTP1依赖性细胞系（AGS、HGC27、NUGC-3）中的效力，结果显示16n的抗增殖活性优于HJ6和TLK199。体外安全性评价显示，16n在THLE-2人肝细胞和MRC-9成纤维细胞中均无显著细胞毒性（IC₅₀ > 50 μM）。为评估硝基还原活化是否贡献于16n的抗增殖活性，在HGC27细胞中进行双香豆素"挽救"实验，结果显示双香豆素共处理未减弱16n的抗增殖效应，不支持硝基还原驱动生物活化在该条件下发挥主导作用；ADMET Predictor 10.4软件的体外代谢分析也提示16n的硝基并非主要预测代谢位点，未预测到活性毒性物种（如亚硝基或羟胺中间体）的形成。靶标结合评价显示，10 μM浓度下16n使GSTP1熔解温度升高ΔTm = 3.9°C；等温滴定量热法（ITC）测定16n与GSTP1的结合解离常数Kd为0.63 μM，化学计量比N为0.86，表明两者约为1:1结合比例；在AGS和HGC27细胞中，16n处理增强了GSTP1在50-52°C温度范围内的热稳定性。这些结果共同支持16n与GSTP1的直接结合及其催化活性抑制。 ④化合物16n在胃癌细胞中的靶向效应研究研究团队进一步对16n的靶向效应进行了系统评价。使用shRNA敲低GSTP1表达后，随着细胞内GST活性降低，16n的抗癌效应被消除；相反，将这些细胞中GSTP1表达恢复至与内源水平相当，则恢复了16n抑制细胞生长的活性，这些结果表明16n的抗癌活性具有GSTP1依赖性。随后研究团队分析了16n的作用模式，使用不同浓度的16n、GSH和BDNB进行竞争实验，Lineweaver-Burk（双倒数）作图分析显示16n以竞争性方式抑制GSH结合，以非竞争性方式作用于底物BDNB。基于这些发现以及GSTP1已知的功能结构（包括保守的GSH结合区G-site和疏水配体结合域），研究团队选择三个关键残基进行定点突变：Tyr 7（关键催化残基）、Gln 51（参与GSH结合的极性相互作用网络）和Ile 104（位于G/H位点界面附近，对应功能多态性位点Ile104Val）。16n在GSTP1中的对接模型提示这三个残基要么直接与16n相互作用，要么塑造其结合口袋。正如预期，野生型GSTP1过表达升高了细胞内GST活性，而三个单点突变体均显示显著受损的酶活性。在GST酶活性和细胞活力实验中，16n对野生型GSTP1保留活性，但对Gln 51和Ile 104突变体失去活性，这些结果支持16n可能通过与G-site结合来抑制GSTP1的作用模式。图片来源：ACS ⑤化合物16n对细胞内GSTP1活性的影响研究团队接下来评估了16n在胃癌细胞中的细胞内效应。细胞GST活性实验显示，16n在AGS细胞中呈剂量依赖性抑制GST活性。GSTP1在减轻继发性氧化损伤、维持细胞氧化还原稳态中发挥关键作用，其缺失或抑制可破坏这种保护能力，导致亲电物质积累，进而升高ROS水平并扰乱谷胱甘肽动态（如GSH/GSSG比值）。与此机制一致，16n处理可快速（1小时内）且呈剂量依赖性地诱导ROS增加，同时伴随GSH水平相应下降。此外，16n在AGS、HGC27和NUGC-3细胞中均呈剂量依赖性升高细胞内ROS水平，支持GSTP1抑制破坏细胞氧化还原平衡的结论。GSTP1抑制剂与其他药物（如化疗药、免疫治疗或铁死亡诱导剂）联用是有前景的转化策略，文献报道支持这一方法（如Ezatiostat联合抗PD-1）。因此，研究团队进一步探索了16n与多西他赛的联合效应，结果显示16n与多西他赛联用对AGS细胞生长产生协同抑制作用，且联合处理后ROS水平显著升高。这些发现表明16n不仅抑制胃癌细胞生长，还可能使癌细胞对化疗药物敏感，潜在增强胃癌治疗效果。 ⑥体内药代动力学特征研究团队采用小鼠血浆作为评估血浆稳定性的严格基质，因其具有较高的水解活性。在此条件下，16n的小鼠血浆半衰期为4.0小时，表明具有中等稳定性。基于其细胞抗增殖活性和体外稳定性，研究团队进一步在ICR小鼠中评价了16n的体内药代动力学，单次腹腔注射30 mg/kg和单次静脉注射10 mg/kg；作为对照，HJ6、NBDHEX和TLK199在相同条件下平行评价。结果显示，HJ6单次腹腔给药后系统暴露有限（Cmax = 1066 ng/mL，AUC0-∞ = 1731 h·ng/mL），清除迅速（CL = 17476 mL/h/kg），生物利用度低（F = 30%，腹腔注射相对于静脉注射，剂量校正），其快速清除可能部分反映了共价弹头在体内被 abundant 内源性亲核物质清除。相比之下，16n显示出显著改善的暴露量（Cmax = 5850 ng/mL，AUC0-∞ = 11937 h·ng/mL），清除率降低（CL = 2526 mL/h/kg），生物利用度提高（F = 76%，腹腔注射相对于静脉注射，剂量校正），终末半衰期可接受（T1/2 = 2.5 h，腹腔注射）。NBDHEX和TLK199均表现出较16n更差的药代动力学性质，这可能归因于其报道的不佳理化性质。GSTP1在血液中丰富，尤其在红细胞中（e-GST），与显著的血细胞分配一致，16n在全血中的未结合分数（fu,b = 0.06）低于血浆（fu,p = 0.10），表明明显的红细胞结合；16n的高表观分布容积提示超出血浆腔室的广泛分布，与其亲脂性和广泛结合一致。虽然大分布容积可能反映血浆腔室外隔室的滞留，但也可能指示有利的组织渗透，这对于靶向GSTP1等细胞内酶通常是可取的。广泛的结合和红细胞分配可能通过降低游离循环药物浓度、潜在限制脱靶暴露而有助于体内观察到的良好耐受性。这些药代动力学性质支持16n进行进一步的体内评价。 ⑦化合物16n对胃癌异种移植瘤的体内抗肿瘤效应在开展体内药效研究前，研究团队在健康小鼠中进行了最大耐受剂量（MTD）研究以评估16n的耐受性，结果显示16n在14天给药方案中耐受剂量高达500 mg/kg（腹腔注射，每日两次）。随后研究团队开展了剂量探索预实验以确定16n的适宜给药方案：ICR小鼠经腹腔注射给予溶媒或16n三个剂量（30、100、200 mg/kg），发现200 mg/kg剂量的血浆暴露量超过体外有效浓度（以HGC27抗增殖IC₅₀作为实际暴露基准）并可持续达8小时，这些发现与药代动力学结果一致并指导了剂量选择。为维持持续的抗肿瘤覆盖同时实现有意义的剂量-反应比较，研究团队选择100和200 mg/kg（腹腔注射，每日两次）在HGC27异种移植模型中考察16n的抗肿瘤药效。200 mg/kg剂量（腹腔注射，每日两次，n=10）治疗18天可显著抑制肿瘤生长，实现58%的肿瘤生长抑制率（TGI）。与肿瘤生长抑制一致，体内药效学（PD）分析显示血浆中GSTP1活性被强效抑制；此外，16n治疗减少了肿瘤中Ki67阳性增殖细胞数量。整个研究期间未观察到明显的体重下降，主要器官也未检测到明显的组织病理学异常，表明在给药方案下具有可接受的耐受性特征。图片来源：ACS 总结与展望本研究基于前期通过磺酰氟功能化DEL筛选鉴定的共价先导化合物，结合弹头移除策略与基于结构的药物设计，设计并合成了一系列新型1-(氮杂环丁烷-3-基甲基)-1H-苯并[d]咪唑衍生物作为非共价GSTP1抑制剂。最有前景的化合物16n显示出对GSTP1的强效抑制活性（IC₅₀ = 0.79 ± 0.05 μM），对代表性GST亚型具有良好的选择性。在GSTP1高表达的人胃癌细胞系（AGS、HGC27、NUGC-3）中，16n较其共价前体HJ6显示出显著改善的抗增殖活性，并呈剂量依赖性升高细胞内ROS水平、降低GSH水平。此外，与HJ6相比，16n表现出增强的体外稳定性和体内药代动力学性质。在HGC27异种移植模型中，16n显示出剂量依赖性的肿瘤生长抑制，实现58%的TGI值且耐受性良好。这些结果共同支持16n作为有前景的非共价GSTP1抑制剂，值得进一步开发用于胃癌治疗。文献详细全面信息请跳转原文阅读： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c02841 往期推荐【JMC】复旦大学唐美麟/上海药物所林泽民/上海中医药赵咏芳/郑州大学孙囡囡：新型选择性RIPK1抑制剂及其在自免疾病中的应用【JMC】复旦大学陈芬儿院士/王帅副研究员：环化策略设计兼具高安全性与选择性的强效非核苷类HIV-1逆转录酶抑制剂 JMC征稿！复旦大学120周年校庆特刊聚焦“药物化学加速新药发现”（JMC & ACS MedChemLett联合发行）【JMC】复旦大学李英霞/陈宗龙＆上海药物所王贺瑶：异喹啉酮类FABP4/5抑制剂助力抗炎药物研发说明公众号以个人学习和分享最新科研成果为目的，本文内容为阅读文献提炼总结的内容，因学识有限，难免有所疏漏和谬误，恳请批评指正。标记【原创】指原创编译，是出于便于传播目的，著作权归出版社与作者所有。投稿，合作，交流请后台联系。欢迎课题组投稿，可刊载研究成果宣传，人才招聘信息。欢迎合理转载，请写明来源于【药研视角】 PharmaView

100 项与双香豆素相关的药物交易

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