四氢苯并呋[3,2-b]喹啉：一种具有双重作用机制的、依赖自噬过程的DHODH抑制剂，能够诱导肺癌细胞发生铁死亡（ferroptosis）

《Bioorganic Chemistry》：Tetrahydrobenzofuro[3,2- b]quinoline: A dual-acting autophagy-dependent DHODH inhibitor that provokes ferroptosis in lung cancer cells

本研究采用假天然产物策略设计四氢苯并呋喃喹啉类化合物，其中3af对A549肺癌细胞表现出强效增殖抑制（IC50=5.22±2.07 μM），低毒于正常细胞（IC50>100 μM）。机制研究表明，3af通过线粒体功能障碍、脂质过氧化及活性氧积累诱导自噬依赖性铁死亡，并促进DHODH降解。动物实验证实，20 mg/kg剂量的3af显著抑制移植瘤生长（抑制率58.33%），且无显著毒性。该成果为靶向自噬-铁死亡轴的肺癌治疗提供了新策略。

　　

刘崇宇|高学昌|任燕|张志勇|黄婉云

广西师范大学化学与药学学院药用资源化学与分子工程国家重点实验室，广西民族医药协同创新中心，中国桂林玉才路15号，541004

摘要

自噬依赖的铁死亡——以其独特的代谢调控机制和肿瘤选择性细胞毒性为特征——已成为肺癌治疗的一种有前景的策略。在这项研究中，我们利用我们团队之前报道的伪天然产物（PNPs）策略设计了一系列四氢喹啉融合杂环化合物，并对其作用机制进行了研究。在四氢苯并呋[3,2-b]喹啉类化合物中，关键化合物3af对肺癌细胞（A549）表现出显著的抗增殖活性，同时对正常细胞的毒性很小。进一步的机制研究表明，3af通过线粒体功能障碍、脂质过氧化和活性氧的过度积累诱导铁死亡。Western blotting和拯救实验证实，3af通过自噬依赖途径促进二氢乳糖酸脱氢酶的降解，从而阐明了自噬与铁死亡之间的分子相互作用机制。在鼠异种移植肿瘤模型中，化合物3af在20 mg/kg的剂量下表现出显著的抗肿瘤效果，肿瘤抑制率为58.33%，且处理过的动物未观察到明显毒性。这些发现支持了基于PNPs的化合物作为靶向肺癌自噬-铁死亡信号通路的新型治疗剂的潜力。

引言

肺癌仍然是全球主要的健康负担，占癌症相关死亡人数的很大比例。这凸显了基于对疾病机制理解的创新抗癌疗法的迫切需求[[1], [2], [3], [4], [5]]。铁死亡——一种依赖铁的调控性细胞死亡形式——因其与自噬依赖途径的关联而受到越来越多的关注[2]。如图1所示，几种分子实体参与了自噬依赖的铁死亡的调控，例如核受体共激活因子4（NCOA4）、醛脱氢酶（ALDH）家族异构体、羰基还原酶1（CBR1）和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）。新兴证据表明，如普艾林、菊素和阿诺曼醇C等化合物能够有效诱导多种恶性肿瘤中的自噬依赖铁死亡，这支持了它们作为新型治疗剂的潜力[[6], [7], [8], [9]]。

近年来，已报道了许多具有抗肿瘤活性的融合喹啉生物碱。然而，由于芳香喹啉环的刚性平面结构，大多数这类化合物的化学多样性有限[10]。尽管我们之前报道了 beberapa 四氢喹啉融合衍生物对癌细胞的合成过程和IC₅₀值，但它们的结构设计原理和作用机制仍不清楚[1]。本研究系统地阐明了这类化合物的设计原理，其中伪天然产物（PNPs）方法被确立为核心策略[11]。PNPs方法涉及非生物合成地重组天然产物片段，以克服固有的化学空间限制，从而扩展其生物学应用性[12]。我们通过将具有抗炎和抗肿瘤特性的喹啉结构与苯并呋喃结构结合，引入了边缘融合和局部灵活性调节策略，从而构建了一种新的四氢喹啉融合骨架。此外，在喹啉氨基位置引入了具有双重生物活性的磺酰胺药效团[13]。如图2所示，化合物3af（A549：IC₅₀ = 5.22 ± 2.07 μM；Beas-2b：IC₅₀ > 100 μM）的抗肿瘤活性略有降低，但对正常人细胞的毒性显著降低[1]。这与Zhao等人的ZLHQ-5f（A549：IC₅₀ = 0.949 ± 0.113 μM；HL-7702：IC₅₀ = 3.349 ± 0.149 μM）的参数相比[14]。此外，本研究对这些衍生物的生物活性进行了全面评估。值得注意的是，化合物3af通过激活自噬并抑制二氢乳糖酸脱氢酶（DHODH）的活性来抑制肺癌细胞的增殖，最终诱导了自噬依赖的铁死亡，而不会影响正常肺细胞（Beas-2b）或肝细胞（HL-7702）的存活能力。

四氢喹啉融合骨架的设计

首先，如图3所示，基于NPNs策略，通过边缘融合技术构建了一个苯并呋-喹啉融合环骨架。首先，将多个取代基的喹啉和苯并呋喃药效团结合在一起，生成了一种新的杂环结构。随后，在C环的N端引入了甲苯磺酰基（Ts），以优化电子和空间结构特性。先前的研究表明，融合的平面喹啉

结论

在本研究中，使用伪天然产物（PNPs）策略合成了化合物3af——一种四氢苯并呋[3,2-b]喹啉衍生物。该化合物表现出强烈的抗肺癌活性，对A549细胞具有显著的抗增殖作用（IC?? = 5.22 ± 2.07 μM），同时对正常细胞的毒性很小（IC?? > 100 μM）。此外，机制分析表明3af通过

一般信息

本实验的所有化合物的合成步骤、化学结构数据及部分IC₅₀数据已发表在《Org.Lett》期刊上，DOI: https://doi.org/10.1021/acs.orglett.3c03964。

生物测定方法

在细胞接种前，我们使用高精度细胞计数器（Halo Counter Cell Counter）对每个样本中的细胞悬浮液进行了严格计数，确保所有实验组（包括不同药物浓度组和对照组）的细胞密度完全

CRediT作者贡献声明

刘崇宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件使用，资源提供，项目管理，方法学设计，实验研究，数据分析，概念构思。高学昌：数据管理。任燕：数据管理。张志勇：资金筹集。黄婉云：撰写 – 审稿与编辑，资金筹集。

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财务利益或个人关系。

致谢

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。本研究得到了中国广西自然科学基金（2023JJA130029）的财政支持。