多靶向氮杂香豆素-α-氰基肉桂酸酯杂合体通过微管蛋白和COX-2/VEGFR调节诱导G2/M期阻滞和细胞凋亡:体外机制基础与体内验证的见解

Multi-targeted azacoumarin-cyanocinnamate hybrids induce G2/M arrest and apoptosis via tubulin, and COX-2/VEGFR modulation: insights from in vitro mechanistic basis and in vivo validation.

作者信息Manar A El-Zend, Ibrahim M El-Deen, Rawda M Mansour, Tarek A Yousef, Amal Abdullah Alrashidi, Essa M Saied
PMID41017833
发布时间2025-08-22
DOI10.1039/d5md00484e

实验完整度

包含体外细胞实验(MTT、细胞周期、凋亡、qRT-PCR)、生化实验(微管蛋白聚合、FRAP、COX抑制)和体内EAC小鼠模型验证,并进行分子对接和Western blot。

主要模型

MCF-7人乳腺癌细胞系 MDA-MB-231人三阴性乳腺癌细胞系 MCF-10A非致瘤性乳腺上皮细胞系 Ehrlich腹水癌(EAC)小鼠模型

重点核对

化合物7对MCF-7和MDA-MB-231的IC50值分别为7.65 μM和9.7 ± 1.15 μM,对MCF-10A的IC50为52.02 μM G2/M期阻滞和凋亡诱导的浓度(IC50)和时间(24小时) 微管蛋白聚合抑制的IC50(18.74 ± 0.66 μM) COX-2抑制的IC50(1.264 μM)和选择性指数(SI = 5.93) 体内EAC模型中10 mg/kg剂量的给药方案(腹腔注射,隔日一次,共5次)

摘要

癌症仍然是一个重大的全球健康问题,其中乳腺癌是女性癌症相关死亡的主要原因之一。为了寻找多靶向抗癌药物,我们设计并合成了一系列新型的7-羟基氮杂香豆素-α-氰基肉桂酸酯杂合体,并通过全面的体外和体内研究评估了其治疗潜力。使用NMR、IR和元素分析确认了结构特征。在合成的化合物中,化合物7对MCF-7细胞(IC50 = 7.65 μM)和MDA-MB-231细胞(IC50 = 9.7 ± 1.15 μM)表现出最强的细胞毒活性,且对非致瘤性MCF-10A细胞具有显著选择性(IC50 = 52.02 μM),与参考药物多柔比星相比。机制性体外研究表明,化合物7诱导G2/M期阻滞和细胞凋亡,伴随促凋亡标志物(Bax、p53)的上调和Bcl-2的抑制。此外,化合物7显著抑制微管蛋白聚合,并在FRAP试验中表现出显著的抗氧化活性(IC50 = 144.71 μM),以及选择性COX-2抑制(IC50 = 1.264 μM,SI = 5.93)。使用艾氏腹水癌(EAC)模型的体内评估证实了其抗癌功效,在10 mg kg−1剂量下,活EAC细胞减少85.92%,肿瘤体积显著抑制。值得注意的是,化合物7通过恢复肝脏和肾脏生物标志物以及减少氧化应激和脂质过氧化,减轻了EAC诱导的肝肾毒性。此外,它显著下调了促炎(TNF-α)和血管生成(VEGFR-II)标志物,同时保持了正常的组织结构。总之,这些发现突出了化合物7作为一个有前途的多功能先导候选物,具有细胞毒、抗氧化、抗炎和抗血管生成活性,值得在癌症治疗中进一步开发。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在设计并合成新型多靶向抗癌药物,并评估其通过调节多种肿瘤相关通路(如细胞周期、凋亡、氧化应激、炎症和血管生成)的潜力。
核心机制
化合物7通过诱导G2/M期阻滞和线粒体介导的细胞凋亡(上调p53和Bax,下调Bcl-2)发挥抗增殖作用,同时抑制微管蛋白聚合,并具有抗氧化和选择性COX-2抑制活性。
主要证据
体外实验显示化合物7对MCF-7和MDA-MB-231细胞具有细胞毒活性,诱导细胞周期阻滞和凋亡,抑制微管蛋白聚合和COX-2;体内EAC模型证实其减少肿瘤细胞活力、减轻肝肾毒性并下调TNF-α和VEGFR-II。
研究意义
化合物7作为多靶向先导化合物,同时靶向细胞周期、凋亡、氧化应激、炎症和血管生成,为开发有效的多靶向抗癌药物提供结构基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

合成与结构表征

合成目标杂合体并确认其化学结构

通过多步反应合成一系列7-羟基氮杂香豆素-α-氰基肉桂酸酯杂合体,并采用FTIR、NMR和元素分析等表征其结构。

2

体外抗增殖活性评估

筛选具有最佳细胞毒活性和选择性的化合物

通过MTT法测定化合物对MCF-7、MDA-MB-231和MCF-10A细胞的IC50值。

3

细胞周期和凋亡分析

探究化合物7对细胞周期进程和凋亡的影响

用PI染色和流式细胞术分析细胞周期分布,用annexin V-FITC/PI双染检测凋亡,并用qRT-PCR检测凋亡相关基因表达。

4

微管蛋白聚合抑制和抗氧化活性评估

检测化合物7对微管蛋白聚合的抑制和抗氧化能力

通过荧光法检测微管蛋白聚合抑制,FRAP法检测抗氧化活性,Western blot检测α-微管蛋白表达。

5

COX-1/COX-2抑制活性评估

评估化合物7的抗炎活性并检测其对COX-1/COX-2的选择性

使用COX抑制剂筛选试剂盒测定IC50值,并通过分子对接分析结合模式。

6

体内药效和安全性评估

在EAC小鼠模型中验证化合物7的抗肿瘤活性、安全性和肝肾保护作用

建立EAC小鼠模型,测定急性毒性和有效剂量,检测肿瘤体积、细胞活力、肝肾功能指标、氧化应激标志物、炎症和血管生成因子,并进行组织病理学检查。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基----
胎牛血清----
MTT----
PI/RNase染色溶液----
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒BioVisionK101-25
纯化微管蛋白Cytoskeleton Inc.T240-DX
三磷酸鸟苷----
RIPA裂解液Thermo Scientific89900
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific23225
Laemmli上样缓冲液Bio-Rad1610737
TGX™凝胶Bio-Rad456-9033
PVDF膜MilliporeIPVH00010
抗α-微管蛋白抗体Cell Signaling Technology3873
抗β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA5441
SuperSignal™ West Pico/Femto ECL底物Thermo Scientific34095
FRAP检测试剂盒Sigma-AldrichMAK369
COX-1抑制剂筛选试剂盒BioVisionK548-100
COX-2抑制剂筛选试剂盒BioVisionK547-100
RNeasy小型RNA提取试剂盒Qiagen--
RT2第一链合成试剂盒Qiagen--
RT2 SYBR® Green ROX™ FAST预混液Qiagen--
ALT检测试剂盒BioVenicIVEK3446
AST检测试剂盒BioVenicIVEK3681
肌酐检测试剂盒BioAssay SystemsDICT-500
过氧化氢酶ELISA试剂盒MyBioSourceMBS006963
丙二醛ELISA试剂盒MyBioSourceMBS268427
谷胱甘肽ELISA试剂盒Shanghai BlueGene BiotechE02G0367
超氧化物歧化酶ELISA试剂盒MyBioSourceMBS036924
小鼠TNF-α ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3063
大鼠VEGFR-2 ELISA试剂盒CusabioCSB-E07348r
多柔比星----
考布他汀A-4----
塞来昔布----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞活力检测
细胞系、细胞密度、处理时间、MTT浓度
阅读提示:Methods 3.2.1 In vitro antiproliferative activity assessment
细胞周期分析
细胞浓度、处理浓度和时间、染色方案
阅读提示:Methods 3.2.2 Cell cycle assay
凋亡检测
细胞浓度、处理浓度和时间、染色方案
阅读提示:Methods 3.2.3 Annexin V-FITC/PI method
qRT-PCR
RNA提取、cDNA合成、引物序列、反应条件
阅读提示:Methods 3.2.4 Gene expression analysis by qRT-PCR
微管蛋白聚合实验
微管蛋白浓度、缓冲液成分、荧光检测参数
阅读提示:Methods 3.2.5 Tubulin polymerization assay
FRAP实验
试剂盒、反应条件
阅读提示:Methods 3.2.7 FRAP assay
COX抑制实验
试剂盒、参考抑制剂、反应条件
阅读提示:Methods 3.2.8 Assessment of COX-1 and COX-2 activity
体内实验
动物品系、EAC细胞数量、给药剂量和方案、生化检测方法
阅读提示:Methods 3.4 Animal-model and molecular assessments