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题目：Boron-containing anticancer agents: a target-centric review of structure-activity relationships and clinical pipeline 作者：Haeun Lee 1 2, Mingi Kim 1, Byungsun Jeon 3 4 出处：Arch Pharm Res. 2025 Dec;48(11-12):1253-1298. doi: 10.1007/s12272-025-01582-w. Epub 2025 Nov 17. DOI: 10.1007/s12272-025-01582-w  摘要 硼是一种多功能元素，在药物化学领域的研究历史上一直未得到充分重视，近年来其独特的化学性质为设计创新治疗化合物提供了可能，因此备受关注。硼替佐米等含硼药物的成功研发，激发了科研人员开发靶向多种肿瘤相关蛋白的硼基化合物的兴趣。本综述首次以靶点为核心，整合了酶和受体靶点相关的构效关系、结合模式可视化结果及临床研发布局现状，对含硼抗癌药物进行了系统梳理。与以往聚焦化学合成或单一化合物类别相关的综述不同，本文重点阐述了硼如何通过实现可逆共价抑制、前药活化及生物电子等排体替换，攻克肿瘤治疗中面临的耐药性和选择性壁垒问题。本文综述了含硼治疗药物的最新研究进展，重点介绍其在癌症治疗中的应用。硼能够与生物分子形成可逆共价键并发生选择性相互作用，这一特性使其在酶和受体靶向研究中具有极高的应用价值。此外，近期研究开发的硼基化合物能够克服耐药性、提高选择性并减少副作用。本综述将含硼治疗药物分为酶靶向类和受体靶向类，分别探讨其作用机制、临床前与临床研究进展及未来应用潜力。这些研究进展证实，硼基化学是突破传统抗癌药物局限性的有力工具，为研发特异性更强、副作用更小的新一代肿瘤治疗药物奠定了基础。 引言 硼是一种天然存在的元素，以多种形式广泛分布于海洋、地壳、土壤等自然环境中，在自然界中主要以硼酸盐（含硼和氧的化合物）形式存在（Lemarchand 等，2007）。硼在生物系统中发挥着重要作用（Uluisik 等，2018）。在植物体内，硼是维持细胞壁完整性的必需元素，可通过在多糖间形成交联结构，为植物生长提供支撑并维持植株形态。尽管硼在包括人类在内的动物体内的生物学作用仍在研究中，但目前认为其参与骨骼健康、大脑功能、矿物质调节等多种生理过程。近年来，凭借独特的化学性质，硼在材料科学、能源研究、电子学及生命科学等多个化学研究领域均受到高度关注，在药物化学领域尤为突出。硼原子的空p轨道使其能够与生物分子形成可逆共价键并发生相互作用，成为设计新型治疗药物的理想元素。硼的价电子构型使其可形成硼-氧键，该化学键性质稳定，且在生理条件下可发生可逆断裂。这种可逆性在酶或受体靶向策略中具有重要应用价值，因为硼基药物可与靶点发生选择性结合，且不会对生物分子造成永久性修饰。 硼酸类蛋白酶体抑制剂硼替佐米（化合物1，商品名：万珂）的问世，是含硼药物研发史上的重要里程碑。这一研究成果推动了伊沙佐米、地兰佐米等其他含硼药物的研发进程。 含硼药物的研发以先导化合物为基础，遵循三大核心设计原则：（1）硼酸衍生物利用硼的亲电性实现直接的可逆共价抑制，硼替佐米（化合物1）便是典型代表，该蛋白酶体抑制剂靶向20S蛋白酶体β5亚基的苏氨酸残基，其半数抑制浓度为0.161 nM（Zhu 等，2009a）；（2）前药形式可改善药物的药代动力学性质，如伊沙佐米（化合物3）可从柠檬酸盐前体水解为活性硼酸形式，实现口服给药（Teicher 等，2015）；（3）将硼作为电子等排体模拟生物分子的结构基序，如细胞周期蛋白依赖性激酶2抑制剂化合物80，其1,2-氮硼杂环结构相较于碳基类似物，药效显著提升（化合物80的半数抑制浓度为87 nM，碳基类似物为320 nM）（Zhao 等，2017）。本综述将详细阐述这些设计策略，充分体现硼在解决癌症治疗药物的药效、递送及特异性等问题上的多功能性。 除治疗应用外，硼还可用于研发诊断试剂（如成像剂）、诊疗一体化试剂（如硼中子俘获治疗试剂）（Hughes，2022）和光动力治疗试剂（Tam 等，2023），进一步拓展了其在肿瘤领域的应用潜力。已有大量研究报道了用于光动力治疗的含硼光敏剂、纳米材料和聚合物，这类试剂通过非特异性氧化机制产生活性氧，进而诱导肿瘤细胞凋亡。尽管此类研究在材料科学和光疗领域具有重要价值，但超出了本综述以靶点为导向的分子研究框架，故未作详细探讨。 2023-2025年，氧化还原响应性硼酸前药的研究取得了快速进展，该类前药可利用肿瘤微环境的氧化应激特性实现位点选择性活化。例如，Zhang 等研发了针对细胞周期蛋白依赖性激酶12降解剂CR8的过氧化氢响应性硼酸前药，该前药可自组装形成纳米颗粒，并在氧化条件下释放活性分子，与程序性死亡配体1阻断疗法联用可产生协同治疗效果（Zhang 等，2025）。此外，Schauenburg 等开发了受pH和活性氧调控的硼酸连接子，该连接子可发生氧化裂解，在肿瘤微环境中选择性释放细胞毒素（Schauenburg 等，2024）。这些研究代表了新一代硼介导的药物设计方向，将化学响应性与分子特异性相结合，使硼基药物的研发不再局限于静态共价抑制剂。 本综述探讨了含硼治疗药物在癌症治疗中的研究现状，并根据其生物学作用和治疗价值，将其按靶点类别进行功能性层级划分，具体包括：（1）细胞内酶靶点，如蛋白酶体、组蛋白去乙酰化酶和激酶，这类靶点参与调控蛋白质稳态、表观遗传修饰和信号传导通路；（2）细胞表面及细胞外受体靶点，如趋化因子受体和生长因子受体，介导肿瘤细胞的通讯与迁移过程；（3）核受体靶点，如雌激素受体和雄激素受体，在激素依赖性肿瘤中发挥关键作用；（4）其他分子靶点，如微管蛋白和缺氧诱导因子，为阻断肿瘤进展提供了独特的作用机制。近年来，已有多篇关于硼在药物研发中应用的优秀综述发表（Fernandes 等，2019；Das 等，2022；Messner 等，2022；Kulkarni 等，2023；Al-Omari 等，2023；Grams 等，2024；Guo 等，2025；Nagar 等，2026），这些综述主要聚焦于含硼骨架的化学合成、生物电子等排体替换特性、骨架多样性、在硼中子俘获治疗中的应用及一般药理学特性（如硼酸、苯并氧硼杂环、碳硼烷）。尽管此类研究具有奠基意义，但存在研究范围非肿瘤领域专属、靶点水平的构效关系分析有限、缺乏结合模式研究、临床背景介绍不足等问题。与之不同，本综述首次采用以靶点为核心、聚焦肿瘤领域的研究框架，按生物靶点类别对硼基治疗药物进行系统分类，同时提供明确的构效关系规律、分子对接得到的相互作用图谱（图14）和临床转化数据（补充表S1）。本文重点阐述了硼如何通过构建可逆共价弹头（靶向蛋白酶体、碳酸酐酶）、实现前药活化（伊沙佐米）和生物电子等排体优化（1,2-氮硼杂环细胞周期蛋白依赖性激酶2抑制剂），攻克癌症治疗中的耐药性和选择性壁垒，这些领域在以往的综述中均未得到充分研究。表1总结了代表性硼基化合物的分子靶点、药效、临床研究进展等信息，补充表S1-S3进一步提供了可机器读取的临床、构效关系和药物设计相关数据，使本文成为药物化学家及临床医生研发硼基肿瘤治疗药物的实用参考资料。 细胞内酶靶点 硼基化合物能与丝氨酸、苏氨酸等酶活性位点残基形成可逆共价键，对肿瘤进展过程中的关键细胞内酶具有强效抑制作用。本节将探讨靶向关键酶类的硼基治疗药物，包括蛋白酶体抑制剂、组蛋白去乙酰化酶抑制剂、激酶抑制剂及其他新兴酶靶点抑制剂，重点介绍其作用机制、临床前和临床研究进展，以及重塑癌症治疗格局的应用潜力。 蛋白酶体抑制剂 蛋白酶体是一种多亚基酶复合物，可降解细胞内错误折叠、受损或过量的蛋白质，通过泛素-蛋白酶体系统维持细胞内稳态（Livneh 等，2016）。Atta 等全面综述了近年来靶向肿瘤细胞20S蛋白酶体的策略，包括合成抑制剂和天然抑制剂（Atta 等，2023）。20S蛋白酶体核心颗粒具有三种主要的蛋白水解活性： 1.糜蛋白酶样活性（ChT-L，β5亚基）：可切割酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等疏水性氨基酸残基，在泛素化蛋白质的降解过程中发挥关键作用； 2.胰蛋白酶样活性（T-L，β2亚基）：靶向赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸残基，与糜蛋白酶样活性协同作用； 3.谷氨酰肽水解酶活性（PGPH，β1亚基）：可降解谷氨酸、天冬氨酸等酸性氨基酸残基，负责蛋白酶体内特定底物的加工。 泛素-蛋白酶体系统通过泛素标记蛋白质实现选择性水解，该过程对细胞周期调控和细胞凋亡至关重要（Ciechanover，1998）。泛素-蛋白酶体系统功能异常与癌症、神经退行性疾病、自身免疫性疾病等多种疾病相关，因此，研究泛素-蛋白酶体系统的作用机制对开发治疗药物具有重要意义，在癌症治疗领域尤为突出（Adams，2003；Konstantinova 等，2008）。 硼替佐米（化合物1，图1）是一种二肽硼酸类蛋白酶体抑制剂（商品名：万珂，武田制药），1998年成为首个进入人体晚期癌症临床试验的含硼药物（Adams 等，2000），并于2003年获美国食品药品监督管理局批准用于治疗多发性骨髓瘤（San Miguel 等，2006），2006年获批用于治疗套细胞淋巴瘤（Touchet 等，2011）。目前，硼替佐米仍是治疗多发性骨髓瘤和套细胞淋巴瘤的核心药物，可作为新诊断、复发或难治性多发性骨髓瘤的一线治疗药物（Larocca 等，2020）。作为首个获批用于癌症治疗的蛋白酶体抑制剂，硼替佐米为其他蛋白酶体靶向药物的研发奠定了基础（Kane 等，2003）。从结构上看，硼替佐米由吡嗪酸、苯丙氨酸和亮氨酸构成，其硼酸基团可与20S蛋白酶体β5亚基的苏氨酸残基（Thr1）可逆结合，形成四面体硼酸加合物（Groll 等，2006，图2）。该相互作用通过与甘氨酸47、苏氨酸21和丙氨酸49形成的氢键得以稳定，进而抑制糜蛋白酶样活性，导致泛素化蛋白质累积并最终诱导细胞凋亡（Groll 等，2006）。除多发性骨髓瘤和套细胞淋巴瘤外，硼替佐米还被用于治疗乳腺癌（Codony-Servat 等，2006）、肺癌（Schenkein，2005）、结直肠癌（Voutsadakis 等，2010）、前列腺癌（Papandreou和Logothetis，2004）、胰腺癌（Nawrocki 等，2005）和自身免疫性疾病（Khalesi 等，2021），可单药治疗，也可与其他药物联用。但硼替佐米存在周围神经病变、需静脉给药、易产生耐药性、引发胃肠道副作用等局限性，这些问题推动了新一代蛋白酶体抑制剂的研发（Paramore和Frantz，2003；Richardson 等，2009；Dick和Fleming，2010）。 伊沙佐米（化合物3，图1）（商品名：恩莱瑞，武田制药）是一种含硼蛋白酶体抑制剂，为N-封端二肽亮氨酸硼酸化合物MLN2238的柠檬酸盐形式（Kupperman 等，2010）。与硼替佐米不同，伊沙佐米靶向20S蛋白酶体的糜蛋白酶样亚基，解离半衰期更短，且可口服给药，在血浆中水解为活性形式。伊沙佐米获美国食品药品监督管理局批准，用于治疗至少接受过一种既往治疗的多发性骨髓瘤患者，其药代动力学性质更优，抗肿瘤活性更强，毒性更低，严重不良反应更少（Kupperman 等，2010）。硼替佐米和伊沙佐米的研发成功，证实了肽类硼酸作为蛋白酶体抑制剂的应用潜力，也推动了科研人员开展进一步研究，以提高药物的选择性并减少副作用。 地兰佐米（化合物4，图1）（CEP-18770）是由塞法隆公司和欧洲细胞治疗公司研发的一种可逆性P2苏氨酸硼酸类化合物，在临床前模型中对糜蛋白酶样活性具有强效抑制作用，且疗效和耐受性更优（Dorsey 等，2008）。与硼替佐米相比，地兰佐米可在多发性骨髓瘤异种移植模型中诱导肿瘤完全消退，且对正常细胞的细胞毒性更低（Piva 等，2008）。2007年，地兰佐米开始针对实体瘤或非霍奇金淋巴瘤患者开展Ⅰ期临床试验；此外，口服地兰佐米的Ⅱ期临床试验显示，药物耐受性良好，但对经多线治疗的复发/难治性多发性骨髓瘤患者的疗效有限，提示其可能适用于联合治疗（Sanchez 等，2010；Vogl 等，2017）。 2009年，Zhu 等在前期研究的基础上，利用三维定量构效关系模型合成了一系列20S蛋白酶体抑制剂（Zhu 等，2006、2009a）。研究发现，在R1位引入大位阻和带负电荷的取代基可显著增强对蛋白酶体的抑制作用，而R2位的取代基变化则与三维定量构效关系预测模型不符。其中，YSY01A（化合物6f，图1）的抑制活性最优，半数抑制浓度为0.079 nM，药效是硼替佐米（半数抑制浓度0.161 nM）的两倍，且细胞毒性与硼替佐米相当，是一种极具潜力的抗癌药物。该研究强调了疏水亚结构在蛋白酶体抑制剂设计中的重要性。 表1 肿瘤治疗领域代表性硼基化合物概况（按靶点蛋白、药效、临床研究进展及关键特性分类） 图1 蛋白酶体抑制剂的结构 细胞内酶类靶点 蛋白酶体抑制剂 硼替佐米（1）在20S蛋白酶体活性位点的结合模式：左侧为β5亚基，右侧为β1亚基。硼替佐米的硼酸基团（粉色高亮）与β5亚基中的苏氨酸1（Thr1）形成可逆的共价四面体加合物，并通过与甘氨酸47（Gly47）、苏氨酸21（Thr21）和丙氨酸49（Ala49）形成氢键实现稳定化。 从北里孢菌MK993-dF2中分离得到的酪蛋白酶素A（7）是一种蛋白酶体抑制剂，其推动了选择性20S蛋白酶体抑制剂TP-110（8）的发现，该抑制剂对人前列腺癌PC-3细胞展现出显著的抑制效果（Momose等，2001a、2001b；Momose等，2005）。以TP-110为研发灵感，研究人员设计出三种新型氨基硼酸衍生物（12、13和14），该类化合物对糜蛋白酶样（ChT-L）活性的抑制活性达到纳摩尔级别（Watanabe等，2009）。在抑制效力上，这些化合物较硼替佐米提升10倍，较TP-110提升40倍。亮氨酸硼酸衍生物化合物14对人20S蛋白酶体的半数抑制浓度（IC₅₀）低于硼替佐米，且对糜蛋白酶样活性的选择性远高于肽基谷氨酰肽水解酶（PGPH）和胰蛋白酶样（T-L）亚基（图1）。上述研究结果表明，该类化合物在蛋白酶体抑制及癌症治疗研究中具有良好的开发潜力。 该研究团队进一步对酪蛋白酶素A衍生物展开研究，发现化合物15（AS-06）、16和17（AS-29）为强效糜蛋白酶样抑制剂（图1）（Watanabe等，2010）。值得注意的是，化合物16和17对人多发性骨髓瘤RPMI8226细胞系展现出优异的细胞毒性。2014年，Momose等研究发现，AS-06（15）和AS-29（17）具有显著的抗肿瘤作用，可抑制人胚肾293PS细胞系的蛋白酶体活性，并诱导人多发性骨髓瘤细胞中泛素化蛋白的积累（Momose等，2014）。在多发性骨髓瘤异种移植小鼠模型中进行静脉给药后，肿瘤生长受到显著抑制，这也印证了该类化合物的治疗潜力。 查尔酮类蛋白酶体抑制剂化合物18（AM-58）和19（AM-114）（图1）以20S蛋白酶体的糜蛋白酶样活性为靶点，其半数抑制浓度（IC₅₀）均在1微摩尔左右。Achanta团队采用四甲基偶氮唑盐（MTT）法，对该类硼酸查尔酮衍生物（AM系列化合物）进行人结直肠癌HCT116 p53⁺/⁺细胞系抑制活性检测，发现在8种候选化合物中，AM-58（IC₅₀=1.5μM）和AM-114（IC₅₀=3.9μM）的抑制活性最强（Achanta等，2006）。AM-114的细胞毒性源于其可促使p53蛋白积累、激活p21蛋白，并通过抑制蛋白酶体诱导细胞凋亡，这一特性也凸显了其抗癌潜力。 2014年，Milani团队设计并合成了一系列L-半胱氨酸硼酸酯衍生物（图1），以抑制20S蛋白酶体β5位点的糜蛋白酶样活性为研究重点（Milani等，2014）。化合物20、21和22的半数抑制浓度（IC₅₀）分别为52μM、88μM和109μM，且对β5位点具有选择性。该研究明确了影响蛋白酶体抑制效果的两个关键因素：硼酸酯基团在芳环上的取代位置，以及与硼原子相连的侧链结构。这些研究结果为该类蛋白酶体抑制剂的后续设计提供了指导思路。 2023年，Wang团队开发了一系列二肽基硼酸酯类化合物，作为靶向20S蛋白酶体β5亚基的新型口服蛋白酶体抑制剂（Wang等，2023）。多个化合物对人多发性骨髓瘤RPMI-8226细胞系展现出强效抑制活性（IC₅₀<10nM），其中化合物23被确定为先导化合物（IC₅₀=5.6nM）。与伊沙佐米柠檬酸盐（2）快速水解为活性形式不同，化合物23具有更优异的化学稳定性和代谢稳定性，同时具备良好的药代动力学特性；在RPMI-8226异种移植模型中，该化合物展现出强效的抗肿瘤效果，这也使其成为治疗多发性骨髓瘤的稳定、口服型蛋白酶体抑制剂候选药物。 Nakamura团队以贝拉星C为研发灵感，合成了硼肽类似物，其中化合物24a和24b作为20S蛋白酶体糜蛋白酶样活性的强效抑制剂，其抑制效果与贝拉星C（25，图1）相当（Nakamura等，2009）。尽管R1取代基对抑制效果的影响极小，但化合物24b的半数抑制浓度（IC₅₀）较硼替佐米降低约10倍。针对细胞生长抑制的生物学评估显示，苄基酰胺衍生物化合物24a能有效抑制蛋白酶体活性，但对人宫颈癌细胞HeLa的生长仅表现出中等抑制效果。进一步对细胞周期进程和细胞凋亡的研究发现，化合物24b可诱导HeLa细胞发生G2/M期周期阻滞并触发凋亡，这一作用与硼替佐米相似。 2014年，Scarbaci团队合成了一系列含硼酸的拟肽类化合物，用于蛋白酶体抑制研究（Scarbaci等，2014）。其中，化合物26（图1）成为极具潜力的抗癌药物，对20S蛋白酶体β5亚基的抑制活性较强，抑制常数（Kᵢ）为17nM，对β1亚基的抑制活性中等，抑制常数（Kᵢ）为2.57μM。其抑制效果与硼替佐米（Kᵢ=9.8nM）相近。在60种人肿瘤细胞系中的检测结果显示，化合物26对大部分细胞系的半数生长抑制浓度（GI₅₀）均低于1微摩尔，表明其具有广谱抗癌潜力；同时，该化合物对人肺鳞癌细胞NCI-H226和人乳腺癌细胞MDA-MB-435等特定细胞系展现出显著的细胞毒性。 Troiano团队合成了一系列伪肽硼酸酯类化合物，包括化合物27和28（图1），探究其作为蛋白酶体抑制剂的潜力（Troiano等，2014）。以亚乙基链为P2片段的化合物28，对糜蛋白酶样蛋白酶体活性的抑制活性较强，抑制常数（Kᵢ）达到纳摩尔级别；化合物27也表现出显著的抑制效果（Kᵢ=0.053μM）。与之相反，以亚甲基为P2片段的化合物抑制活性较弱，半数抑制浓度多在亚微摩尔至微摩尔级别，部分甚至无抑制活性。该类化合物对肽基谷氨酰肽水解酶活性的抑制效果远弱于糜蛋白酶样活性，且对胰蛋白酶样活性无抑制作用。这表明，要实现更优的抗癌效果，蛋白酶体抑制剂需同时抑制糜蛋白酶样活性与肽基谷氨酰肽水解酶活性或胰蛋白酶样活性（Parlati等，2009；Kisselev等，2006）。仅抑制糜蛋白酶样活性通常仅能产生中等抗癌效果，而同时抑制上述三种活性则能显著提升细胞毒性。化合物27和28均能强效抑制肿瘤细胞增殖，其中化合物28在亚微摩尔浓度下的细胞毒性更优，对人乳腺癌细胞MDA-MB-435和人肺鳞癌细胞NCI-H226的抑制效果尤为显著。这些结果表明该类化合物在抗癌治疗领域具有进一步开发的价值。 2016年，Li课题组开发了以1,4-萘醌为母核的非肽类硼酸衍生物，作为蛋白酶体抑制剂（Ge等，2017）。化合物29（PI-083）能显著抑制肿瘤生长，但酶抑制活性有限（Kazi等，2009）。为改善这一缺陷，研究人员合成了化合物30（图1），该化合物将PI-083的萘环母核与硼替佐米的硼酸基团相结合，兼具抗增殖活性和糜蛋白酶样抑制活性，半数抑制浓度（IC₅₀）为3.65μM。通过进一步结构优化得到化合物31，其对β5亚基和糜蛋白酶样活性的抑制活性强效（IC₅₀=11.4nM），与硼替佐米（IC₅₀=4.7nM）相当。化合物31展现出显著的抗增殖活性，对人非小细胞肺癌A549细胞、人乳腺癌MDA-MB-231细胞和人卵巢癌A2780细胞等实体肿瘤细胞系的抑制效果尤为明显；同时，该化合物能诱导人乳腺癌MDA-MB-231细胞发生蛋白酶体功能异常（IC₅₀=28.2nM）。此外，化合物31的代谢稳定性得到提升，在大鼠肝微粒体中保留60%的结构完整性，而硼替佐米的保留率仅为44%。 2017年，Li课题组合成了以萘为母核的非肽类硼酸蛋白酶体抑制剂，以抑制糜蛋白酶样活性为研究重点（Liu等，2018）。该类化合物以4-芳磺酰基萘为母核，并引入亮氨酸硼酸基团以实现对糜蛋白酶样蛋白酶体的抑制。以硼替佐米和化合物32（PI-8182，图1）为研发灵感——二者可结合于糜蛋白酶样活性位点的疏水口袋，研究人员开发出化合物33和34。在人乳腺癌MCF-7细胞系中，这两种化合物的抗增殖活性优于硼替佐米，半数抑制浓度（IC₅₀）分别为6.942μM、6.905μM，而硼替佐米为18.37μM。化合物33的代谢稳定性同样更优，在大鼠肝微粒体中保留56%的结构完整性，远高于硼替佐米的30%。分子对接研究证实，与硼替佐米类似，化合物33能有效结合于β5亚基的疏水口袋，从而提升结合亲和力。 为降低毒性并提高治疗指数，Zhu团队设计并合成了一系列新型二肽基硼酸蛋白酶体抑制剂，以20S蛋白酶体为靶点，其整体性能优于硼替佐米（Zhu等，2009b）。通过对二肽基硼酸基团的结构优化，并聚焦于P3位的取代修饰，研究人员发现了化合物35和36（图1）（Zhu等，2009b）。这两种化合物具有强效的抑制潜力，对人20S蛋白酶体的半数抑制浓度（IC₅₀）分别为1.20nM和1.60nM，对血液肿瘤细胞系均展现出强效抑制效果；其中化合物36对实体肿瘤也具有显著抑制活性，对人口腔上皮癌细胞KB和人肝癌细胞HepG2的半数抑制浓度（IC₅₀）分别为9.8nM和13.1nM。 2010年，该研究团队开发了一系列以β-氨基酸为基础的二肽基硼酸蛋白酶体抑制剂，以提升结构多样性（Zhu等，2010a）。在合成的72种化合物中，化合物37、38和39（图1）的抑制活性最强，半数抑制浓度（IC₅₀）均低于5nM，与硼替佐米相当。研究人员在多种人肿瘤细胞系中对这些化合物进行了检测，包括2种血液肿瘤细胞系（人急性髓系白血病HL-60细胞、人多发性骨髓瘤RPMI 8226细胞）和6种实体肿瘤细胞系（人非小细胞肺癌A549细胞、人结直肠癌SW-480细胞、人卵巢癌SKOV-3细胞、人肝癌HepG2细胞、人前列腺癌PC-3细胞、人胃癌BGC-823细胞）。化合物37、38和39对血液肿瘤细胞系的半数抑制浓度（IC₅₀）均低于1μM，但对实体肿瘤细胞系的抑制活性相对较弱。药代动力学研究显示，与硼替佐米相比，这三种化合物在雄性SD大鼠体内的半衰期显著延长；体内毒性评估结果表明，该类化合物无明显毒性反应，安全性优于硼替佐米。 该团队采用三维定量构效关系（3D-QSAR）方法，设计出化合物40系列硼酸蛋白酶体抑制剂（图1）（Lei等，2016）。以硼替佐米-20S蛋白酶体复合物的晶体结构（蛋白质数据库编号：2F16）为指导，研究人员合成了化合物40a~40e。其中，化合物40e的抑制活性最强，对20S蛋白酶体的半数抑制浓度（IC₅₀）为4.60nM。在吡嗪环（40a）或苯环（40b）上引入甲基和三氟甲基的修饰，并未提升化合物的抑制效力；而将吡嗪基替换为2,5-二氯苯基（40c）后，化合物的活性有所提高。值得注意的是，在化合物40e中引入甲氧基后，其抑制活性得到显著增强。化合物40e对多发性骨髓瘤细胞系（RPMI8226、ARH-77和U266B1）的抑制效果优异，优于化合物40c，与硼替佐米相当。机制研究表明，化合物40e可通过抑制细胞周期进程使其停滞于G2/M期，这一发现揭示了其抗癌作用的分子机制。 该研究团队致力于开发以α-氨基酸和β-氨基酸为骨架的蛋白酶体抑制剂。2016年，研究人员成功合成了同时包含α-和β-氨基酸结构的蛋白酶体抑制剂（Shi等，2016）。与硼替佐米相比，βα-肽类化合物因引入非天然β-氨基酸，具有更长的半衰期和更低的毒性（Zhu等，2010a、2010b）。基于该研究思路，团队设计出以αβ-和αα-氨基酸为基础的硼酸蛋白酶体抑制剂，其中化合物41的活性表现突出。化合物41对20S蛋白酶体的半数抑制浓度（IC₅₀）为4.82nM；在细胞实验中，对人多发性骨髓瘤U266细胞、RPMI8226细胞和ARH77细胞的半数抑制浓度（IC₅₀）分别为2.48nM、2.29nM和3.87nM。分子对接研究表明，该化合物与蛋白酶体的相互作用机制为：硼原子与苏氨酸1的γ-氧原子（Oγ-Thr1）形成四面体加合物，并与精氨酸19（Arg19）、苏氨酸21（Thr21）和赖氨酸33（Lys33）残基形成氢键，这也是其具有强效抑制作用的原因（图14a）。 为改善传统肽基硼酸类化合物药代动力学性质不佳的问题，Han团队开发了含脲基的肽基硼酸类化合物，作为强效蛋白酶体抑制剂（Han等，2017b）。通过将酰胺键替换为脲基，化合物的药代动力学和药效学性质得到显著提升。其中化合物42的表现最为突出，在四种细胞系中的半数抑制浓度（IC₅₀）均低于10nM，与硼替佐米的抑制效力相当。药代动力学研究显示，与硼替佐米（静脉给药0.8mg/kg，半衰期0.8h）相比，化合物42（图1，静脉给药3mg/kg，半衰期1.96h）的半衰期显著延长。在人肝癌Bel7404异种移植小鼠模型中，化合物42能有效抑制肿瘤生长，且毒性极低、耐受性优于硼替佐米。这些结果表明，化合物42有望成为一种药代动力学性质更优、毒性更低的癌症治疗药物。 基于前期将脯氨酸硼酸作为激酶抑制剂药效团的研究基础，该团队合成了以脯氨酸硼酸为基础的蛋白酶体抑制剂（Han等，2017a）。研究人员开发出二肽和三肽类脯氨酸硼酸系列化合物，并针对人胃癌MGC803细胞系开展了化合物43的构效关系（SAR）研究（图1）。构效关系研究明确了P3位的重要性：P1位偏好芳基和大位阻基团，P2位偏好烷基。三肽系列化合物的生物活性优于二肽系列；其中化合物43的活性显著，且具有亚基选择性，在多种细胞系中的表现均优于硼替佐米。该化合物对蛋白酶体的抑制活性较强，尤其对人肺癌95D细胞、人乳腺癌MDA-MB-231细胞和人急性髓系白血病HL-60细胞的半数抑制浓度（IC₅₀）分别为12nM、7nM和低于1nM；同时，其对糜蛋白酶样活性的选择性远高于胰蛋白酶样和肽基谷氨酰肽水解酶活性，亚基选择性优于硼替佐米。 2018年，Zhang团队合成了经α-氨基硼酸修饰的姜黄素衍生物，作为蛋白酶体抑制剂（Zhang等，2018）。姜黄素（44）具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤活性，其衍生物已被证实具有抑制20S蛋白酶体的潜力（Hatcher等，2008；Nelson等，2017）。研究人员发现，3,5-二(4-氟亚苄基)-4-哌啶酮（化合物45，图1）的水溶性优于硝基取代的姜黄素类似物（化合物46），因此将其选为抑制剂的母核结构。游离硼酸系列化合物的抗癌活性优于硼酸频哪醇酯系列；其中化合物45的活性最强，对人结直肠癌HCT116细胞系的半数抑制浓度（IC₅₀）为0.203μM，且对糜蛋白酶样活性具有高选择性（IC₅₀=0.835μM）。该化合物对胰蛋白酶样和肽基谷氨酰肽水解酶活性几乎无抑制作用（IC₅₀>100μM），这一高选择性使其有望降低蛋白酶体抑制剂常见的副作用。 组蛋白去乙酰化酶抑制剂 组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶在蛋白复合物中发挥关键作用，对基因转录过程中的染色质动态变化具有重要调控作用（Sambucetti等，1999）。组蛋白的乙酰化水平由乙酰化酶和去乙酰化酶的作用平衡调控。其中，组蛋白去乙酰化酶（HDACs）是DNA结合型转录抑制复合物的重要组成部分，其通过去除组蛋白和非组蛋白上的乙酰基参与肿瘤发生发展过程。该酶的活性可调控多种肿瘤发生相关通路，包括细胞周期调控、细胞凋亡、DNA损伤应答、肿瘤转移、血管生成和自噬等。抑制组蛋白去乙酰化酶可导致组蛋白高乙酰化，进而激活多种与细胞生长停滞和肿瘤细胞凋亡相关的基因转录（Chueh等，2015）。因此，组蛋白去乙酰化酶抑制剂成为极具潜力的抗癌药物类别，已有多种该类药物应用于临床，或针对多种癌症开展临床试验。 硼酸的多功能性使其被广泛应用于开发含α-氨基酸或β-氨基酸结构的硼酸类化合物，用于组蛋白去乙酰化酶抑制研究（Matsuzaki等，2003；Suzuki等，2009）。代表性的组蛋白去乙酰化酶抑制剂（图3）包括曲古抑菌素A（47，TSA）（Yoshida等，1990）、辛二酰苯胺异羟肟酸（48，SAHA，伏立诺他）（Richon等，2001）、PXD-101（49）（Plumb等，2003）和MS-275（50）（Hess-Stumpp等，2007）。该类抑制剂可抑制肿瘤细胞生长、诱导肿瘤细胞终末分化，并阻止恶性肿瘤形成，是极具潜力的抗肿瘤药物。其中，辛二酰苯胺异羟肟酸（48）已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤（Adams，2001）。 2009年，Suzuki团队设计并合成了近30种含硼酸基团的组蛋白去乙酰化酶抑制剂（Suzuki等，2009）。在该系列化合物中，化合物51、52和53（图3）的抑制效果显著，半数抑制浓度（IC₅₀）分别为2.0μM、2.0μM和1.4μM。将其拆分为S型和R型对映体后发现，S型对映体对I类组蛋白去乙酰化酶（HDAC1、HDAC2、HDAC8）和II类组蛋白去乙酰化酶（HDAC6）的抑制活性均得到提升，效力与辛二酰苯胺异羟肟酸（48）相当。因此，研究人员进一步探究了S-51、S-52、S-53及辛二酰苯胺异羟肟酸对人胃癌MKN45细胞系的生长抑制作用——该细胞系对组蛋白去乙酰化酶抑制剂敏感。结果显示，上述S型对映体的生长抑制效果优于辛二酰苯胺异羟肟酸，其中化合物S-53的抑制效力最强、组蛋白去乙酰化酶抑制效果最显著，具有进一步优化和开发的潜力。 Kavianpour团队开发了三种含硼的HDAC2抑制剂：化合物54（硼酸频哪醇酯）、化合物55（邻-1,2-碳硼烷）和化合物56（硼酸）（图3）（Kavianpour等，2020）。研究人员将这些化合物与参比化合物52一同，进行HDAC2抑制潜力的全面检测。化合物54、55和56对HDAC2的抑制活性较强，半数抑制浓度（IC₅₀）在40nM至60nM之间，其中化合物54的效果最佳，这可能与其具有亲电性的硼酸酯基团相关。有趣的是，尽管化合物55无亲电性硼原子，但其仍表现出显著的抑制效力，这表明在设计高效HDAC2抑制剂时，封端基团的疏水性具有重要作用。 激酶抑制剂 激酶是一类关键的酶，其通过对蛋白质进行磷酸化修饰，改变蛋白质的结构、功能和活性，进而调控细胞生理过程（Adams，2001）。激酶在信号转导通路和多种细胞功能中发挥核心作用，由于易发生易位、突变和过表达等基因变异，其与自身免疫性疾病、炎症、心血管疾病、神经系统疾病及癌症密切相关（Cohen，2002）。在癌症中，激酶活性失调可激活促进细胞无限增殖和肿瘤转移的信号通路。因此，激酶成为肿瘤治疗中的重要靶点，激酶抑制剂也推动了癌症治疗的革新。目前，研究人员正致力于开发含硼小分子化合物，以靶向多种激酶实现有效的癌症治疗（Gross等，2015；Roskoski，2015）。 2018年，Hiller团队合成了一系列硼酸类酪氨酸磷酸化抑制剂，该类化合物具有抗癌和抗锥虫活性（Hiller等，2018）。酪氨酸磷酸化抑制剂家族因能抑制酪氨酸磷酸化而被熟知，其中包含表皮生长因子受体（EGFR）强效抑制剂酪氨酸磷酸化抑制剂8（57，图4）等生物活性化合物。基于此，研究人员合成了该系列化合物，并在三种细胞系中进行活性评估，其中化合物58对大鼠垂体瘤GH3细胞系展现出显著的抗增殖效果，半数抑制浓度（IC₅₀）为0.14μM。化学基因组学研究发现，该化合物的主要靶点为DYRK1A（酪氨酸磷酸化调控激酶1a）——一种受酪氨酸磷酸化调控的关键激酶。分子对接研究表明，化合物58能有效结合于DYRK1A的活性位点（图14b），其与赖氨酸188（Lys188）、亮氨酸241（Leu241）和谷氨酸239（Glu239）形成氢键，并与缬氨酸173（Val173）、亮氨酸294（Leu294）和缬氨酸306（Val306）发生π-烷基相互作用，从而实现与DYRK1A的强效结合。这一发现为开发靶向DYRK1A及相关激酶的新型治疗药物开辟了新方向。 2020年，Ren团队开发了含硼的二苯基嘧啶类化合物，作为布鲁顿酪氨酸激酶（BTK）和Janus激酶3（JAK3）的双靶点抑制剂（Ren等，2020）。与单一靶向JAK通路相比，这种双靶点抑制策略有望产生协同作用并降低副作用（Ezell等，2014；Ge等，2018）。JAK3是JAK/STAT信号通路的关键调控因子，参与免疫信号转导，并调控适应性免疫功能所必需的γ-细胞因子信号传导；同时，其在肿瘤发生过程中对激活蛋白1、STAT3、STAT5和PI3K-AKT通路具有调控作用，尤其与血液系统恶性肿瘤密切相关（Owen等，2019）。而BTK在B细胞受体信号通路及恶性细胞的其他通路中发挥重要作用（Uckun等，2011）。因此，靶向JAK3/BTK通路成为一种极具潜力的肿瘤治疗策略。研究人员将苯并恶硼烷与嘧啶母核融合，构建了新型化合物库——在嘧啶的2位或4位引入苯并恶硼烷衍生物，从中筛选出四种极具潜力的化合物（59、60、61和62，图4），其对BTK和JAK3的半数抑制浓度（IC₅₀）均低于2nM。其中，化合物59在低微摩尔浓度下对造血细胞展现出显著的抗增殖活性，且与人源化药物相比，在人肝微粒体中的稳定性得到提升。这些发现表明，该类新型双靶点抑制剂在癌症治疗中具有良好的应用前景。 间变性淋巴瘤激酶（ALK）是一种受体酪氨酸激酶，其染色体易位可形成致癌性ALK融合蛋白，进而诱发多种癌症，包括间变性大细胞淋巴瘤、炎性肌纤维母细胞瘤、鳞状细胞癌和非小细胞肺癌等。因此，ALK成为肿瘤治疗的关键靶点（Mossé等，2009；Grande等，2011）。已有多种ALK抑制剂获批上市，如克唑替尼（63），但其初始治疗有效后易产生耐药性。新一代ALK抑制剂（图4）如色瑞替尼（64）（Dhillon和Clark，2014）、洛拉替尼（65）（Yang和Gong，2019）、布格替尼（66）（Markham，2017）和阿来替尼（67）（Paik和Dhillon，2018），虽解决了部分耐药问题，但仍面临疗效和安全性方面的挑战。 Ren团队发现化合物68（图4）对ALK具有中等抑制活性，半数抑制浓度（IC₅₀）为21nM，且在肝微粒体试验中表现出良好的代谢稳定性（人肝微粒体：半衰期T₁/₂=178min，小鼠肝微粒体：半衰期T₁/₂=43.5min）（Ren等，2022）。通过计算机辅助设计，研究人员开发出化合物69，其对ALK的抑制活性得到提升（IC₅₀=8.4nM），且稳定性优于克唑替尼（63）。在人非小细胞肺癌NCI-H2228小鼠移植模型中的体内研究显示，化合物69的肿瘤抑制效果良好（抑制率52%），且具有利于口服吸收和组织分布的药代动力学特征，是极具潜力的ALK抑制剂候选药物。 PI-103（70）是磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的强效双靶点抑制剂，但其体内代谢迅速，限制了临床应用。为解决这一问题，Luo团队开发了PI-103的生物电子等排体PI-103BE（71，图4），其生物利用度得到显著提升（Luo等，2020）。将硼酸和硼酸盐替代醇羟基，且不破坏生物活性，是开发提高生物利用度前药的关键策略（Lippert等，2011）。通过将酚羟基替换为硼酸基团，可实现药物在实体肿瘤中的靶向摄取和选择性积累（Maslah等，2020）。体外抗增殖实验显示，PI-103和PI-103BE在多种癌症细胞系中的活性相当；小鼠药代动力学研究表明，与PI-103相比较，PI-103BE的半衰期（t₁/₂）延长6.2倍，药时曲线下面积（AUC）提升近4倍，表明其生物利用度显著提高。 2019年，Zhang团队开发了一系列7-丙酰胺基苯并恶硼烷化合物，作为潜在的抗癌药物（Zhang等，2019）。初始化合物72系列（AN3661，抗疟药）虽具有强效抗肿瘤活性，但未表现出显著的抗增殖效果。为提升活性，研究人员合成了酰胺衍生物，得到化合物73（ZCL-082，图4），其对多种癌症细胞系（人卵巢癌SKOV3细胞、人乳腺癌MDA-MB-231细胞、人结直肠癌HCT116细胞）的抑制活性达到亚微摩尔级别，且对正常人体肺成纤维细胞WI-38的毒性极低。随后，研究人员合成了联苯基苯并恶硼烷化合物，其中化合物74和75对癌症细胞系的抑制效果最为显著：化合物74对人卵巢癌SKOV3细胞系的半数抑制浓度（IC₅₀）低至33nM，化合物75的抑制活性更强，IC₅₀为21nM。同时，两种化合物均表现出优异的选择性，对癌细胞和正常细胞的选择性分别达到100倍和180倍。进一步研究发现，化合物73是p90核糖体S6激酶1（RSK1）的靶向抑制剂，同时可抑制核因子-κB（NF-κB）信号通路，能在体外和体内有效抑制淋巴瘤细胞生长（Ma等，2022）。 Endo团队合成了以碳硼烷为疏水药效团的蛋白激酶C（PKC）调节剂（Endo等，1999）。蛋白激酶C可通过与佛波酯相互作用促进肿瘤生长、抑制细胞凋亡，因此该类调节剂成为潜在的抗癌候选药物（Koivunen等，2006）。碳硼烷是一类硼簇化合物（如邻-C₂B₁₀H₁₂），是药物设计中一类特殊的药效团，具有二十面体的三维结构。其多面体结构中，硼原子和碳原子之间存在离域σ键，使其具有优异的热稳定性和代谢稳定性。碳硼烷还具有独特的物理化学性质，包括高疏水性（邻碳硼烷的脂水分配系数logP约为2.5~3.5）、因B-H键导致的低极性，以及富硼结构（每个簇含10个硼原子）。这些特性使其可作为苯环的生物电子等排体，提升受体结合亲和力、脂溶性，并增强对酶解的抗性。在治疗应用中，碳硼烷是一类多功能的结构基序，例如GN26361（化合物187）利用其疏水性提升对低氧诱导因子-1的抑制活性（IC₅₀=0.74μM），化合物196则作为硼中子俘获治疗（BNCT）的硼载体，这均表明碳硼烷有望提升药物的效力和稳定性，优于传统有机类似物。 在硼中子俘获治疗中的应用方面，碳硼烷发挥着关键作用——其能将治疗剂量的¹⁰B（>20μg/g）递送至肿瘤细胞，通过中子俘获实现肿瘤细胞的选择性杀伤，同时最大限度减少对健康组织的损伤（Hawthorne，1993；Hughes，2022）。在硼中子俘获治疗中，¹⁰B吸收低能中子后触发核反应，释放高传能线密度的α粒子和锂原子核，其作用范围约为5~9微米（约一个细胞的直径），因此可将对周围健康组织的损伤降至最低。以碳硼烷为基础的硼中子俘获治疗药物已被广泛研究，其具有硼负载量高、肿瘤靶向性强和能跨生物膜的特点，成为胶质母细胞瘤、黑色素瘤和头颈部癌症临床应用的潜在候选药物。 研究人员对(-)-苯内酰胺-V8-310（76）进行结构优化，在其9位引入不同的烷基链，合成了化合物77~79（图4）。在人急性髓系白血病HL-60细胞中的结合实验显示，这些化合物的结合亲和力较强，抑制常数（Kᵢ）在1.8nM至2.0nM之间，表明其有望成为有效的蛋白激酶C调节剂。 细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）在细胞周期进程调控中发挥关键作用，同时参与转录、表观遗传、代谢和干细胞自我更新等多种细胞过程（Lim和Kaldis，2013）。抑制CDK2可重新激活分化通路，诱导急性髓系白血病细胞系发生粒细胞分化（Ying等，2018）。Zhao团队合成了具有生物活性的单环1,2-氮硼杂苯化合物，其将苯环中的两个碳原子替换为硼原子和氮原子（Zhao等，2017）。氮硼杂苯可模拟芳香烃的结构，但具有独特的极化特性，使其具备特定的反应模式。化合物80（图4）对CDK的抑制活性强效（IC₅₀=87nM），显著优于其苯环类似物（IC₅₀=320nM）；广泛的筛选实验显示，该化合物对CDK2的选择性高于CDK1（IC₅₀=460nM）。大鼠药代动力学研究表明，与苯环等排体相比，化合物80的稳定性更好、清除率更低、生物利用度更高。其吡唑酰胺片段与铰链区残基谷氨酸81（Glu81）和亮氨酸83（Leu83）形成多个氢键，同时氮硼杂苯的氨基与异亮氨酸10（Ile10）的主链羰基形成氢键，这使得化合物80与CDK2的结合亲和力提升3~4倍（图14c）。这些发现表明，化合物80是一种极具潜力的CDK2抑制剂，具有良好的药代动力学性质，值得进一步开发。 其他酶类靶点 碳酸酐酶抑制剂 碳酸酐酶（CA）家族是一类古老且系统发育多样的锌金属酶，广泛存在于几乎所有生物体内（Potter和Harris，2003）。在哺乳动物中，该家族包含16种α-碳酸酐酶同工酶和碳酸酐酶相关蛋白，可分为5种胞质型（CA I、CA II、CA III、CA VII和CA XIII）、5种膜结合型（CA IV、CA IX、CA XII、CA XIV和CA XV）、2种线粒体型（CA VA和CA VB）和1种分泌型（CA VI）。值得注意的是，CA VIII、CA X和CA XI三种同工酶因缺失催化所需的三个关键组氨酸残基，而不具备催化活性（Pastorekova等，2004；Supuran，2007）。 碳酸酐酶催化二氧化碳可逆水合生成碳酸氢根和质子，该反应是细胞内pH调控、酸碱平衡和二氧化碳转运的基础（Angeli等，2020）。该酶在多种组织中发挥关键作用，参与呼吸、消化和液体分泌等生理功能。碳酸酐酶活性失调不仅与癌症相关，还与青光眼、石骨症和神经系统疾病等多种疾病有关（Supuran，2008）。 癌症研究显示，与健康组织相比，结直肠癌、肝癌和肺癌等肿瘤中胞质型碳酸酐酶同工酶（CA I、CA II、CA III、CA XIII）的表达水平降低（Mboge等，2018）；相反，具有催化活性的CA IX和CA XII同工酶与肿瘤密切相关，在特定癌症中呈高表达，成为极具潜力的生物标志物和治疗靶点（Pastorek等，2008）。磺酰胺类抑制剂能有效结合这些同工酶，表明其可作为诊断工具和抗癌药物。设计CA IX和CA XII的选择性抑制剂，需要深入了解其分子特征、调控机制、组织分布和生理功能。Giovannuzzi团队和Singh团队的近期综述指出，含硼骨架（硼酸、苯并恶硼烷和碳硼烷）可作为新型锌结合基团，通过形成四面体B(III)-Zn(II)加合物与碳酸酐酶的Zn²⁺中心结合，模拟二氧化碳水合的过渡态（Giovannuzzi等，2023；Singh等，2025）。其可调节的路易斯酸性和可逆共价相互作用的能力，使其具有更优异的药理学性质，并能优先结合肿瘤相关同工酶（CA IX和CA XII）。 2019年，Larcher团队设计并合成了一系列含两个或三个双苯并恶硼烷基团的碳酸酐酶抑制剂（Larcher等，2019）。该研究基于对苯并恶硼烷的研究热潮——其代表药物他伐硼罗（81，AN2690）和克立硼罗（82，AN2728）已获美国食品药品监督管理局批准上市（Alterio等，2016；Nocentini等，2018）。尽管如此，双苯并恶硼烷和多苯并恶硼烷结构的研究仍相对较少（Adamczyk-Woźniak等，2015）。在该系列化合物中，以谷氨酸为核心、含两个苯并恶硼烷基团的化合物83h（图5），对肿瘤相关同工酶人碳酸酐酶XII（hCA XII）的抑制活性强效，抑制常数（Kᵢ）为89nM；同时对另一种肿瘤相关同工酶人碳酸酐酶IX（hCA IX）也具有有效抑制作用，Kᵢ为64nM。该研究表明，双苯并恶硼烷化合物对碳酸酐酶具有优异的抑制潜力。 2023年，Nocentini团队以6-叠氮苯并恶硼烷为模块化骨架，通过点击化学反应合成了一系列6-(1H-1,2,3-三唑-1-基)苯并恶硼烷化合物（Nocentini等，2023）。在计算机辅助设计和X射线晶体学的指导下，该系列化合物对hCA IX和hCA VII的抑制活性达到亚30nM级别，且具有选择性，其中化合物84（图5）被确定为先导化合物。该研究证实，该骨架可作为开发靶向肿瘤相关hCA IX的抗癌药物，以及靶向hCA VII的神经性疼痛治疗药物的潜在模板。 2020年，Dvořanová团队合成了化合物85（图5），其作为强效CA IX抑制剂，是极具潜力的抗癌候选药物（Dvořanová等，2020）。磺酰胺是经典的碳酸酐酶抑制基团，在该团队的研究系列中，化合物85（1-磺酰胺丙基-1,2-二碳-闭式-十二碳硼烷）的活性最强：其对脱靶同工酶CA II的抑制作用极弱，Kᵢ为622nM；而对CA IX的抑制效力优异，Kᵢ为0.506nM，选择性指数（CA II的Kᵢ与CA IX的Kᵢ的比值）超过1200。在12种癌症细胞系中的细胞毒性实验显示，该化合物的活性达到亚微摩尔级别；同时，化合物85处理可降低人结直肠癌HT-29细胞和HCT116细胞中CA IX的表达。此外，该化合物在小鼠体内具有良好的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）性质及药代动力学特征，包括中枢神经系统通透性，表明其有望穿过血脑屏障。晶体结构分析证实，化合物85能与CA IX特异性结合，且其磺酰胺基团与CA IX活性位点的苏氨酸198（Thr198）和锌原子发生相互作用（图14d）。 Giovannuzzi团队引入苯并恶硼宁（苯并恶硼烷的六元同系物），作为选择性碳酸酐酶抑制的新型化学骨架（Giovannuzzi等，2024a、2024b）。一系列7-芳基（硫代）脲基取代的苯并恶硼宁化合物，对肿瘤相关的hCA IX和hCA XII具有强效抑制作用（Kᵢ<65nM），其中化合物86（图5）在缺氧条件下对黑色素瘤细胞的抗增殖活性优于SLC-0111。晶体学和计算机模拟研究表明，由于硼杂环的环扩张，该类化合物具有与苯并恶硼烷不同的保守锌结合模式，这也证实苯并恶硼宁是开发抗癌碳酸酐酶抑制剂的潜在骨架。 二肽基肽酶抑制剂 二肽基肽酶（DPPs）是丝氨酸蛋白酶的一个亚类，目前已发现9种成员。其中，二肽基肽酶4（DPP4）是一种膜结合酶，可从倒数第二位为脯氨酸或丙氨酸的肽链N端切除两个氨基酸残基（Leiting等，2003）。 自分泌运动因子（ATX，NPP2）抑制剂 自分泌运动因子（又称NPP2）是一种分泌型核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶，最初在黑色素瘤细胞中被鉴定为自分泌运动因子。该酶具有溶血磷脂酶D的活性，可将溶血磷脂酰胆碱转化为溶血磷脂酸，而溶血磷脂酸是一种调控细胞增殖、迁移和存活的脂质介质。自分泌运动因子-溶血磷脂酸信号通路与血管生成、慢性炎症、纤维化疾病及肿瘤进展密切相关，这也使自分泌运动因子成为极具潜力的治疗靶点（Mills和Moolenaar，2003；Tanaka 等，2006）。然而，目前高效、高选择性的非脂质类自分泌运动因子抑制剂仍十分稀缺。 Albers 等筛选了约40000种类药小分子，发现噻唑烷二酮类化合物是选择性自分泌运动因子抑制剂（Albers 等，2010）。其中，化合物92（图6）是活性最强的化合物之一，对1 mM双对硝基苯磷酸的半抑制浓度为56 nM，对40 μM溶血磷脂酰胆碱的半抑制浓度为2.5 μM。研究人员对其进行进一步结构优化后，得到了基于硼酸结构的抑制剂HA130（化合物93），该化合物具有高选择性和代谢稳定性。小鼠体内研究显示，HA130可使血浆中溶血磷脂酸水平降低3.8倍，其硼酸基团使药物效价提升了近100倍。这些研究结果表明，基于硼酸结构的小分子有望成为高效的自分泌运动因子抑制剂。 酰基蛋白硫酯酶（APT1、APT2）抑制剂 酰基蛋白硫酯酶是一类关键酶，可催化半胱氨酸残基上硫酯键连接的脂肪酰基（如棕榈酰基）的水解，进而调控蛋白质的亚细胞定位、稳定性和生物学功能。该脱棕榈酰化过程在癌细胞中具有重要作用，酰基蛋白硫酯酶可调节参与肿瘤发生信号通路的蛋白活性，包括Ras蛋白和G蛋白偶联受体（Dekker 等，2010；Rusch 等，2011；Fhu和Ali，2021）。其中，酰基蛋白硫酯酶1和2尤为值得关注，二者的表达失调与肿瘤增殖和转移相关，是潜在的癌症生物标志物和治疗靶点。 Zimmermann 等研发了一种靶向酰基蛋白硫酯酶1和2的含硼抑制剂——化合物95（图6）（Zimmermann 等，2013）。该研究团队通过微阵列筛选技术，发现了包括化合物94-97在内的双硼酸衍生物，这类化合物具有较强的结合亲和力。其中，化合物95能有效抑制酰基蛋白硫酯酶1和2的酶活性，表现出良好的抑制常数和半抑制浓度。同时，该化合物在犬肾细胞中无细胞毒性，且在生物体系中具有良好的稳定性。上述研究结果表明，化合物95是一种高选择性、高效的酰基蛋白硫酯酶抑制剂，为靶向癌症相关信号通路的治疗提供了新的潜力。 α/β-水解酶结构域3（ABHD3）抑制剂 α/β-水解酶结构域蛋白家族是脂质代谢和信号转导的新型调控因子。研究发现，α/β-水解酶结构域3在促凋亡基因筛选中被鉴定，且在过表达肿瘤抑制因子HIC1（癌症高甲基化基因1）的乳腺癌和人骨肉瘤细胞系中呈高表达（Lord 等，2013；Bononi 等，2021）。 Tan 等利用N-甲基亚氨基二乙酸（MIDA）取代基衍生的硼酸亚胺离子，合成了靶向α/β-水解酶结构域3的含硼小分子，该取代基可提高化合物的细胞通透性（Tan 等，2017）。其中，化合物100（图6）对α/β-水解酶结构域3的抑制效价与化合物98、99相当，且因引入了氟原子，对α/β-水解酶结构域3的选择性远高于α/β-水解酶结构域10（Shah和Westwell，2007）。化合物100在体外的半抑制浓度为0.14 μM，在细胞内的半抑制浓度为0.040 μM，对多种脂肪酶具有极高的选择性，这也证实了N-甲基亚氨基二乙酸硼酸酯在研发丝氨酸水解酶选择性抑制剂方面的潜力。 二氢叶酸还原酶（DHFR）抑制剂 二氢叶酸还原酶是化疗中的关键靶点，广泛应用于抗菌、抗癌和抗寄生虫治疗（Schnell 等，2004）。该酶调控四氢叶酸的水平，而四氢叶酸是嘌呤、胸苷酸合成，DNA复制及细胞增殖所必需的物质（Nakano 等，2017）。此外，二氢叶酸还原酶在叶酸代谢中处于核心地位，抗癌药物甲氨蝶呤（101）和抗菌药物甲氧苄啶（102）均可抑制该酶的活性（Fotoohi，2004）。癌细胞中二氢叶酸还原酶的高表达，是肿瘤对甲氨蝶呤产生耐药性的重要机制。 Reynolds 等研发了一系列基于硼酸和邻位二十面体碳硼烷的抗叶酸类化合物，包括化合物103（图6），用于抑制二氢叶酸还原酶的活性（Reynolds 等，2007）。实验结果显示，化合物103在多种癌细胞系（SNB-7、DLD-1、NCI-H23、ZR-75-1、LOX IMVI、PC-3和CAKI-1）中，抑制活性比甲氨蝶呤高10-100倍；对大鼠肝脏二氢叶酸还原酶的抑制活性比甲氧苄啶高约360倍，表明其是一种高效的二氢叶酸还原酶抑制剂。晶体结构分析显示，碳硼烷复合物固定于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸二氢吡啶环上方（图14e），与谷氨酸30的氢键作用和范德华相互作用共同赋予了该化合物高效的抑制活性。 烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）抑制剂 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是细胞代谢、能量产生和信号转导中至关重要的辅因子。烟酰胺磷酸核糖转移酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸补救合成途径中的限速酶，可循环利用细胞增殖、凋亡和血管生成等过程中消耗的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Khan 等，2007；Gasparrini和Audrito，2022）。 FK866（化合物104，图6）是一种高特异性的非竞争性烟酰胺磷酸核糖转移酶抑制剂，可通过耗竭烟酰胺腺嘌呤二核苷酸诱导细胞凋亡（Hasmann和Schemainda，2003）。FK866-酶复合物的晶体结构已明确，其作用机制也得到了充分阐释（Khan 等，2006）。受FK866的启发，Lee 等研发了一系列基于碳硼烷的烟酰胺磷酸核糖转移酶小分子抑制剂（Lee 等，2012）。研究人员引入碳硼烷基团，利用其适宜的分子尺寸和疏水特性提升抑制剂的活性。其中，间位碳硼烷化合物105的活性最强，对A549、DLD1和T47D细胞系的半抑制浓度达到纳摩尔级别，效价是FK866的10倍。此外，化合物106作为化合物105的羟基衍生物，具有显著的细胞毒性，对MCF7、T47D和184A1细胞系的半抑制浓度分别为58.0 nM、12.0 nM和3.9 nM，与FK866活性相当。上述研究结果表明，基于碳硼烷结构的化合物有望成为高效的烟酰胺磷酸核糖转移酶抑制剂。 切割多聚腺苷酸化特异性因子3（CPSF3）抑制剂 切割多聚腺苷酸化特异性因子3（又称CPSF73）是一种金属β-内酰胺酶核酸内切酶，可在AAUAAA信号下游10-30个核苷酸处切割前体mRNA，进而启动多聚腺苷酸化和RNA聚合酶II的转录终止，其活性中心含有铁离子、锌离子或锰离子的混合金属离子（Huang 等，2023）。该调控机制的失调会导致基因表达异常和肿瘤发生，因此切割多聚腺苷酸化特异性因子3成为肿瘤学领域的新兴靶点（Pagani和Gandellini，2024）。 Tao 等通过对诱导型人结直肠癌细胞系的正向遗传筛选，发现切割多聚腺苷酸化特异性因子3是苯并恶硼烷类似物的分子靶点（Tao 等，2024）。先导化合物107（半抑制浓度=21 nM，图6）具有7-取代苯并恶硼烷母核结构，可通过硼-金属的可逆配位作用与切割多聚腺苷酸化特异性因子3的活性中心结合，这一结合方式与AN3661（72）和JTE-607（108）不同，且氢键作用和π-σ相互作用进一步稳定了复合物结构。抑制切割多聚腺苷酸化特异性因子3的活性可阻断前体mRNA的切割，诱导转录通读，下调管家基因的表达，最终抑制各癌症谱系细胞的增殖。该化合物的一种生物利用度优化衍生物能显著抑制异种移植瘤的生长，证实了抑制切割多聚腺苷酸化特异性因子3是可行的抗癌靶点，也表明苯并恶硼烷是研发抗癌药物的优良母核结构。 精氨酸酶（ARG）抑制剂 精氨酸酶是一种锰离子依赖性金属酶，可催化L-精氨酸水解为L-鸟氨酸和尿素，是尿素循环的最后一步关键酶（Caldwell 等，2015）。该酶存在两种同工酶：精氨酸酶1为胞质酶，在肝细胞中高表达；精氨酸酶2为线粒体酶，主要分布于肾脏。除了在肝脏的代谢功能外，精氨酸酶还是免疫功能的重要调控因子。该酶可与一氧化氮合酶竞争底物L-精氨酸，在肿瘤微环境中，髓系来源抑制性细胞、巨噬细胞和中性粒细胞中精氨酸酶的高表达会导致L-精氨酸耗竭，进而引起T细胞失能、增殖抑制和抗肿瘤免疫抑制（Czystowska-Kuzmicz 等，2019）。多种癌症中精氨酸酶的活性升高与不良临床预后相关，这也使该酶成为免疫肿瘤学领域极具潜力的治疗靶点。 Mlynarski 等通过基于结构的药物设计和前药工程化技术，研发了一种含硼精氨酸酶抑制剂AZD0011（109，图6）（Mlynarski 等，2024）。AZD0011是一种强效脯氨酸衍生硼酸精氨酸酶抑制剂（化合物110，对精氨酸酶1的半抑制浓度=7 nM）的缬氨酸前药，利用肽转运体1/2的主动转运作用，显著提升了口服生物利用度（大鼠生物利用度=59%），解决了母药通透性低的问题。该化合物被机体吸收后，经酶解水解释放出活性抑制剂，其硼酸基团可与精氨酸酶活性中心的两个锰离子螯合，稳定酶的过渡态并阻断L-精氨酸的水解。这一抑制作用可提高肿瘤微环境中L-精氨酸的水平，无论是单药治疗还是与抗程序性死亡配体1联合治疗，均能在小鼠异种移植瘤模型中抑制肿瘤生长，证实了精氨酸酶是肿瘤代谢领域的可行治疗靶点。 细胞表面与细胞外受体靶点 细胞表面与细胞外受体通过介导细胞间通讯、信号转导和肿瘤微环境相互作用，在肿瘤进展中发挥关键作用。含硼化合物可形成可逆共价加合物、提升结合亲和力、改善药代动力学性质，因此成为靶向这类受体的潜力药物。本部分将介绍靶向关键受体系统的硼基治疗药物的最新研究进展，包括趋化因子受体、表皮生长因子受体及其他新兴靶点，阐述其在癌症治疗中的应用潜力。 趋化因子受体（CXCR1/2）抑制剂 趋化因子受体1和2因在疾病病理过程中的重要作用，成为药物研发的关键靶点（Busch-Petersen，2006）。作为G蛋白偶联受体，趋化因子受体1和2通过结合CXCL1、CXCL8等配体传递细胞外信号，引发构象变化并激活下游信号通路。二者的表达失调与肿瘤发生等疾病相关（Vandercappellen 等，2008）。研究表明，抑制趋化因子受体1和/或2对黑色素瘤（Singh 等，2009）、胰腺癌（Wang 等，2013）、结直肠癌（Varney 等，2011）等多种癌症具有治疗潜力。纳瓦利辛（111）、瑞帕利辛（112）等现有趋化因子受体1/2拮抗剂，目前正被研究用于慢性阻塞性肺疾病、哮喘、银屑病等疾病的治疗。 Schuler研究团队研发了一类新型靶向趋化因子受体1和2的双重变构拮抗剂，其结构特征为烟酰胺母核连接硼酸基团（Maeda 等，2014）。该团队的先导化合物SX-517（113，图7）是首个基于硼酸结构的趋化因子受体拮抗剂，在体内表现出强效的抗炎活性，但代谢稳定性不足的问题促使研究人员对其进行进一步优化。为解决这一问题，研究人员合成了第二代抑制剂SX-576（114），通过引入三氟甲氧基基团提升了化合物的稳定性（Maeda 等，2015），使其体内暴露量、体外抑制效价和代谢稳定性均得到显著改善。化合物114在大鼠和猴肝微粒体中具有高稳定性（分别为92%和95%），大鼠药代动力学研究显示，其体内暴露量显著优于纳瓦利辛（5.40 vs 0.39 μmol·h/L）。此外，该化合物能有效抑制中性粒细胞中的钙离子内流，并在小鼠炎症模型中降低总细胞数。 后续的构效关系研究研发出第三代含硼酸的氨基嘧啶衍生物——化合物115（图7）（Schuler 等，2015）。该化合物在溶解性和药理活性上均优于SX-576（114），对趋化因子受体1和2的半抑制浓度分别为7 nM和4 nM，远低于SX-576的31 nM和21 nM。同时，化合物115在人血浆中的稳定性显著提升，24小时后仍保留62%的结构完整性，而SX-576仅保留2%。这些研究进展为研发具有更优良药理性质、用于癌症和炎症性疾病治疗的趋化因子受体1/2靶向药物奠定了重要基础。 图7 趋化因子受体（CXCR1/2）拮抗剂的化学结构 表皮生长因子受体（EGFR）抑制剂 表皮生长因子受体（又称ErbB1或HER-1）属于ErbB家族受体酪氨酸激酶，其信号通路的失调是多种癌症的特征，包括头颈部癌、肺癌、乳腺癌、膀胱癌、前列腺癌和肾癌，且常由表皮生长因子受体的过表达引起。在脑肿瘤中，表皮生长因子受体的突变可导致其组成型激活；而在胰腺癌、前列腺癌、肺癌、卵巢癌和结直肠癌中，表皮生长因子、转化生长因子-α等配体的过表达会驱动表皮生长因子受体的信号激活（Kim和Muller，1999）。1994年，Fry 等发现了基于4-苯胺基喹唑啉结构的表皮生长因子受体抑制剂PD 153035（116，图8）（Fry 等，1994）。以此为基础，研究人员研发出了吉非替尼（117，易瑞沙）（Wakeling 等，2002）、厄洛替尼（118，特罗凯）（Shepherd 等，2005）等衍生物，这类可逆结合的表皮生长因子受体激酶抑制剂已获批用于非小细胞肺癌的治疗。拉帕替尼（119）是一种双靶点抑制剂，可同时靶向表皮生长因子受体和人表皮生长因子受体2，于2007年获批用于乳腺癌的治疗（Johnston和Leary，2006；Medina和Goodin，2008）。 为解决吉非替尼或厄洛替尼治疗非小细胞肺癌患者时出现的耐药问题，Ban 等于2009年研发了硼共轭4-苯胺基喹唑啉类抑制剂（Ban 等，2009）。基于结构生物学研究发现，半胱氨酸797的巯基与厄洛替尼的6位基团空间邻近（Stamos 等，2002；Blair 等，2007），研究人员设计了这类化合物（120-126，图8）。其中，化合物124和126表现出强效的表皮生长因子受体抑制活性（1 μM浓度下抑制率分别为63%和55%），活性优于其酯类衍生物。此外，化合物122、124和126能有效抑制表皮生长因子诱导的细胞外信号调节激酶和蛋白激酶B的磷酸化，并在A431细胞中抑制表皮生长因子受体的自磷酸化。化合物126对表皮生长因子受体的抑制作用可持续5小时以上，这一特性可能源于其硼酸基团与天冬氨酸800形成的共价键，以及与半胱氨酸775、甲硫氨酸793形成的氢键作用（图14f）。上述研究结果表明，硼共轭抑制剂有望提升表皮生长因子受体靶向癌症治疗的效果。 Couto 等以厄洛替尼为基础，引入二十面体硼簇，设计并合成了富含硼的4-苯胺基喹唑啉衍生物，用于靶向表皮生长因子受体治疗胶质瘤（Couto 等，2018）。研究人员在C6胶质瘤细胞系中测试了6种杂合化合物（127a-e和128，图8），其中化合物127a和127d表现出较强的活性，对C6胶质瘤细胞的半抑制浓度分别为30 μM和44 μM，对野生型表皮生长因子受体的纳摩尔级抑制活性半抑制浓度分别为2.3 nM和296.3 nM。分子对接研究显示，活性最强的化合物127a具有3-[1,2,3]三唑基-4-苯基基团，可与ATP结合环产生疏水相互作用；其碳硼烷簇可与表皮生长因子受体催化裂隙中C螺旋的谷氨酸762和DFG基序的天冬氨酸855形成氢键（图14g）。这些结果表明，富含硼的抑制剂在胶质瘤治疗中具有良好的应用前景。 图8 表皮生长因子受体抑制剂的化学结构 嘌呤能受体调节剂 嘌呤能受体包括P2Y和P2X亚型，参与细胞增殖、分化和凋亡等多种细胞过程，因其对肿瘤生物学行为的调控作用，成为癌症研究的重要靶点（White和Burnstock，2006）。腺苷和三磷酸腺苷传统上被认为是细胞内分子，而在肿瘤微环境中二者的浓度显著升高，可通过结合特异性受体——腺苷受体（P1）和三磷酸腺苷受体（P2）调控肿瘤进展。三磷酸腺苷通过P2受体发挥双重作用，既可促进也可抑制肿瘤生长，同时还能调节免疫细胞活性和肿瘤转移（Di Virgilio，2012）。嘌呤能信号通路的复杂调控特性，使其成为研发新型癌症治疗药物的潜在靶点。 在嘌呤能受体中，P2X7受体在诱导细胞凋亡中发挥关键作用。3'-O-（4-苯甲酰苯甲酰）腺苷5'-三磷酸（129，图9）（BzATP）是一种强效的P2X7受体配体，与该受体具有高结合亲和力，是受体研究中的重要工具药（Young 等，2007）。除天然配体外，模拟腺苷结构的合成激动剂、拮抗剂以及非核苷类结构的调节剂，被广泛应用于嘌呤能受体的研究和药物研发。近期研究探索了引入碳硼烷衍生物的腺苷类似物，用于增强对P1受体的调控，拓展了嘌呤能受体靶向治疗的研究范围。 腺苷（130）及其衍生物2'-脱氧腺苷（131）是经典的P2X7受体激动剂。Olejniczak 等合成了碳硼烷修饰的腺苷衍生物（化合物132，图9），将亲脂性碳硼烷药效团引入腺苷的8位（Olejniczak 等，2007）。该化合物的激动活性显著高于腺苷（130）和2'-脱氧腺苷（131），是碳硼烷衍生物用于增强P2X7受体激活的开创性研究。这一研究证实，硼基结构修饰在优化嘌呤能受体靶向癌症治疗药物方面具有巨大潜力。 图9 嘌呤能受体调节剂的化学结构 ABCG2转运体抑制剂 ABCG2（三磷酸腺苷结合盒G亚家族2蛋白，也被称为乳腺癌耐药蛋白BCRP）是一种ATP结合盒外排转运体，可将多种外源性物质、营养物质及化疗药物排出细胞，对胎盘、肠道、肝脏和血脑屏障等屏障组织起到保护作用（Westover和Li，2015年）。然而，其在肿瘤细胞中的过表达会导致细胞对细胞毒性药物、酪氨酸激酶抑制剂等靶向药物，以及硼二吡咯亚甲基-金属偶联物等光动力治疗用光敏剂产生多药耐药性（MDR）（Kikani 等，2025年），这与患者预后不良、治疗效果降低密切相关。 Stockmann团队研发的2-碳硼烷基喹唑啉衍生物是该领域的一项重要进展，这类化合物将喹唑啉-4-胺药效团核心与闭式碳硼烷簇结合，增强了脂溶性、代谢稳定性，以及与ABCG2跨膜口袋的结合亲和力（Stockmann 等，2023年）。化合物133（图9）在喹唑啉骨架的2位带有间碳硼烷簇，作为一种高效、无毒性的人源ABCG2抑制剂，能有效逆转MDCKII-hABCG2细胞的多药耐药性——1 μM浓度下可使米托蒽醌的IC₅₀提升5.4倍，效果与Ko143相当。该化合物的活性源于碳硼烷簇与ABCG2结合口袋之间的疏水相互作用（分子对接计算的结合自由能ΔG=-9.5 kcal/mol），其活性优于氮碳硼烷区域异构体，也证实了2-碳硼烷基喹唑啉类化合物是极具潜力的硼杂化化疗药物研发平台。 Fms样酪氨酸激酶3（FLT3）抑制剂 FLT3（Fms样酪氨酸激酶3）是III类受体酪氨酸激酶，调控造血干/祖细胞的存活、增殖与分化（Song 等，2025年；Rataj 等，2025年）。其结构包含5个细胞外免疫球蛋白样结构域、1个跨膜区、1个近膜段，以及由激酶插入区分隔的2个胞内酪氨酸激酶结构域。配体诱导的二聚化会触发其自身磷酸化，并激活RAS/MAPK、PI3K/AKT和STAT5信号通路。激活突变（最常见的为内部串联重复突变FLT3-ITD或酪氨酸激酶结构域内的点突变）会导致FLT3发生不依赖配体的组成型激活，进而在30%~40%的急性髓系白血病（AML）病例中驱动白血病发生。 Introvigne团队通过对自主构建的结构多样的硼酸化合物库进行筛选，研发出α-三唑基硼酸类化合物，作为一类新型FLT3抑制剂（Introvigne 等，2024年）。这类化合物在FLT3-ITD驱动的MV-4-11和MOLM-14白血病细胞中表现出低微摩尔级的抑制活性和较强的细胞效价，其中化合物135（图9）的活性最强（在MOLM-14细胞中IC₅₀=0.68 μM）。该类化合物在野生型FLT3的HL-60对照细胞中无活性，证实了其靶点选择性。分子对接研究表明，该类化合物与奎扎替尼（136）在FLT3激酶结构域中的结合模式一致：硼酸母核与保守的Lys644-Glu661盐桥形成氢键，并与Phe691和Phe830发生π-堆积相互作用，这支持了其可逆共价结合的作用机制。上述研究结果证实，α-三唑基硼酸类化合物是新型的硼基FLT3抑制骨架，也凸显了可逆共价化学在克服AML治疗耐药性中的潜力。 乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂 乙酰胆碱酯酶（AChE）是一种丝氨酸水解酶，其活性位点内的高效催化三联体（丝氨酸-组氨酸-谷氨酸）可将乙酰胆碱裂解为乙酸和胆碱，从而快速终止胆碱能信号传导（Quinn，1987年）。乙酰胆碱酯酶主要定位于神经肌肉接头、胆碱能突触和红细胞膜，同时也在非神经组织中表达，调控细胞凋亡、增殖和黏附过程（Soreq和Seidman，2021年）。近期，Ahmed团队研究发现，乳腺癌、结直肠癌和血液系统恶性肿瘤等多种癌症中，乙酰胆碱酯酶的活性显著降低（癌症组平均活性为53.4%，对照组为93.8%），这与氧化应激和凋亡小体形成障碍相关（Ahmed 等，2024年）。该发现表明，乙酰胆碱酯酶的下调可能促进肿瘤细胞存活，这也使其成为兼具抑瘤作用的酶和癌症诊断生物标志物。 基于此，Onder团队研发出硼基乙酰胆碱酯酶抑制剂，作为同时治疗阿尔茨海默病和癌症的双效药物（Onder 等，2025年）。姜黄素类化合物137（图9）表现出高效的乙酰胆碱酯酶抑制活性（IC₅₀=23 nM，优于多奈哌齐的28 nM），同时对乳腺癌细胞系具有中等细胞毒性（对MCF-7和BT20细胞的IC₅₀分别为41 μM和42 μM）。分子动力学（MD）模拟显示，该化合物可与乙酰胆碱酯酶活性位点稳定结合，并与Tyr124、Tyr337和Trp86形成关键相互作用。MM/GBSA计算进一步证实，其结合自由能（-88.89 kcal/mol）优于姜黄素（-67.87 kcal/mol）和他克林（-56.67 kcal/mol），凸显了硼母核对提升结合亲和力和稳定性的作用。上述结果表明，该化合物是研发多靶点治疗药物的潜在先导化合物。 核受体靶点 核受体是配体激活的转录因子，调控细胞增殖、分化和凋亡等关键细胞过程的基因表达，因此成为癌症治疗中的重要靶点。这类受体定位于细胞质或细胞核内，可响应雌激素、维生素等内源性配体，进而影响肿瘤的发生和发展。含硼分子已被证实是新型的核受体调节剂，其能提升结合亲和力、改善药代动力学性质，并克服传统治疗的耐药性。本部分将探讨靶向关键核受体的硼基治疗药物研究进展，包括雌激素受体（ER）、雄激素受体（AR）和视黄酸受体，阐述其在肿瘤学中的应用潜力。 雌激素受体（ER）调节剂 雌激素受体（ER）是癌症治疗的核心靶点，尤其在乳腺癌中，约三分之二的病例存在ER过表达（Ariazi 等，2006年）。雌激素受体分为ERα和ERβ两种亚型，分别由ESR1和ESR2基因编码（Clusan 等，2023年）。ERα驱动ER阳性乳腺癌的细胞增殖，也是ER拮抗剂的作用靶点；而ERβ的作用尚不明确，常与ER阴性肿瘤相关（Matthews，2003年）。雌激素与ERα或ERβ结合后会诱导受体二聚化并发生核转位，随后受体与雌激素反应元件（ERE）相互作用调控基因表达（Klinge，2001年）。该过程会调控细胞周期进程、细胞凋亡、DNA修复和血管生成，进而促进激素依赖性癌症的细胞增殖和存活（Chimento 等，2022年）。 图10 雌激素受体（ER）配体的结构 ER阳性乳腺癌的治疗核心是阻断ER信号通路。选择性雌激素受体调节剂（SERM）如他莫昔芬（138，图10）可竞争性抑制雌激素与受体的结合（Dhingra，1999年）；而选择性雌激素受体降解剂（SERD）如氟维司群（140）既能阻断雌激素结合，又能诱导ER降解（Hernando 等，2021年）。这类治疗药物显著改善了激素依赖性乳腺癌患者的预后：他莫昔芬具有口服生物利用度，而氟维司群因口服效价低，需肌内注射给药，且250 mg每月一次的剂量下需超3个月才能达到稳态血药浓度，其临床应用因此受限（Lai 等，2015年；Nathan和Schmid，2017年）。 为解决氟维司群的上述局限性，刘课题组合成了ZB716（141，图10）——一种在C3位引入硼酸母核的口服生物利用型SERD（Liu 等，2016年）。该结构修饰以硼酸取代了氟维司群C3位的羟基，可抑制葡萄糖醛酸化和硫酸化代谢，同时通过与糖类和糖蛋白形成可逆复合物提升稳定性（Yang 等，2003年；Ellis 等，2012年）。在T47D-kb-Luc细胞中，ZB716的抗雌激素效价与氟维司群相当（IC₅₀分别为4.1 nM和4.8 nM），并对他莫昔芬耐药的T47D/PKCα和MCF-7/TamR细胞表现出显著的抗增殖作用（IC₅₀分别为69 nM和37 nM，氟维司群则为44 nM和42 nM）。ZB716具有更优的生物利用度和更长的半衰期，是治疗激素依赖性癌症极具潜力的口服替代药物。 在ZB716的基础上，研究人员以GW7604（142）为母核，合成了另一款SERD药物GLL398（144，图10）（Liu 等，2017年）。GW7604是一种改良型非甾体类SERD，通过引入羟基基团，其活性优于前体化合物GW5638（143）（Bentrem 等，2001年），但因代谢相关问题，其研发进程被迫暂停（Lai 等，2015年）。为解决该问题，刘课题组将GW7604的羟基替换为硼酸母核，在阻断II相代谢的同时保留其药理活性。化合物144对ERα的结合亲和力较化合物142提升近10倍，且在MCF-7细胞和他莫昔芬耐药的MCF-7/TamR细胞中表现出相当的抗增殖作用（Zhou 等，2012年）。蛋白质免疫印迹分析证实，化合物144可呈剂量依赖性下调ERα表达，且活性略强于对照药物。大鼠药代动力学研究显示，化合物144的口服生物利用度显著提升：给药1小时后血药浓度达峰，峰值为3.51 μg/mL；而化合物142给药3小时后达峰，峰值仅为0.27 μg/mL。 2001年，远藤课题组研发出含碳硼烷的ER激动剂（化合物145a-g，图10），这类非甾体类调节剂结构简化，无碳手性中心（Endo 等，2001年）。其中，化合物145c（BE120）在体外的ER转录激活活性比17β-雌二醇高1.5~2倍，荧光素酶报告基因实验证实了其对ERα的结合亲和力。该化合物的优异活性凸显了碳硼烷笼在增强受体相互作用中的作用。 已有多项研究解析了ERα-配体复合物的三维结构，如他莫昔芬（138）、雷洛昔芬（147）与人源ERα配体结合域（hERαLBD）的复合物结构（Liu 等，2002年；Pearce 等，2003年）。基于此，远藤课题组研发出带有邻碳硼烷和间碳硼烷骨架的非甾体类ER拮抗剂（化合物148~152，图10），其芳香核的对位或间位带有羟基基团（Endo 等，2003年）。所有化合物均能拮抗17β-雌二醇的作用，其中化合物150和152在1 μM浓度下几乎能完全抑制其转录反应；BE262（148）及双（羟苯基）-邻碳硼烷类化合物（149和151）呈剂量依赖性的拮抗作用，但效价相对较低。 2021年，Sedlák团队为硼中子俘获治疗（BNCT）研发出ERβ选择性激动剂（化合物153~155，图10），对碳硼烷核心的对位进行了结构修饰（Sedlák 等，2021年）。这类化合物对ERβ的选择性提升，对ERβ的结合亲和力（Kd分别为32 nM、30 nM和29 nM）高于ERα（Kd分别为191 nM、173 nM和513 nM）；其中化合物155对ERβ的选择性达296倍（对ERα的EC₅₀为18061 nM，对ERβ的EC₅₀为61 nM）。该化合物对其他17种核受体均无活性，且与化合物153、154一样，对9种细胞色素P450（CYP450）同工酶无抑制作用，表明其脱靶作用极小。上述发现证实，碳硼烷类化合物是高特异性的ERβ选择性激动剂，适用于硼中子俘获治疗和靶向癌症治疗。 雄激素受体（AR）拮抗剂 雄激素受体（AR）是一种核受体和转录因子，对雄性生殖系统的发育和维持至关重要，同时调控前列腺生长、体毛生成、痤疮发生以及肌肉和骨骼发育（Cooke 等，1991年）。AR在前列腺癌的发生和发展中起关键作用，即使在雄激素非依赖或激素难治性阶段，其仍保持活性（Heinlein和Chang，2004年）。流行病学研究显示，约80%~90%的前列腺癌初诊时为雄激素依赖性，这也推动了降低血清雄激素水平或抑制AR活性的内分泌治疗发展（Denis和Griffiths，2000年）。然而，AR的配体特异性突变会使其在抗雄激素药物或其他激素作用下仍能激活，进而驱动癌症进展并产生治疗耐药性。上述因素凸显了AR在前列腺癌和雄激素依赖性疾病中的重要性，也使其成为重要的治疗靶点。 图11 雄激素受体（AR）配体的结构 内源性AR激动剂（图11）如睾酮（156）和5α-二氢睾酮（157，DHT）可用于治疗再生障碍性贫血等疾病；而AR拮抗剂则是治疗雄激素信号依赖性疾病的关键药物（Zhi和Martinborough，2001年）。醋酸环丙孕酮（158，色普龙，图11）与睾酮结构相似，可用于治疗转移性前列腺癌，但因对类固醇受体具有广谱活性，会产生副作用（Thorpe 等，1996年）。非甾体类AR拮抗剂（图11）如氟他胺（159，氟利坦）、羟基氟他胺（160）和R-比卡鲁胺（161，康士得）安全性更高，是临床首选药物（Kaisary，1994年）。 藤井团队研发出含碳硼烷的AR配体化合物162（图11），用于治疗雄激素依赖性疾病（Fujii 等，2005b）。该化合物摒弃了色普龙（158）等药物的类固醇骨架，以碳硼烷为核心，同时保留了与睾酮（156）相似的环己酮母核。结合实验显示，10 μM浓度的化合物162可将4 nM [³H]标记的二氢睾酮（[³H]DHT）的结合率抑制81%；且其能呈剂量依赖性抑制DHT诱导的转录反应，活性与氟他胺（159）相当。在睾酮刺激的SC-3细胞中，化合物162的增殖抑制活性与羟基氟他胺（160）相近，竞争结合实验证实了二者相当的结合亲和力。化合物162的碳硼烷母核可嵌入AR配体结合口袋的疏水区域，这是其活性提升的重要原因。 在上述研究基础上，研究人员合成了一系列碳硼烷衍生物（图11），以氰苯基和硝基苯基取代了环己烯酮基团（Fujii 等，2005a；Ohta 等，2008年）。其中，BA321（163）和BA341（164）的活性最强，构效关系（SAR）研究显示，间位取代的硝基和氰基衍生物活性优于对位取代物。转录实验表明，化合物163和164的拮抗效价较羟基氟他胺（160）提升超10倍，凸显了碳硼烷母核的结构优势。 后藤团队研发出带有硝基或氰基取代基的苄基型碳硼烷衍生物（化合物165~167，图11）（Goto 等，2005年），这类化合物能呈剂量依赖性抑制0.1 nM DHT（157）诱导的转录反应。带有对位碳硼烷笼和羟甲基的衍生物，其AR拮抗活性强于间碳硼烷衍生物；化合物165、166、167的IC₅₀分别为0.96 nM、0.85 nM和0.83 nM，与氟他胺（159，IC₅₀=0.63 nM）接近，证实了其优异的竞争活性。 近期，该团队研发出BA612（168）和BA632（169）作为AR拮抗剂，利用碳硼烷笼与AR配体结合域（hARLBD）残基（Met895和Phe876）之间的空间位阻发挥作用（Goto 等，2010年）。通过在乙醇基团上延伸对氟苯环，该类化合物在AR转录激活实验中的IC₅₀达1.3 μM。细胞增殖抑制实验显示，化合物168对SC-3和LNCaP细胞的GI₅₀分别为0.26 μM和0.42 μM，化合物169则分别为0.28 μM和0.38 μM。体积较大的碳硼烷骨架可能破坏AR配体结合域的12号螺旋，进而增强拮抗作用。因此，化合物168和169是潜在的完全AR拮抗剂，有望用于治疗抗雄激素撤退综合征。 视黄酸受体（RAR）和视黄醇X受体（RXR） 视黄酸受体（RAR）和视黄醇X受体（RXR）在调控细胞生长、分化、存活和凋亡中起关键作用，二者结合配体后形成RAR-RXR异二聚体，进而调控关键信号通路（Mey，2017年）。视黄醇类化合物是维生素A的衍生物，可通过抑制肿瘤生长、促进细胞分化发挥抗癌作用，在癌症预防和治疗中具有潜力（Tang和Gudas，2011年）。RAR和RXR均分为α、β、γ三种亚型，可结合全反式视黄酸（170）、9-顺式视黄酸（171）等内源性配体（图12）。AM80（172）等RAR激动剂可激活RAR-RXR异二聚体，而PA024（173）等RXR激动剂即使在低浓度下也能增强其激活效果；与之相反，RXR选择性拮抗剂PA452（174）为基因调控和治疗应用研究提供了重要依据（Kagechika和Shudo，2005年）。 图12 视黄酸受体和视黄醇X受体调节剂的结构 大田团队在高效RAR激动剂BR503（177，图12）的基础上，合成了引入碳硼烷疏水母核的新型RXR拮抗剂（Ohta 等，2004年）。通过对DA010（175）进行系统的构效关系研究（Ohta 等，1998年），研究人员发现DA113（176）是一种RXR特异性激动剂，并得出结论：RAR配体倾向于平面结构，而RXR配体则更偏好扭曲构象。基于该发现，研究人员研发出化合物178和179系列作为RXR调节剂（图12）。在HL-60细胞中，除无活性的化合物178e外，其余化合物均能呈剂量依赖性抑制AM80（172）和PA024（173）诱导的细胞分化；转录激活实验证实，这类化合物是RAR-RXR异二聚体中的RXR拮抗剂。其中化合物179b的活性最强，可选择性抑制RARβ和RXR的活性，而不影响AM80对RARα和RARγ的激活，表明178和179系列化合物能有效阻断RXR激动剂在RAR-RXR异二聚体中的协同作用。 其他分子靶点 除酶类和受体类靶点外，含硼化合物还能作用于多种与癌症进展相关的非酶、非受体分子靶点。这类靶点通常发挥结构或调控功能，影响肿瘤细胞分裂、存活、炎症反应和成像潜力。本部分将探讨靶向微管蛋白聚合、缺氧诱导因子（HIF）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）和转运蛋白（TSPO）的硼基调节剂，全面阐述其在肿瘤学中的作用。 微管蛋白 微管是细胞骨架的重要组成部分，由α-微管蛋白和β-微管蛋白异二聚体形成的长丝状结构，在维持细胞形态、介导细胞内运输、参与信号通路和调控细胞分裂（尤其是有丝分裂）中起核心作用（Katsetos和Draber，2012年）。由于其在细胞分裂中的关键作用，微管成为抗癌药物的重要靶点。抗有丝分裂药物（图13）如考布他汀A-4（180）、紫杉醇（181）、秋水仙碱（182）和诺考达唑（183），可通过结合微管蛋白的不同位点破坏微管动力学，因此具有良好的抗癌疗效（Čermák 等，2020年）。其中，考布他汀A-4可使微管解聚，诱导细胞骨架改变，进而增强血管通透性、破坏肿瘤血供（West和Price，2004年）。 基于此，中村团队合成了考布他汀A-4衍生物（化合物184~188，图13），以硼酸母核取代其羟基，同时保留顺式二苯乙烯结构（Nakamura 等，2006年）。研究人员通过B-16小鼠黑色素瘤细胞和1-87人肺癌细胞系的IC₅₀值评估其活性，其中化合物186和187的活性最强，效价达纳摩尔级：化合物186对B-16和1-87细胞的IC₅₀分别为6.3 nM和13 nM，化合物187则分别为19 nM和28 nM。与之相反，以羧酸基团模拟硼酸的化合物188活性显著降低，IC₅₀达110 μM。此外，化合物186和187能显著抑制微管蛋白聚合，而化合物184、185和188则无明显抑制作用。上述发现表明，将硼酸母核作为结构修饰基团，是研发靶向微管的抗癌药物的有效策略。 缺氧诱导因子（HIF） 缺氧是指细胞内氧供不足的状态，会威胁细胞和机体的存活。缺氧诱导因子（HIF）是介导细胞缺氧适应性反应的核心分子，由氧敏感的α亚基（HIF-1α、HIF-2α或HIF-3α）和β亚基（芳香烃受体核转位蛋白ARNT）组成。常氧条件下，脯氨酰羟化酶会对HIF-α进行羟化修饰，使其通过VHL介导的泛素-蛋白酶体途径降解（Maxwell 等，1999年）；而在肿瘤缺氧微环境中，HIF-α会稳定存在并激活下游基因，驱动血管生成、代谢重编程和细胞存活，进而促进癌症进展和治疗耐药性（Semenza，2003年）。冯·希佩尔-林道（VHL）蛋白是E3泛素连接酶的关键组分，在调控HIF水平中起核心作用。VHL基因突变会导致其功能丧失，使HIF持续激活，进而引发VHL病和肾细胞癌（RCC）（Tsuji 等，2000年；Raval 等，2005年）。HIF的异常激活会加速肿瘤生长，因此HIF信号通路成为重要的治疗靶点，尤其适用于氧感知机制异常的癌症。 近期研究已研发出多种HIF-1抑制剂（图13），包括拓扑替康（189）、PX-478（190）、AC1-001（191）和AC1-004（192）。元团队研发的AC1系列化合物带有芳氧基乙酰氨基苯甲酸和苯并咪唑母核，表现出显著的HIF-1抑制活性（Won 等，2009年）。清水团队以AC1-001（191）为母核，合成了一系列苯氧乙酰胺硼酸衍生物（化合物193198，图13）作为HIF-1α抑制剂（Shimizu 等，2010年）。研究人员以AC1-001为参照，评估了该类化合物对缺氧诱导的HIF-1转录活性的抑制作用，并测定了其在HeLa细胞中的GI₅₀值。结果显示，化合物193ac和194ac的活性极低（IC₅₀>90 μM），而化合物193de、194d~e、195和196的对位带有大体积取代基，活性显著提升，其中化合物195和196的IC₅₀与AC1-001（3.1 μM）相当。值得注意的是，含碳硼烷的化合物197和198抑制活性显著，IC₅₀分别为1.7 μM和0.74 μM；其中GN26361（198）在HeLa细胞中的GI₅₀为16.2 μM，能呈剂量依赖性显著降低HIF-1α水平，且不影响HIF-1β的表达，凸显了硼元素在优化HIF-1α抑制活性中的优势。 肿瘤坏死因子α（TNF-α） 肿瘤坏死因子α（TNF-α）是炎症和细胞存活（包括凋亡）通路中的关键蛋白，可通过多种机制促进肿瘤生长，尤其是通过与邻近细胞的自分泌作用，增加基因组损伤并提高恶性或癌前细胞的存活率（Szlosarek 等，2006年）。TNF-α的表达还能诱导细胞因子和趋化因子的产生，进而触发血管生成，促进癌症进展。因此，抑制TNF-α成为抑制肿瘤生长和相关疾病的潜在策略（Miyachi 等，1997年）。 邻苯二甲酰亚胺类化合物可通过抑制TNF-α的产生发挥调控作用，成为癌症治疗的潜在候选药物（Szlosarek 等，2006年）。辻团队研发出多种邻苯二甲酰亚胺类化合物（图13），包括N-苯基邻苯二甲酰亚胺类化合物、金刚烷基取代的邻苯二甲酰亚胺（化合物202）以及碳硼烷衍生物（化合物203和204）（Tsuji 等，2000年）。研究人员进一步分析了化合物199和204的TNF-α抑制活性，发现化合物204的活性较199~203提升100倍。这一显著提升表明，在现有化合物中引入碳硼烷结构可大幅增强治疗活性，也凸显了其在TNF-α相关疾病临床治疗中的潜力。 转运蛋白（外周苯二氮䓬受体，TSPO，PBR） 转运蛋白（TSPO）最初被称为外周型苯二氮䓬受体（PBR），1977年因在中枢神经系统的γ-氨基丁酸A型（GABA_A）受体外与地西泮具有结合亲和力而被发现（Braestrup 等，1977年）。该蛋白由169个氨基酸组成，主要定位于线粒体外膜，调控类固醇生成、细胞增殖（正常细胞和癌细胞）和细胞凋亡。其结构包含5个α-螺旋跨膜结构域，可与线粒体通透性转换孔（MPTP）相关蛋白相互作用，调控细胞凋亡和坏死通路（Papadopoulos 等，2006年）。TSPO可结合胆固醇、卟啉、地西泮结合抑制剂等内源性配体，与苯二氮䓬类化合物也具有中等结合亲和力，同时还能与异喹啉甲酰胺、吡唑并嘧啶等多种合成配体相互作用。基因敲除实验（Tspo⁻/⁻）证实，TSPO对细胞内环境稳态、线粒体功能和细胞死亡调控至关重要（Fan 等，2015年）。上述发现表明，TSPO配体有望成为治疗对传统化疗耐药的晚期转移性癌症的新型药物（Austin 等，2013年）。 卡佩利团队为硼中子俘获治疗（BNCT）研发出碳硼烷偶联的2-喹啉甲酰胺类TSPO配体，充分利用了碳硼烷的独特性质（Cappelli 等，2010年）。研究人员以高亲和力TSPO配体PK11195（205，图13）为母核，合成了一系列衍生物，包括含碳硼烷的化合物207和氟取代的化合物208，二者的IC₅₀分别为73 nM和0.11 nM。化合物207的硼递送效率优异，成为硼中子俘获治疗的重点研发候选药物。研究人员还检测了化合物209等衍生物在结直肠癌和乳腺癌细胞中的细胞内硼摄取量，结果显示，培养基中仅需8 ppm的化合物207即可实现高效的硼富集，而常用的硼苯丙氨酸（BPA）则需要40 ppm（Barth 等，2024年）。化合物207和209均毒性低，且能在肿瘤细胞中有效富集硼元素；尽管化合物209的TSPO结合亲和力略有降低，但其细胞毒性更低，且可作为¹⁹F磁共振成像（MRI）试剂，使其在体内硼中子俘获治疗研究中更具优势。 图13 靶向其他靶点的含硼配体结构（微管蛋白、HIF、TNF-α及TSPO） 图14 A 化合物41与蛋白酶体β5亚基活性位点的结合模式：硼酸与Thr1的羟基形成四面体加合物，并通过与Arg19、Thr21、Lys33、Gly47和Ala49的氢键（黄色虚线标注）稳定结合（转载自Shi 等，2016年，版权归2016年爱思唯尔有限公司所有）；B 化合物58与DYRK1A的结合模式：硼酸母核介导其与Lys188、Leu241和Glu239形成氢键（绿色虚线标注），并与Val173、Leu294和Val306发生π-烷基相互作用（粉色虚线标注）（Hiller 等，2018年）；C 化合物80与CDK2的ATP结合口袋的结合模式：与Glu81、Leu83和Ile10形成氢键（绿色虚线标注）（Zhao 等，2017年）；D 化合物85与碳酸酐酶IX（CA IX）活性位点的结合结构：磺酰胺母核与Zn²⁺和Thr198配位，碳硼烷则嵌入由Val121和Leu197构成的疏水口袋（Dvořanová 等，2020年）；E 化合物103与人源二氢叶酸还原酶（hDHFR）的结合模式：二氨基嘧啶母核与Glu30形成氢键（绿色虚线标注）（Reynolds 等，2007年）；F 化合物126与EGFR激酶结构域的结合模式：与Cys775、Thr790和Met793形成氢键（点线标注）（Ban 等，2009年）；G 化合物127a与EGFR的结合模式（橙色：ATP结合环；绿色：Cα螺旋；紫色：DFG基序；红色：催化环）：与Glu762、Asp855和Thr854形成多个氢键相互作用（转载自Couto 等，2018年，版权归2018年威利-维克希出版集团所有） 硼基药物的临床局限性、挑战与未来发展方向 硼基治疗药物凭借其高效性、可逆结合性和结构多样性，成为一类极具潜力的抗癌药物，硼替佐米（化合物1）在多发性骨髓瘤（MM）治疗中的成功就是典型例证。然而，其临床应用仍受耐药机制、脱靶效应等诸多局限性制约，同时还面临着研发层面的诸多挑战，需逐一解决才能充分发挥其在肿瘤学中的应用潜力。 临床局限性 耐药机制是硼基药物临床应用的关键障碍，尤其是以硼替佐米为代表的蛋白酶体抑制剂，其是多发性骨髓瘤治疗的基石药物。临床耐药的主要原因是蛋白酶体β5亚基的突变（如PSMB5 G322A），该突变会破坏硼替佐米与催化性Thr1残基的可逆共价结合，导致其效价降低（Lü和Wang，2013年）。P-糖蛋白（P-gp）等外排泵的上调会加速药物清除，而NRF2介导的氧化应激反应等代偿通路则会进一步降低复发/难治性多发性骨髓瘤患者的治疗效果。伊沙佐米（化合物3）、地兰佐米（化合物4）等新一代抑制剂虽改善了药代动力学性质和耐受性，但在耐药患者群体中的疗效仍有限（Teicher和Tomaszewski，2015年）。 脱靶效应进一步限制了硼基药物的临床应用，这主要由硼元素的广谱反应性导致。硼替佐米引发的周围神经病变是剂量限制性毒性，其原因是硼替佐米对丝氨酸蛋白酶的脱靶抑制和线粒体损伤，而健康细胞中蛋白酶体的非选择性激活会加剧该毒性（Argyriou 等，2008年）。同样，二肽基肽酶（DPP）抑制剂他拉波替（化合物90）因对DPP同工酶的非特异性抑制，引发细胞因子风暴样毒性，其III期临床试验因此终止（Eager 等，2009年）。上述案例表明，硼元素的亲电性虽能实现靶点结合，但也可能引发不良反应，缩小治疗窗。 研发挑战 硼元素曾因被认为具有毒性和不稳定性而被忽视，而硼替佐米的成功应用推动了其在肿瘤学领域的研究热潮。作为路易斯酸的硼酸，以及具有多硼结构的碳硼烷，能作用于多种肿瘤相关靶点，包括适用于硼中子俘获治疗的靶点（Hawthorne，1993年；Hughes，2022年；Barth 等，2024年）。值得关注的是，António团队近期强调，硼酸的动态和刺激响应型配位化学可被巧妙利用，设计出对肿瘤相关刺激（如pH、谷胱甘肽、活性氧）响应的功能性药物偶联物，从而最大限度降低脱靶毒性，提升硼基治疗药物的精准性（António 等，2025年）。尽管如此，硼基药物的研发仍面临以下挑战： 1.合成与优化难度大：设计具有最优药理性质的硼基化合物过程复杂，需开发可规模化、低成本的合成路线，才能将实验室研究成果转化为临床应用； 2.靶向选择性与脱靶效应：需通过深入的构效关系研究和分子对接模拟优化结合亲和力，实现肿瘤特异性靶向，同时最大限度降低脱靶效应； 3.药代动力学与毒性特征：尽管硼基药物在体外和体内实验中表现出良好效果，但其药代动力学稳定性、生物利用度和毒性特征仍需通过药物吸收、分布、代谢和排泄（ADME）优化进一步改善； 4.与新兴技术的整合：将硼基化合物与免疫治疗、脂质纳米粒（LNP）递送系统等创新治疗手段结合，或能提升其疗效和特异性，利用这种协同作用有望改善治疗效果。 通过创新策略可缓解上述局限性：例如化合物43是高选择性抑制剂，对蛋白酶体的胰凝乳蛋白酶样活性具有高特异性（在MDA-MB-231细胞中IC₅₀=7 nM），在保持效价的同时降低了脱靶效应；联合治疗可提升耐药模型中的疗效，硼替佐米的临床前研究已证实了这一点（Chauhan 等，2011年）。通过跨学科研究解决这些挑战，硼基治疗药物有望发展为更安全、高效的治疗手段，推动肿瘤学治疗的变革（图14）。 硼基治疗药物在肿瘤学中的未来发展，取决于当前挑战的解决和新兴机遇的把握。化学设计、递送系统和治疗联合方案的进步，有望扩大其临床应用范围。通过持续探索这些方向，硼基药物有望突破现有制约，成为精准、高效、多功能的癌症治疗方案。化学、药理学和临床科学的跨学科合作，是将这些创新转化为变革性癌症治疗手段的关键，也将奠定硼元素在肿瘤学未来发展中的核心地位。 实用指导要点 药物化学家实践要点 Ø调控硼元素的解离常数pKa（7~9），平衡可逆共价结合能力与血浆稳定性； Ø优先在硼酸或苯并氧硼杂环戊烷骨架上引入大体积疏水取代基，提升选择性并降低脱靶毒性； Ø采用柠檬酸盐或环状硼酸酯前药策略，掩蔽B(OH)₂基团，延长药物半衰期； Ø利用1,2-氮硼杂苯和碳硼烷生物电子等排体，增强与铰链区的结合或提升疏水口袋占有率； Ø将硼元素与亲电弹头结合，实现药物驻留时间的调控和双重反应性； Ø引入富杂原子连接基或脯氨酸骨架，最大限度降低氧化或水解降解； Ø整合基于人工智能/机器学习的理化性质预测技术，并参考补充表S3进行全新骨架设计。 临床医生实践要点 Ø关键疗效终点：无进展生存期、缓解持续时间和肿瘤组织¹⁰B摄取量（>20 μg/g）； Ø剂量限制性毒性：周围神经病变（蛋白酶体抑制剂）、轻度肝酶升高（核受体靶向药物）、黏膜炎/血细胞减少（硼中子俘获治疗药物）； Ø药物相互作用（DDI）：使用硼替佐米/伊沙佐米时，需监测CYP3A4和P-糖蛋白活性；碳硼烷类药物的细胞色素P450代谢作用微弱； Ø制剂与患者依从性：口服硼基前药可提升患者依从性，降低不良反应； Ø临床试验设计重点：将蛋白酶体抑制率>80%作为药效学标志物；在硼中子俘获治疗试验中整合正电子发射断层扫描（PET）/电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）硼定量技术；采用口服-静脉给药桥接方案，并与免疫治疗或内分泌治疗联合； Ø监管前景：依托已获批硼基药物的研究基础，为难治性肿瘤的硼基药物研发争取快速审批通道。 结论 硼基化合物已成为药物化学领域的变革性力量，其独特的化学性质为研发创新治疗药物提供了支撑。硼基化合物能形成可逆共价键并选择性结合生物分子靶点，这一独特能力使其成为研发癌症相关关键蛋白高效抑制剂的理想选择，靶点涵盖胞内酶、细胞表面受体、核激素受体和其他分子靶点。本综述详细阐述了硼基治疗药物如何解决传统抗癌药物的耐药性、生物利用度不佳、脱靶效应等关键局限性。这些研究进展凸显了硼元素在提升药物效价、选择性和药代动力学性质中的作用，前药策略和生物电子等排体设计就是典型例证。 除直接的治疗应用外，硼化学在癌症诊断和诊疗一体化中的应用也日益重要。以碳硼烷类药物为基础的硼中子俘获治疗（BNCT）就是典型代表，为胶质母细胞瘤等癌症提供了肿瘤选择性治疗方案；而富硼化合物则能提升成像和治疗监测的效果。这些创新成果实现了治疗与诊断的结合，推动了精准肿瘤学的发展。 本综述以治疗靶点为分类依据，系统梳理了硼基药物的研究进展，明确了其构效关系和作用机制。这一基于靶点的框架整合了最新研究成果，在前人研究基础上，全面阐述了硼元素在肿瘤学中的应用潜力。尽管取得了上述进展，硼基药物的研发仍面临合成复杂、药代动力学优化、肿瘤特异性靶向等挑战。解决这些障碍需要跨学科合作、合成方法学的进步，以及与免疫治疗等前沿技术的整合。 展望未来，硼基治疗药物在癌症治疗中具有巨大潜力。随着创新研究的持续开展和研发策略的不断优化，这类化合物有望重新定义癌症治疗模式，为患者提供更安全、高效的治疗选择，最终改善患者预后，推动癌症治疗领域的前沿发展。                            END                             译文仅供参考，欢迎批评指正。 声明：① 本公众号旨在促进核药相关人士更全面的了解国内外核素诊疗相关信息，不对任何药品和诊疗项目作推荐，如需了解具体疾病诊疗信息，请咨询当地医生。 ②免责声明：因文中相关信息产生的任何直接或间接损失，核药文献公众号不承担任何责任。 ③版权声明：文献版权归英文原版作者所有，翻译仅供学习交流，不做任何商业用途。如涉及侵权，请联系公众号管理员处理。