（有机化学专业论文）含杂原子功能基的新型核苷磷脂（酯）缀合物的合成方法与活性研究.pdf

硕士学位论文 摘要 核苷及其类似物在临床上广泛用作抗肿瘤和抗病毒药物，但它们也存在些 主要问题，如：骨髓毒性、细胞激酶的不良底物，为了提高其疗效，降低其毒性， 对其进行结构修饰一直是研究的热点：磷脂具有广泛的生理活性，大量的磷脂类 似物已被合成并证明具有良好的抗癌活性，作为药物的有效载体，磷脂则对肿瘤 组织具有一定的靶向作用；许多有机硒、有机硫化合物表现出良好的抗肿瘤活性。 为此，我们设计了一系列含杂原予功能基的新型替加氟磷脂( 酯) 缀合物，以期 得到一种高效、低毒的癌症化疗剂，目前核苷磷脂( 酯) 缀合物中功能基的引入存在 合成路线长、产率低等不足，我们通过对1 ，3 ，2 一二氧磷杂环戊烷及环甘油磷脂缀合 物的开环成功实现了功能基的引入。 首先以便宜易得的邻苯二甲酰亚胺乙醇为起始原料，合成了2 邻苯二甲酰亚 胺基乙基2 硫一1 ，3 ，2 一二氧磷杂环戊烷( 1 ) 、2 邻苯二甲酰亚胺基乙基4 十六烷氧亚 甲基一2 一硫一1 ，3 ，2 。二氧磷杂环戊烷( 9 ) ，并以之为模型化合物，就杂原子功能基的亲 核开环反应的选择性、反应条件等进行了初步探讨。 室温条件下，叠氮化钠在丙酮水混合溶剂中，二苯二硒酚硼氢化钠在无水乙 醇中均能顺利和化合物( 1 ) 反应分别得到o 2 邻苯二甲酰亚胺基乙基一o 一2 一叠氮乙基 硫代磷酸酯( 3 ) 、o 一2 一邻苯二甲酰亚胺基乙基o 2 苯硒基乙基硫代磷酸酯( s ) 。同样 是在室温条件，对甲苯硫酚氢氧化钾在异丙醇水混合溶剂中也能顺利实现对化合 物( 9 ) 的选择性开环得s r l 1 十六烷氧基一3 对甲苯硫基2 硫代磷脂酰邻苯二甲酰亚 胺乙醇( 1 1 ) 。 上述实验结果说明亲核能力强的软碱能够实现对1 , 3 ，2 二氧磷杂环戊烷结构 单元的选择性开环，同时该类反应具有条件温和、产率高、易分离提纯等优点。 在上述模板反应的基础上，利用苯硒负离子分别对2 - ( n ，替加氟) 乙基- 2 一硫 一1 ，3 ，2 二氧磷杂环戊烷( 6 ) 、2 - ( n 3 替加氟) 乙基4 一十六烷氧亚甲基2 硫1 ，3 ，2 一二氧 磷杂环戊烷( 1 2 ) 进行亲核开环成功地合成了o 一2 ( w - 替加氟) 乙基一o 一2 一苯硒基乙基 硫代磷酸酯( 8 ) 和s n 1 十六烷氧基3 苯硒基一2 一硫代磷脂酰羟乙基替加氟( 1 4 ) 。对甲 苯硫负离子和化合物( 1 2 ) 反应则得到了s r t 1 一十六烷氧基一3 对甲苯硫基2 硫代磷脂 酰羟乙基替加氟( 1 3 ) 。 所得目标分子( 8 ) 、( 1 3 ) 、( 1 4 ) 结构新颖，理化性质较相应的替加氟硫代环甘油 磷脂( 酯) 缀合物有了很大的改善，既具有亲水性又具有亲脂性，可望具有高的 生物利用率。 利用m t t 比色法对化合物( 8 ) 、( 1 3 ) 、( 1 4 ) 进行体外细胞毒性试验，结果表明( 8 ) 含杂原子功能基的新型核营磷脂( 酯1 缀台物的合j 立方法与活性研究 对膀胱癌细胞t - 2 4 的恶性增殖有很好的抑制效果；( 1 4 ) 舜j - 胃癌细胞b g c 8 2 3 、膀胱 癌细胞t - 2 4 生长的抑制作用均好于替加氟，i d ，。分别为4 o u g m l 、1 1 u g m l ，但对 正常肝上皮细胞l - 0 2 的毒性也大于替力u 氟。 关键词：抗癌；核苷；前药；磷脂：有机硒；替加氟；缀合物：亲核开环 h 硕士学位论文 l = l e i l l = t 目_ _ _ _ _ _ _ _ _ e e _ e = i _ _ _ - l _ _ - i l _ l _ _ - _ _ _ _ e _ l e l 目日j l e e ! l - - _ | l l e ! g e = _ _ - - 目一 a b s t r a c t n u c l e o s i d e sa n di t sa n a l o g sw e r ew i d e l yu s e da sa n t i t u m o ra n da n t i v i r a ld r u g si n c l i n i c a l ，b u tt h e r ew e r es o m em a j o rp r o b l e m sa s s o c i a t e dw i t ht h e m ，s u c ha sb o n e m a r r o w t o x i c i t y ，p o o r s u b s t r a t e sf o rc e l l u l a rk i n a s e s i no r d e rt o i m p r o v e t h e i r a c t i v i t i e s ，d e c r e a s et h e i rt o x i c i t i e s ，s t r u c t u r em o d i f i c a t i o nh a sb e e nb e i n gaf o c u so f a t t e n t i o na l lt h et i m e s p h o s p h o l i p i d sh a db r o a dp h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e sa n dn u m e r o u s p h o s p h o l i p i da n a l o g sh a d b e e ns y n t h e s i z e da n d p r o v e dt op o s s e s se x c e l l e n ta n t i c a n c e r a c t i v i t i e s 。a sae f f i c i e n t d r u g c a r r i e r , p h o s p h o l i p i d h a v ear e m a r k a b l ec a p a c i t yt o l o c a l i z ei nav a r i e t yo ft u m o r s o r g a n o s e l e n i u ma n do r g a n o s u l p h u ra l s oh a v eg o o d a n t i c a n c e ra c t i v i t i e s t oo b t a i nah i g h a c t i v i t y l o w - t o x i c i t y a n t i t u m o rd r u g ，w ed e s i g n e das e r i e so f n o v e l t e g a f u r p h o s p h o l i p i d ( o r p h o s p h a t e ) c o n j u g a t e s c o n t a i n i n g h e t e r o a t o m i c f u n c t i o ng r o u p s b u tt i l ln o w ，t h em e t h o d so fi n t r o d u c t i o no ff u n c t i o ng r o u p si n t o n u c l e o s i d e p h o s p h o l i p i d ( o r p h o s p h a t e ) c o n j u g a t e s b o r el o t so f s h o r t c o m i n g s ，f o r e x a m p l el a b o r i o u sp r o c e d u r e ，t o wy i e l d ， a n ds oo n h e r e ，w em a d ei ti n t or e a l i t y s u c c e s s f u l l yt h r o u g ht h en u c l e o p h i l i cr i n g o p e n n i n g o f1 , 3 ，2 d i o x a p h s o p h o i a n ea n d c y c l i cg l y c e r o t h i o p h o s p h o l i p i dc o n j u g a t e b yt h e u s eo fp h t h a l i m i d o e t h a n o la sas t a r t i n gm a t e r i a lw h i c hw a sc h e a pa n d e a s i l yt oa c c e s s ，2 - p h a h a l i m i d o e t h y l 一2 一t h i o - 1 ，3 ，2 一d i o x a p h s o p h o l a n e ( 1 ) a n d2 - p h a h a l - i m i d o e t h y l 一4 一h e x a d e c y l o x y m e t h y l e n e 一2 - t h i o 一1 ，3 ，2 一d i o x a p h s o p h o l a n e ( 9 ) w e r e s y n 。 t h e s i z e da tf i r s t a n dt h e nb a s e do nt h e s em o d e l c o m p o u n d s ，t h es e l e c t i v i t y a n d c o n d i t i o no fn u c l e o p h i l i cr i n g - o p e n n i n gw i t ht h eh e t e r o a t o m i cf u n c t i o ng r o u p sw e r e i n t e n s i v e l ye x p l o r e d u n d e rr o o mt e m p e r a t u r e ，n a n 3i nt h es o l v e n to fa c t o n e w a t e ra n dp h s e s e p h n a b h i nt h es o l v e n to fa b s o l u t ee t h a n o lc o u l dr e a c t e dw i t hc o m p o u n d ( 1 ) t op r o d u c e o ，2 一p h a h a l i m i d o e t h y l o 一2 一a z i d o e t h y i t h i o p h o s p h a t e ( 3 ) a n do 一2 一p h a h a l i m i d o e t h y l o 一 2 一p h e n y l s e l e n o e t h y l h i o p h o s p h a t e ( 5 ) r e s p e c t i v e l y i t w a sa l s ou n d e rr o o mt e m p e r a t u r e t h a t p - m e c , h s h k o h i nt h es o l v e n to fi - p r o p a n o l w a t e rc o u l da c h i e v et h er i n g o p e n n i n go fc o m p o u n d ( 9 ) t og i v es n 一1 一h e x a d e c y l o x y 3 p m e t h y l t h i o p h e n y l - 2 - t h i o p h o s p h a t i d y lp h a h a l i m i d o e t h a n o l ( 1 1 ) t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a ts o f tb a s ew i t hs t r o n gn u e l e o p h i l i c i t yc o u l d r e a l i z et h e o p e n i n go f1 , 3 ，2 一d i o x a p h s o p h o l a n ew i t hs e l e c t i v i t y a n dt h i s s o r to fr e a c t i o nh a dt h e a d v a n t a g e s o fm i l dc o n d i t i o n s ，h i g hy i e l d s ，e a s ys e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o ne ta l - i n 含杂原子功能基的新型核苷磷脂( 酯) 缀合物的合成方法与活性研究 o nt h eb a s i so ft h e m o d e l r e a c t i o n a b o v e ，o 一2 一f n 3 - t e g a f u r ) e t h y l o 一2 p h e n y l 。 s e l e n o e t h y l t h i o p h o s p h a t e( 8 ) a n d s n 一1 一h e x a d e c y l o x y 一3 一p h e n y l s e l e n o 2 t h i o p h o s p h a t i d y lh y d r o x y e t h y l t e g a f u r ( 1 4 ) w e r e o b t a i n e d r e s p e c t i v e l yb y t h em e a n so f n u c l e o p h i l i cr i n g o p e n n i n gw i t hs o d i u mp h e n y l s e l e n i d eo f2 - r n 一t e g a f u r ) e t h y l 2 t h i o 1 ，3 ，2 - d i o x a p h s o p h o l a n e ( 6 ) a n d2 - ( n 3 一t e g a f u r ) e t h y l 一4 一h e x a d e c y l o x y m e t h y l e n e 一2 一t h i o 一 1 ，3 ，2 一d i o x a p h s o p h o l a n c ( 1 2 ) s n - 1 一h e x a d e c y l o x y 一3 - p m e t h y l t h i o p h e n y l 一2 一t h i o p h o s p h a t i d y lh y d r o x y e t h y l t e g a f u r ( 1 3 ) c o u l da l s ob ea c c e s s e dw h e np o t a s s i u mb e n z e n e - t h i o l a t ec o e x i s t e dw i t hc o m p o u n d ( 1 2 ) i nt h es o l v e n to f i - p r o p a n o l w a t e r t h ep h y s i c a lc h e m i c a lp r o p e r t i e so fg a i n e dn o v e lt a r g e tm o l e c u l e ( 8 ) 、( 1 3 ) 、( 1 4 ) h a db e e n g r e a t l yi m p r o v e d i n c o m p a r i s o n w i t ht h e c o r r e s p o n d i n gc y c l i ct e g a f u r - p h o s p h 0 1 i p i d ( o r p h o s p h a t e ) c o n j u g a t e s h i g hb i o a v a i l a b i l i t yw a se x p e c t e df o r t h e s e c o m p o u n d sf o rt h es a k eo ft h ec o e x i s t e n c eo fh y d r o p h i l i t ya n dl i p o p h i l i c i t yi n e a c h m o l e c u l e i tw a si n d i c a t e dt h r o u g hi nv i t r ob i o l o g i ca s s a y su s i n gm t tt h a tc o m p o u n d ( 8 ) h a df i n ei n h i b i t o r ye f f e c to nt h em a l i g n a n tp r o l i f e r a t i o no fb l a d d e rc a n c e rc e l lt 一2 4 ； c o m p o u n d ( 1 4 ) e x h i b i t e db e t t e ri n h i b i t o r ye f f e c tt h a nt e g a f u ro ns t o m a c hc a n c e rc e l l b g c 一8 2 3 ( i d 5 0 = 4 0 u g m l ) a n db l a d d e rc a n c e r c e l l t 一2 4 ( i d ，o = l l u g m l ) ，b u t o nt h e o t h e rh a n di ts h o w e dm o r et o x i c i t yo nt h en o r m a ll i v e re p i t h e l i a lc e l ll 一0 2 k e yw o r d s ：a n t i c a n c e r ；n u c l e o s i d e ；p r o d r u g ；p h o s p h o l i p i d ；o r g a n o s e l e n i u m ； t e g a f u r ；c o n j u g a t e ；n u c l e o p h i l i cr i n g - o p e n n i n g 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：主* 木比术= 卜日期0 嘶g 月t r 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：冰年划节扯 导师签名：咯越哗 y 中越牛。 日期迎e 中年s 月。卷日 日期：”卅年厂月, r b 硕士学位论文 1 1 恶性肿瘤的现状 第1 章绪论 恶性肿瘤是一种严重威胁人类健康的常见病和多发病，根据w h o ( w o r l d h e a l t ho r g a n i z a t i o n ) 和u i c c ( i n t e r n a t i o n a lu n i o n a g a i n s tc a n c e r ) 于2 0 0 3 年公布的统 计数字1 1 】，2 0 0 0 年全球范围内共有6 2 0 万人死于癌症( 相当于每5 秒钟就有一人死 亡) ，占全球死亡总人数的1 2 6 ，是艾滋病( a i d s ) 、肺结核、疟疾所导致的死亡 数的总和：在发达国家其是导致死亡的第二大诱因，在发展中国家则是导致成人 死亡的第三大诱因；肺癌所导致的死亡数最多。 目前，癌症已成为医学、分子生物学、细胞生物学、免疫学、遗传学、药理 学等多种学科的研究对象，世界各国都投入大量的人力、物力和财力从事癌症的 早期检测、癌症的治疗和抗癌药物的研制工作。 1 2 恶- i 生肿瘤治疗的新方法 目前，治疗肿瘤的方法主要有手术治疗、放射治疗和药物治疗( 化学治疗) 。在 防癌、抗癌的严峻形势下，随着人们对肿瘤特征的研究深入和分子生物学、细胞 生物学的研究进展，相继出现了一些新方法，如：光动力疗法、热疗、生物疗法。 1 2 1 光动力疗法 光动力疗法1 2 叫是2 0 世纪8 0 年代发展起来的一种诊、治癌症的新方法。以血 卟啉衍生物( h p d ，h e m a t o p o r p h y r i nd e r i v a t i v e ) 为代表的光敏剂进入人体后，在 组织中的吸收、分布和排出速度不一，除了肝、脾、肾外，恶性肿瘤组织吸收h p d 快而多于其它组织，2 4 小时后浓度明显高于周围正常组织。h p d 被4 0 5 n m 光激发， 能产生红色荧光，其波长主要为6 3 0 n m ，且在6 3 0 n m 、6 9 0 n m 处各有一高一低的 峰，荧光肉眼可见，并可被图象增强器放大，还可用多光导分析仪( o m a ) 测出组 织中含有h p d 的特征波长曲线，故可用来作定位、诊断之用。h p d 被4 8 8 5 1 4 5 r i m 的氩离子激光、6 3 0 r i m 的染料激光激发能产生单线态氧，起到细胞毒的作用，因 肿瘤中的h p d 浓度大，故可起选择性的破坏作用而用来治疗癌症。 p h o t o f r i n 是国际上已获f d a 批准应用于恶性肿瘤治疗的唯一的p d t 药 物，它是一种从牛血中提取并进行化学改性的卟啉低聚体混合物。 1 2 2 热疗 升高体温治疗癌症的首次论文报导应该是1 8 8 6 年德国医生b u s c h ，他报道了 一倒两岁儿童粤面部肿瘤，因感染丹毒高烧后肿瘤消失了( 有组织学证实) ，他的报 查茎堡主堕能蓦的新型核苷磷脂( 酯) 缀合物的台成方法与活性研究 。_ - i l l l _ _ l _ _ _ _ _ ：；：= ：； 道引起了a t f 的极大兴趣并采用人为的细菌感染或注射化学致热源使病人发高 烧。 一般认为在4 1 4 5 c 的温度区间，可以选择性地杀伤肿瘤细胞，而对正常细 胞无影响。这种杀伤作用主要是通过破坏细胞膜结构和使细胞核内的d n a 、r n a 、 蛋白质变性而实现。同时其还能增强化疗、放疗的疗效，一定温度范围内可提高 机体的免疫力。肿瘤热疗作为一种新的治疗手段已受到各国学者的普遍重视。 1 2 3 生物疗法 生物疗法是指通过来自生物体自身的一些分子和细胞调动机体固有的防御功 能去抵御、治疗肿瘤的一种方法。 肿瘤的生物疗法包括免疫疗法和基因疗法两个方面，其中抗体介导的酶前体 药物疗法( a d e p ta n t i b o d yd i r e c t e de n z y m ep r o d r u gt h c r a p y ) 彝l 反义核苷酸是其 两个重要组成部分。 1 2 3 1 抗体介导的酶前体药物疗法 肿瘤的抗体导向治疗i i 是以肿瘤特异性抗体为载体，携带细胞毒药物、毒素、 放射性核素、酶等“弹头”，利用抗体的特异选择性，使抗癌效应物质浓集于肿瘤 病灶处或肿瘤细胞表面，特异性杀伤靶细胞。 前体药物导向治疗则为导向治疗提供了新的思路。它的原理是将特异性单克 隆抗体与一种活化酶交联，借助抗体具有识别肿瘤表面抗原的特性，把酶带到靶 组织，同时根据酶的底物选择性对抗癌药物进行化学修饰，合成无抗癌活性或低 活性的前药，该前药进入体内后在靶位被酶活化为具有抗癌活性的药物，从而达 到增强抗癌药物的选择性杀伤作用，降低全身毒性的目的。 根据使用的酶的不同，a d e p t 可分为多种系统，其中羧肽酶g 。系统是第一个 a d e p t 方案，也是迄今为止唯一报道临床试验的a d e p t 系统，由b a g s h a w c 等人 设计而成。最初的三个前药见图1 1 ，这三个化合物均是双功能的烷基化试剂，其 中可离子化的羧基由于酰胺键的形成而被掩盖，在羧肽酶g ：的水解作用下释放出 活性药物苯甲酸氮芥和谷氨酸，从而发挥细胞毒作用。试验证明。这三个化合物 与母体药物苯甲酸氮芥相比，具有毒性低、化学性质稳定等特点。 c 0 0 h x = y 暑a x ：c ly ：o s o z o c h 3 x = y = o s o z c h 3 堂g 。 争 一 一 x = y = a x = a y ：o s 0 2 c h 3 x y = o s o _ ( m ， 田1 1 前药苯甲蕊氨芥l 谷氮酸在羧肚酵岛的作用下水解 硕士学位论文 目_ l _ _ _ i _ _ l - _ - _ j 日- - l - _ 日_ - - - i _ _ _ _ _ i = 一! 含羧肽酶g ：的各种a d e p t 系统的体内、体外实验结果是比较乐观的，初期 的临床研究显示含这种酶的a d e p t 对伴有转移的实体瘤患者有确切的疗效，虽伴 有免疫反应及骨髓抑制等毒副作用，但这些毒副反应可随着抗体一酶交联物、前药 及细胞毒药物性质不断优化而逐渐减小，因此羧肽酶g ：系统是值得开发的a d e p t 系统。 1 2 3 2 反义核苷酸 随着人类基因组计划的完成，新的疾病基因的涌现，除以蛋白质三维结构为 基础的药物设计以外，以核酸的结构为靶的药物设计也越来越受到人们的重视。 根据核酸杂交原理，以d n a 或r n a 的结构为靶设计其互补序列所得的反义核苷 酸或寡核苷酸m 6 1 能与特定基因或m r n a 杂交，从基因水平干扰致病蛋白的产生过 程，即干扰遗传信息从核酸向蛋白的传递，传统药物则主要直接作用于致病蛋白 本身，从这一层面而言，反义核苷酸是一种治“本”的新型药物。 人体基因中约有3 1 0 9 个碱基对，在统计学意义上一个有1 7 个碱基的寡核苷 酸碱基序列只在人体出现一次，而肿瘤细胞属于非正常细胞，其基因不同于正常 人体细胞基因，故反义核苷酸具有极高的识别性和特异性。如果靶分子的核酸序 列己知，就可以碱基配对原理，直接写出反义核苛酸的化学结构，因此反义核苷 酸又是一种理想的药物设计。 由磷酸二酯键组成的天然寡核苷酸易受体内各种酶的降解，同时也存在透膜 性、亲和性、药代动力学等诸多问题，因此人们对天然寡核苷酸进行了广泛的化 学修饰以提高其生物利用率。主要的化学修饰位点和方式有：磷酸二酯键骨架、 糖环修饰、碱基修饰、5 位和( 或) 3 位缀合物的偶联、肽核酸( p n a ) 、l n a 等( 图 1 - 2 ) 。 d n a l n a 凰l o 寡接苷酸的化学修饰方式 含杂原子功能基的新型核苷磷脂( 酗) 缀合物的合成方法与活性研究 在各种各样的化学修饰方式中，对硫代磷酸二酯脱氧寡核苷酸的研究最为深 入，1 9 9 9 年被美国f d a 批准的迄今为止唯一一个用于临床的反义核苷酸药物 f o r m i v i r s e n ：5 - g c g r 九g c t c r r a 盯c r t g c g 一3 就属于这一类型。 肽核酸( p n a ) 是2 0 世纪9 0 年代初期由n i e l s o n 等m 设计并合成的一类新型 d n a 类似物，d n a 骨架中的脱氧核糖磷酸二酯键由结构完全不同的、电中性的聚 酰胺( 多肽) 链取代。p n a 保留d n a 杂交特性的同时，由于p n a 骨架的非电性， 避免了普通寡核苷酸杂交复合物中两条链问的电性斥力，因此具有更高的亲和力。 对p n a 识别d n a 的序列特异性研究则表明，每含一个错配碱基可使杂交复合物 的t m 值平均下降8 1 2 ，含有十个碱基的p n a ，能特异性的识别对应靶d n a 中 的两个错配碱基而完全不与之发生作用，由此可见，p n a 与d n a 的结合具有高 度的序列特异性。 i n a i “9 j ( l o c k e dn u c l e i c a c i d ) 是近年才出现的一种反义寡核苷酸。其结构特点 是分子中含有2 - o 4 c 亚甲基键合的双环核糖核苷单体，双环核糖部分由于亚甲 基氧桥链的引入，采取固定的n 构p d ( 3 f l 3 e ) ，当其和互补的r n a 杂交时，会 促使所形成的双链取较为稳定的a 构型，从而具有良好的热稳定性。 综上所述，这些新疗法的出现为恶性肿瘤的治疗提供了新的视角和新的手段， 在临床治疗肿瘤方面也己发挥了明显的作用，但与化疗、放疗、手术三大传统治 疗方法相比还显得不够成熟，尚处于发展阶段，很大程度上，恶性肿瘤的治疗仍 以化学治疗为主。 1 3 核苷类抗癌药物的研究进展 d n aa n d i u q a e m e y m e d n a s y n t h c s h s i a e o r p o m t l o ai a b m i t i o ai n l f i b i t l o n 田1 3 核苷类似物体内代谢途径和作用机制 硕士学位论文 核苷类似物作为一类重要的癌症化疗剂，在癌症的临床治疗中具有重要的地 位陬”i 。核苷类似物主要是一类抗代谢物，通过干扰肿瘤细胞的d a n 合成和d n a 合成 所需的嘌呤、嘧啶、嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的合成从而抑制了肿瘤细胞的存活 和复制必不可少的代谢途径，以及以细胞内的酶、核酸为作用靶而产生细胞毒性。 如图1 3 所示，这类化合物产生细胞毒的机制主要有三个方面：核苷类似物在生化 反应中作为伪底物，抑制核苷酸从头合成的相关酶，干扰d n t p s 库，从而抑$ 1 j d n a 的复制；核苷类似物掺入d n a 和r n a ，中断n d a 和r n a 链的延伸；抑制核酸合成 的相关酶，如d n a 聚合酶、核酸还原酶等，从而抑制核酸大分子的合成和修复。 核苷类似物的代谢有一个共同点，即药物被细胞膜的转移子识别后转运到细 胞内，继而磷酸化为生理活性的三磷酸酯衍生物，般认为核苷类似物的单磷酸 化是药物代谢途径的限速步骤。 1 3 1 嘧啶核苷类似物 1 3 1 1 氟尿嘧啶核苷类似物 尿嘧啶掺入肿瘤组织的速度较其他嘧啶快。根据电子等排原理，以氟原予取 代其5 位氢所得的氟尿嘧啶( 5 f u ) 有很好的抗肿瘤作用。由于氟的原子半径和氢相 似，氟尿嘧啶的体积和原化合物几乎相等，加上碳氟键特别稳定，在代谢过程中 不易分解，能在分子水平代替正常代谢物，因而成为胸苷合成酶( t s ) 的抑制剂。 5 - f u 疗效虽好，但毒性也较大，可引起严重的消化道、骨髓抑制等副反应，为了 降低其毒性并提高其疗效，人们研究并合成了大量的5 - f u 衍生物。 c a p c c i t a b i n c 能够提高5 f u 在肿瘤细胞中的浓度而降低其在正常组织细胞中 的浓度，因而具有很好的临床应用前景。这主要是因为c a p e c i t a b i n e 透过肠黏膜后， 代谢为5 ，脱氧5 氟胞嘧啶和5 脱氧5 氟尿嘧啶，在胸腺嘧啶磷酸化酶作用下产生 氟尿嘧啶，而这种酶在肿瘤细胞中比在正常细胞中有更高的表达。 去氧氟尿苷( d o x i g l u r i d i n e ) 在体内被尿嘧啶核苷磷酰化酶转化为5 一f u 而发挥 作用，肿瘤细胞中含有较多的该酶，故肿瘤组织中5 f u 浓度较高，而骨髓则相反。 其他衍生物还有：呋氟尿嘧啶( t e g a f u r ) 、双呋氟尿嘧啶( d i f u r a d i n ) 、卡莫氟( c a m o f u r ) 等，它们都较稳定，在体内逐渐释放出5 - f u 而发挥抗癌作用。 孓f uc 觚l m o h d d m 融 。龟 厂l 硼 o i z h i ： r 含杂原子功能基的新型核苷磷脂( 醣) 缀合物的合成方法与活性研究 1 3 1 2 脱氧胞苷类似物 阿糖胞苷( a r a c ) 是早发现并应用于临床的脱氧胞嘧啶核苷类似物。一般认为， a r a c 在脱氧胞苷激酶作用下，磷酰化形成单磷酸化物，而后在胞内其它酶作用下 成为a r a c t p ，a r a c t p 与内源性的d c t p 产生酶的竞争性作用，从而抑审i d n a 聚合 酶。a r a c 在血浆中的胞苷脱氨酶作用下迅速转化为非活性代谢物a r a u 、与脱氧 胞苷激酶的低亲和性以及a r a c m p 易为胞质核苷酸酶去磷酸化，使得a r a c 的疗效 受到了一定程度限制，为此人们设计并合成了一系列a r a c 衍生物，如：g e m c i t a b i n e 、t r o x a c i t a b i n e ，后者是唯一具有b l 构型的非天然抗肿瘤核苷。 o h a r a c1 r o x a e l t a b i n e h 0 hf g 哪c l t a b i n c 1 3 2 嘌呤核苷类似物 1 3 2 1 巯基嘌呤 6 巯基嘌呤( 6 m p ) 和6 巯基鸟嘌呤( 6 t g ) 是最早应用于抗肿瘤的嘌呤核苷类 似物，它们分别是次黄嘌呤和鸟嘌呤的衍生物，二者的代谢途径相似，进入体内后 在次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的催化下，与磷酸核糖焦磷酸反应生成6 - 巯基 嘌呤核苷酸( m p r p ) 莆：1 6 巯基鸟苷酸( t g m p ) ，m p r p 抑制体内嘌呤核苷酸的从头合 成，作为5 磷酸核糖焦磷酸氨基转移酶的抑制剂，抑制5 磷酸核糖焦磷酸和谷氨 酰胺反应产生5 磷酸核糖胺t g r p 则进一步磷酸化为三磷酸醅，作为多聚酶的底 物掺入d n a 中去。硝基昧唑硫嘌呤是6 m p 的咪唑基衍生物，在体内代谢为6 - m p 而发挥细胞毒作用。 ss i t 玲淑 6 - 1 1 3a z a t h i o p r i n c 1 3 2 2 脱氧腺苷类似物 目前临床应用的脱氧腺嘌呤核苷衍生物以f l u d a r a b i n e 和c l a d r i b i n e 为代表，f l u d a r a b i n e 是磷酸化的，在进入细胞前，在血清磷酸酶和细胞膜上的核苷酸酶c d 7 3 的作用下去磷酸化，然后核苷一细胞膜转移子将其转运进入靶细胞内，然后在脱氧 硕士学位论文 胞苷激酶( d c k ) 催化下磷酸化。c l a d r i b i n e 被线粒体脱氧鸟苷激酶( d g k ) 催化磷酸化， 接着继续二磷酸化、三磷酸化，形成三磷酸酯。二者的抗癌机制主要在于诱导细 胞凋亡。 1 9 8 3 年c o h e n 等f 1 1 l 报道t a r a g 对t 淋巴细胞的活性，但非水溶性直限制了其 发展，衍生物n c l a r a b i n c 的水溶性是其1 0 倍，能在腺苷脱氨酶作用下转化为活性母 体。 o h f l u d m a b i n c o h o a d n l o i n ea m gn e a r g o i n c 1 。3 3i m p d h 抑制剂 次黄嘌呤核苷酸脱氢酶( i m p d ：哪是鸟嘌呤核苷酸从头合成的关键酶，依赖于 n a d 的协同将次黄嘌呤核苷酸氧化为黄嘌呤核苷酸，黄嘌呤核苷酸然后在合成酶 的催化下氨化为g m p ，i m p d h 受抑将直接导致鸟苷酸水平降低。i m p d h ：有两个相 邻的催化结合位点：底物结合位点和辅因子结合位点。j a c k s o n 等1 1 2 j 发现在快速增 殖的肿瘤细胞中i m p d h ：表达上调：淋巴癌细胞的快速增殖，d n a 大量复制尤其依 赖于核昔酸的从头合成，这使得i m p d h 作为免疫抑制剂的作用靶的研究前景广阔， 研制此酶的抑制剂是开发癌症化疗药物尤其是白血病药物的有效途径。 目前为止，人们已经发现并设计合成了许多i m p d h 抑制剂，主要是核苷类似 物。竞争性抑制剂如6 c 1 i m p 、m i z o r i b i n c 、r i b a v i r i n 结合到底物i m p 的结合位 点。非竞争性抑制剂t i a z o f u r i n 、s e l e n a z o f u r i n 进入体内在腺苷激酶、5 - 核苷酸酶 催化下磷酸化为5 - 磷酸酯，然后在烟酰胺核苷酸腺营酰基转移酶0 w m n a t ) 作用下 代谢为相应的腺嘌呤二核苷酸，作为n a d 的类似物，竞争性的结合到i m p d h 的 辅因子结合位点，由于它们不能协同参与氢负离子转移，从而抑制i m p 氧化为x m p 这一鸟嘌呤核苷酸合成的关键步骤。 o h 佣 a v i l i n o h0 h 亿o f u t i l l 鸯叫最铲 孝 nnilj， 页当 o一。裔叫 飞7nilh 音一 。 一 含塑子功能基的新型核苷磷脂( 酯) 缀合物的合成方法与活性研究 i 如上所述，核苷类似物在临床上是一类重要的癌症化疗剂，具有广阔的发展 前景，但对恶性肿瘤表现出良好疗效的同时，其亦存在如下缺点和不足： 由于肿瘤细胞和正常细胞之间生长级数的差别，核苷类抗癌药物以杀死肿 瘤细胞为主，但其选择性较小，对增殖较快的正常组织如骨髓、消化道等呈现一 定甚至较为严重的毒性。 大部分核苷类抗癌药物具有强亲水性的羟基官能团，亲脂性相对不足，难 以穿透生物膜进入细胞达到治疗所需的有效浓度，生物利用率尤其是口服利用率 低。 有的药物分子本身在生理条件下就不稳定，如a r a c 在胞苷脱氨酶的作用 下迅速转化为非活性代谢物a r a u ；f u d r 在嘧啶磷酸化酶的作用下发生糖苛键的 断裂。 一般而言，核苷类抗癌药物依赖于胞内激酶转化为具有活性的三磷酸酯， 而有的药物分子本身就是激酶的不良底物；有的细胞内则缺乏这种激酶或者活性 不足。 为克服以上缺点和不足，研究合成高效低毒的新化合物固然是一个很重要的 方面，而在现有核苷类抗癌药物的基础上，利用前药原理提高其治疗指数也是一 个好方法。 1 4 核苷类抗癌前药的研究进展 核苷类前药是近年核苷类药物结构修饰的一个重要方向，用以改善药物在体 内的吸收、分布、转运与代谢等药物代谢动力学过程，提高核苷类药物生物利用 度，提高药物靶向到病变部位作用的选择性，延长作用时间，降低毒副作用，提 高抗肿瘤药效。 1 4 1a r a - c 多肽缀合物 舡a c 是目前治疗急性白血病和其他血液恶性肿瘤最有效的药物之一，但对正 常细胞毒性、低血药浓度、易为酶所降解严重阻碍了其在临床上的使用，为此， w i p f 等f i l l 利用a r a c 对4 , 4 二烷基唔唑啉酮的亲核取代反应制各了阿耱胞苷n 二 肽缀合物。n - 位非天然氮基酸残基的引入避免了该类化合物在生理介质中的非特 异性蛋白水解。对自血病细胞的体外毒性试验显示，前药分子的生长抑制结果和 直接使用加a c 相当，同时还能诱导人白血病细胞h l - 6 0 凋亡。 在合成的多肽中，亲水性的多肽t ( a i a s e r - t h r - t h r t h r - a s n t y r - t h r ) 能和c d 4 受体结合，据此，m a n f r e d i n i 等m l 将多肽t 及其类似物偶联到阿糖胞苷的n 4 - 位， 在随后进行的生物活性试验中，四个代表化合物均有较好的靶向能力，但由于其 过于稳定，不能迅速地释放a 豫c i c 。是单独使用a c 的4 1 0 倍。 硕士学位论文 1 4 2 核苷氨基酸酯 b p h u b i p h e n y th y d r o l a s e l i k ep r o t e i n ) 是一种新发现的人体酶，虽然其内在功 能还不是很清楚，但已有的实验结果表明其是前药分子阿昔洛韦l 缬氮酸酯和更 昔洛韦一l 一缬氨酸醑的水解激活酶。 k i m 等l 贝0 合成了h o x u r i d i n e 和g e m c i t a b i n e 的一系列氨基酸酯前药分子， b p h l 底物选择性的研究表明：b p h l 也能水解激活抗癌药f l o x u r i d i n e 和g e m c i t a b i n e 的氨基酸酯前药分子；对憎水性的缬氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸的亲和力较荷电 的赖氨酸、天冬氨酸强：对5 氨基酸酯的亲和力较3 一氨基酸酯和3 ，5 二氨基酸酯 强；对5 氟尿嘧啶脱氧核苷l 一缬氨酸酯和5 氟尿嘧啶脱氧核苷l 苯丙氨酸酯的 立体选择性均高于相对的d 型氨基酸酯。 1 4 3 生物还原水解激活模型 e c y d 在体内、体外对各种人实体瘤的生长有明显的抑制作用，现已进入临床 试验。a k i r a 等合成了e c y d 的5