（有机化学专业论文）新型双脱氧二杂糖环核苷类似物的合成及研究.pdf

中文摘要 近年来，核苷类似物作为抗病毒、抗肿瘤药物而受到广泛关注。2 ，3 一二 脱氧核苻类似物是一类重要的抗h i v 逆转录酶抑制剂。在f d a 批准用于治疗 a i d s 的药物中有六种属于2 ，3 二脱氧核苷，它们是a z t ，d d c ，d d i ，d 4 t ，3 t c 和 a b a c a v i r 。但这些化合物都存在不同程度的毒副作用，因而限制了它们在i 临床上 的更广泛应用。最近的研究表明，一些3 位被杂原子取代的2 ，3 一二脱氧l ，3 - 二杂 糖环核苷( 如d i o x o l a n e t ，3 t c ) 具有更强的抗病毒活性，同时对组织细胞的毒 性也明显减小，从而成为倍受关注的新药研发对象。本论文将二脱氧1 ，3 二杂糖 环核苷类化合物的合成研究作为研究方向。论文主要分以下三部分： 1 2 ，3 ，二脱氧1 ，3 二氧杂环类碳核苷的合成 碳核苷是一类特殊的核苷，它的碱基杂环与呋哺糖环是通过c c 键相连，而 不是象天然核苷那样通过c n 键相连。碳核苷较为特殊的结构性能使之表现出较 强的生理活性。因此我们设计合成了一系y l j 2 , 3 - 二脱氧1 ，3 二氧杂环类碳核苷。 从价廉易得的原料丙烯酸甲酯出发，以较短的路线合成了2 ，3 二脱氧一1 ，3 - 二氧 戊环，然后通过碱基构造法合成了2 - 2 一( 羟甲基) 一1 ，3 - 二氧戊环一5 一1 ，3 一噻唑- 4 - 酰 胺及2 一f 2 ( 巯甲基) 一l ，3 二氧戊环一5 1 ，3 一噻唑一4 一酰胺；在此基础上以二羟甲基丙酸 ( d m p a ) 和二羟甲基丁酸( d m b a ) 为原料合成了2 ，3 一二脱氧一1 ，3 一二氧六环， 并进而合成了它的一系列结构新颖的碳核苷衍生物。 2 2 ，3 一二脱氧一1 ，3 。二氧戊环类氮核苷的合成 咪唑核苷衍生物在生物体内起着非常重要的作用，它是嘌呤核苷合成的重要 中间体，也与组氨酸的生物合成有关，一些人工合成的咪唑核苷类似物对某些 肿瘤细胞具有毒性，又是某些r n a 病毒繁殖的潜在抑制剂，另外还具有免疫抑 制作用。鉴于此，我们采用v o r b r u g g e n 法，先合成2 ，3 - 二脱氧一1 ，3 - 二氧戊 糖，用特定的l e w i s 酸( 三甲基硅化三氟甲磺酸t m s o t f ) 来激活糖基，再与 硅烷化的咪唑碱基缩合，最终合成了新型的2 ，3 - 二脱氧- l ，3 - 二氧戊环咪唑类 氯核苷类似物。 3 时以丝氨酸为原料合成核苷类似物做了初步的探索。 昕合成的化台物的结构通过红外、核磁、元素分析、气质联用等分析测试 手段进行了验证，化合物的立体构型通过n o e ，n o e s y 及x - 射线单晶衍射进行 了确证。有关药理性能测试方面的工作正在进行中。 a b s t r a c t s y n t h e s i so f n u c l e o s i d ea n a l o g u e sa sa n t i v i r a la n da n t i c a n c e ra g e n t sh a sa t t r a c t e d g r e a t a t t e n t i o ni nr e c e n t y e a r s 2 3 - d i d e o x y n u c l e o s i d e si s a ni m p o r t a n tc l a s so f a n t i - h i vr e v e r s et r a n s c r i p t a s ei n h i b i t o r s s i xo ft h ef d a a p p r o v e da n t i a i d sd r u g s ( a z t ，d d c ，d d i ，d 4 t ，3 t ca n da b a e a v i r ) b e l o n g t ot h i sc l a s s h o w e v e r , t h es i d e e f f e c t so fc e r t a i na n t i v i r a la g e n t sa n dt h ee m e r g e n c eo fd r u g r e s i s t a n tv i r a ls t r a i n s h a v ep r o m p t e dt h ed e v e l o p m e n to fa d d i t i o n a la n t i h i va g e n t st oc i r c u m v e n tt h e s e d r a w b a c k s r e c e n t l y ，2 ，3 - d i d e o x y n u c l e o s i d ep r o t o t y p e sc o n t a i n i n gt w o h e t e r o a t o m s w i t h i nt h ec a r b o h y d r a t ef r a m e w o r kh a v el e dt os e v e r a lp r o m i s i n ga n t i h i va c t i v i t i e s ， s u c ha sd i o x o l a n e ta n d3 t c t h e s ec o m p o u n d sh a v es h o w ne x c e l l e n ta n t i v i r a l ( h i va n dh b v ) a c t i v i t i e s w i t hn o s i g n i f i c a n td r u gr e s i s t a n c ea f t e ro n ey e a r o fc l i n i c a l t r i a l sw h e nu s e di nc o m b i n a t i o nw i t ha z t t h e r e f o r e ，t h et o p i co ft h i st h e s i si st o d e s i g na n dp r e p a r en o v e l2 ，3 一d i d e o x y1 , 3 - d i o x o l a n ea n d2 ，3 d i d e o x y1 , 3 - d i o x a n e n u c l e o s i d ea n a l o g u e s t h e r ea r em a i n l yt h r e ep a r t si nt h i st h e s i s ： 1 s y n t h e s i s o f 2 ，3 - d i d e o x y1 , 3 一d i o x o l a n e ( a n d2 ，3 - d i d e o x y 1 , 3 一d i o x a n e ) c - n u e l e o s i d ea n a l o g u e s c n u c l e o s i d e sa r eau n i q u ec l a s so f n u c l e o s i d e si nw h i c ht h eg l y c o s i d i cc h a i ni s c o n n e c t e dt ot h ep e n d a n th e t e r o c y c l i cb a s eb yac - cb o n di n s t e a do f t h ec - n b o n do f t h en a t u r a ln u c l e o s i d e s a sar e s u l t ，t h e ya r er e s i s t a n tt o t h ec h e m i c a la n dt h e e n z y m a t i ch y d r o l y t i cc l e a v a g e o ft h e g l y c o s i d i c b o n d a m o n gt h es y n t h e t i c c n u c l e o s i d e s ，t i a z o f u r i nh a v ee x h i b i td i s t i n g u i s h e da n t i t u m o ra n d a n t i v i r a la c t i v i t i e s t h e r e f o r e w es y n t h e s i z e dh y b r i d2 ，3 一d i d e o x y1 , 3 一d i o x o l a n e c n u c l e o s i d e sb y c o n v e n i e n tm e t h o d sw i t hm e t h y la c r y l a t e a s s t a r t i n gm a t e r i a l a l s o as e r i e so f 2 ，3 - d i d e o x y1 , 3 d i o x a n ec n u c l e o s i d e sw e r es y n t h e s i z e df r o md m p a a n dd m b a a sa n a l o g u e so ft i o z o f u r i n ， 2 s y n t h e s i so f 2 , 3 - d i d e o x y1 , 3 一d i o x o l a n e n n u c l e o s i d ea n a l o g u e s - i m i d a z o l en u c l e o s i d e sa n dn u c l e o t i d e so c c u r i nn a t u r ea si m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e s i nt l 童d en o l ob i o s y n t h e s i so fp u r i n en u c l e o f i d e s ，a sm a t e r i a l s c o n c e r n e dw i t hh i s t i d i n e b i o s y n t h e s i sa n da sp r o d u c t so fp l a n t a n i m a lo rm i c r o o r g a n i s mm e t a b o l i s m s o m e 3 s y n t h e s i z e di m i d a z o l en u c l e o s i d e sa n a l o g u e sa r ec y t o t o x i ct oc e r t a i nc a n c e rc e l l si n v i t r oa n di n v i v o ，p o t e n t i n h i b i t o r so fp r o l i f e r a t i o no fc e r t a i nr n a v i r u s e s ，a n d i m m u n o s u p p r e s s o r s ，r e s p e c t i v e l y h e n c e w e s y n t h e s i z e d s e v e r a l 2 3 一d i d e o x y 1 , 3 一d i o x o l a n ei m i d a z o l en u c l e o s i d ea n a l o g u e su s i n gal e w i sa c i df o rt h ea c t i v a t i o no f t h es u g a r p o r t i o n i nt h ec o n d e n s a t i o nw i t h s i l y l a t e db a s e sb y t h ev o r b r t l g g e nm e t h o d 3 e x p l o r a t i o n s h a v eb e e nm a d et o s y n t h e s i z e2 3 - d i d e o x y1 , 3 一o x a z o l i d i n e n u c l e o s i d ea n a l o g u e su s i n gl s e r i n ea ss t a r t i n gm a t e r i a l t h es t r u c t u r eo f t h es y n t h e s i z e dc o m p o u n d s w e r ec o n f i r m e d b y e l e m e n t a la n a l y s i s ， 1 h n m r , 乃c n m r ，i r ，g c m s ，e r e a n o m e r i cc o n f i g u r a t i o n s w e r ec o n f i r m e db y n o e ，n o e s y a n ds i n g l ec r y s t a lx - r a yc r y s t a l l o g r a p h y b i o l o g i c a le v a l u a t i o n so f t h e s y n t h e s i z e dc o m p o u n d s a r es t i l li np r o g r e s s 4 第一章核苷类抗病毒药物的研究进展 一、病毒性疾病的状况 病毒性感染疾病是严重危害人民生命健康的传染病，据不完全统计，在人类 传染病中，病毒性疾病高达6 0 - 6 5 ，远远超过细菌感染( 1 5 ) 。如流感、 各种类型的肝炎、流行性出血热以及如今令人谈虎色变的爱滋病，都属于病毒 性感染疾病。此外，病毒与肿瘤、某些心脏病、先天性畸形等也有一定关系。 迄今，全世界已发现的病毒超过3 0 0 0 种，而且新的病毒还在不断被发现。2 0 0 2 年8 月在巴黎召开的世界病毒学大会上，由国际病毒分类委员会提出的第7 份 报告收录了3 6 0 0 多种病毒，其中使人类致病的病毒有1 2 0 0 多种，分为2 9 个科， 7 个亚科，5 3 个属。病毒性疾病的防治已是一个全球性公共卫生问题，已引起 世界各国政府的关注。 据世界卫生组织( t h ew o r l dh e a l t ho r g a n i z a t i o n ，w h o ) 2 0 0 0 年的统计，世 界范围内感染乙肝病毒( h e p a t i t i sbv i r u s ，h b v ) 的人数超过3 5 亿，导致死亡的 人数每年达1 2 0 万，而且亚太地区属于高发病区；感染人类免疫缺陷病毒 ( h u m a nh n m u n o d e f i c i e n c yv i m s ，h i v ) 的人数达3 6 0 0 万，已有将近2 2 0 0 万人被 爱滋病夺去了生命，而且每天还有1 6 9 7 人新感染上爱滋病毒1 2 】。 我因病毒性疾病也非常严重，发病率和由此造成的国民经济损失在所有人 娄疾搦巾占第一位，一度已基本绝迹的性病又死狄复燃，近年来爱滋病的迅速 蔓延，也给国人的生命和健康造成了极大的威胁。 尽管已有多种抗病毒药物被批准用于临床，但它们大多存在毒副作用较大 和适月症有限的缺陷，因此研制更有效的抗病毒药物已成为当务之急，世界各 匿都已投入大量的人力、物力、财力，力图攻克这一难题孓8 1 。我国这几年也非 常重视这方面的研究，抗病毒药物的研究列入了国家级的重要课题。 要想研制具有抗病毒活性的化合物，首先要对病毒的致病机理有个基本的了 解。 二、病毒的致病机理 病毒是病原微生物中最小的一种，大小为0 0 2 0 0 4hm 。它没有细胞结构， 主要由外部蛋白质和内部核酸所组成，核酸也只有一种，d n a 或r n a 。核酸是 病毒的主要化学成分，它是决定病毒感染、增殖、遗传、变异的物质基础。病 毒必须在活的敏感细胞中才能生长繁殖。在敏感细胞的表面有能与之结合的受 体，当病毒与敏感细胞相遇时，可以吸附在细胞表面，随即进入细胞内，首先 是细胞吞饮病毒，然后细胞内溶酶体溶酶溶解病毒的蛋白质外壳，通过一系列 复制产生病毒的信使核糖核酸( m r n a ) ，然后翻译成具有一定特性的蛋白质。新 合成的核酸与蛋白质在细胞内通过一定方式装配成为成熟的病毒体，从而引起 细胞病变引发疾病。 三、抗病毒药物的作用机理 抗病毒药物的作用主要是通过影响病毒复制周期的某个环节而实现的。 1 阻止病毒的吸附 病毒繁殖的第一步是其表面的蛋白质和易染细胞表面受体的特异性结合，若 能研制出能和病毒竞争并同表面受体结合的药物，就能有效阻止病毒的吸附。 2 阻止病毒的生物合成 病毒进入宿主细胞后，通过转录和翻译两个步骤来合成病毒蛋白质，原料由 宿主细胞提供，掘此，药物的研究应从阻止病毒的蛋白合成和消耗病毒蛋白合 成所需的原料方面着手。 进入细胞后病毒的核酸将进行转录复制，在这一环节上我们若能研究出相 应的药物，使其类似病毒的核酸片段，将其整合于病毒的核酸内，使病毒发生 变异，就能使病毒失去致病作用。 理想的抗病毒药物应是只干扰病毒的复制而不影响正常细胞的代谢。但是， 由于病毒与宿主相互作用的复杂性，它们的复制周期和宿主细胞的功能是难分 的，所以凡能杀灭病毒的药物对宿主细胞都有较大的毒性。因此大多数抗病毒 药物在发挥治疗作用时都不太理想，会对人体产生毒性或抗病毒的作用较低。 这也是抗病毒药物发展速度较慢的原因。以h i v 为例，由于它可以潜伏于中枢神 经系统( c n s ) 的细胞中，在那里由于血脑屏障的保护作用，许多药物都不能通 过，即使某些药物可通过血脑屏障，但受h i v 损伤的脑细胞也不能再恢复，而且 继发于爱滋病的疾病如k s 、淋巴病和某些机会性感染，它们引起的并发症也很 难医治。 抗病毒药物的研究始于二十世纪五十年代 9 j ，b a u e r t 0 1 发现甲吲噻腙对小鼠 的牛痘感染有活性，经筛选后临床上用作预防天花，这是预防人类病毒性疾病 的第一个有效的化学合成药物。这是一次突破，它表明病毒性感染疾病的化学 防治是可能的。六十年代初发现了金刚烷胺( a m a n t a d i n e ) 【“，1 2 1 , 能特异性地 抑制甲型流感病毒，干扰r n a 病毒穿入宿主细胞，还能抑制病毒脱壳及核酸的 释放，可用于甲型流感的防治，它是第一个临床有效的抗流感甲型病毒药物， 对它的研究曾经盛行一时，合成了不少新衍生物，但除金刚烷胺及甲基金刚烷 胺外1 1 3 ，1 4 ，无获得临床承认。 图1 1金刚烷胺的盐酸盐 自从1 9 5 9 年第一个抗病毒的核苷类药物碘苷( i d u ) 问世以来 1 5 】，核苷类化 合物在抗病毒药物中占有相当重要的地位。在目前己上市的以及应用于临床的 抗病毒药物中，除少数化合物，如金刚烷胺和干扰素不是核苷类化合物外【16 1 ， 核苷类化合物占了相当大的比例，核苷类化合物是目前公认的最有抗病毒潜能 的化台物。 图1 2 碘苷( i d o x u r i d i n e ，2 - d e o x y - 5 - i o d o u r i d i n e ) 四、核苷类化合物的结构特点 核苷类化合物的共同结构特点是由糖基和碱基构成，其中糖基部分主要分为 环状糖和开环糖：碱基主要包括嘧啶类和嘌呤类。作为核酸的结构单元，核苷 参与了基因信息的保留、复制和转录的分子机制。在每个细胞中，d n a 所携带 的信息都要依赖于链中组成核苷的序列，而信息的传递则依赖于核糖核酸。鉴 于核苷和核苷酸在细胞生命中占有极为重要的地位，利用核苷类似物干扰肿瘤 细胞的生长和病毒的繁殖，成为化疗中的一个极有吸引力的途径。 核苷类化合物受到科学家们的重视是必然的。因为这类化合物是生物细胞 内核酸及其代谢物质的主要成分。由于病毒是在细胞内寄生的，其繁殖依赖于 寄生细胞的代谢过程，病毒特异编码的基因通过病毒和宿主细胞的酶系统，在 宿主细胞内复制、合成病毒的核酸、蛋白质和酶等成分，完成病毒的生物合成。 若将核苷的碱基或糖基的结构加以改造，使之与体内的核苷酸存在差异，利用 高等动物细胞生化代谢过程中的酶系统对底物的要求高于病毒，可对这些外来 的“假底物”加以 j 别，而病毒的“识别能力”则差一些，由于这些“假底物” 选择性参与病毒代谢过程，阻断病毒复制周期的某一环节，从而达到抑制病毒 繁殖、控制感染发展之目的。 山于早期抗病毒研究缺乏有关细胞和细胞免疫分子生物学的基础学科知识 司基凶重组技术，多年来可供临床选用的抗病毒治疗药物较少。现在，尽管已 经具备了关于病毒组成和复制的知识，己能鉴别特异的病毒核酸、病毒受体、 病毒编码酶和病毒附着所需的蛋白质，并发现了很多有抗病毒活性的化合物， 但是尚缺乏能在临床上应用的、可在病毒感染的潜伏期或急性期内杀灭病毒的、 有效而安全的抗病毒药物。 针对病毒增殖的特点和它们与正常细胞在代谢上的差异性是寻找高选择性 药物的主要途径吡馆】。目前的核苷类抗病毒药物主要是从以下两个方面出发： ( 1 ) 、酶抑制剂；( 2 ) 、d n a 链终止剂。许多抗病毒药物主要是病毒复制过程中重 要酶的抑制剂，与病毒基因组复制有关的酶可分为三大类：( a ) 病毒结构酶： 存在于病毒颗粒中，为某种病毒所特有。( b ) 病毒诱导酶：本身不存在于病毒 颖粒中，但当病毒感染细胞时，经转录和翻译产生。( c ) 细胞结构酶：来源于 细胞，病毒利用这些酶复制其本身。能够选择性干扰病毒复制过程中的任何一 个阶段的药物都有可能有抗病毒活性。已研制出一些能特异性干扰其中某一阶 段，从而终止病毒复制和侵染宿主细胞的核苷类抗病毒药物。 目前的研究集中于核苷类抗病毒药物的合成，对核菅类化合物的抗病毒机 理的研究还不很完全【1 9 l 。一般来说，核苷被摄入后经细胞激酶磷酸化后，作为 竞争性抑制剂与病毒酶( 聚合酶、转录酶、反转录酶) 结合，阻碍了酶与底物 的结合，从而起到抑制病毒复制的作用。 五、核苷类化合物的结构改造 核苷的结构改造可以从核苷的糖基和碱基两大部分着手，可用下图表示 1 糖基的改造 i n v e r s i o n s u b s t i t u t i o n0 r e l i m i n a t i o no f h y d r o y lg r o u p s 图1 3核苷的改造 核苷衍生物的抗病毒活性与糖基密切相关，为了筛选有更高活性的药物和改 进已知药物的药效、药理性质，并降低毒副作用，改造糖基就成为必由之路【2 0 。”， 糖基改造不仅可以在d 或l 一型呋哺糖基上进行，而且还可以将呋哺糖基变成吡 哺糖、四元氧杂糖、碳环型以及无环型，下面分别加以讨论： 1 1 环状糖苷衍生物 环状糖苷衍生物主要含有一个环状的糖残基，通常为b d 核糖( r ，= r 2 = o h ) 、2 b d 一脱氧核糖( r i = o h ，r 2 = h ) 以及2 ，3 一_ b d 二脱氧核糖( r i = r 2 = h ) 。它们通过c n 键与碱基杂环相连。无论碱基是尿嘧啶或胞嘧啶，大多 数衍生物都具有很高的抗疱疹病毒活性，如木糖、来苏糖的腺苷、胞苷、胸苷、 尿苷对h s v 1 均有很强的抑制作用。 核苷分子的糖环上功能基团多，因此改造的可能性和方式也比较多，具体又 可以分为以下几种： 1 1 1 呋哺糖型的改造 吠哺糖类核苷占了整个核苷化合物相当大的一部分。这一类改造可以在2 、 3 、4 、5 几个位置单独或同时进行，内容较多，可从以下几个方面进行总结： ( 1 ) 2 、3 或5 单独改造的d 或l 型核糖核苷 2 或3 单独改造的核糖核苷是核糖基的2 或3 位羟基被其他基团取代( 包 括2 一羟基由p 位转变为0 【位的阿糖核苷和3 羟基由p 位转变为o 【位的木糖核苷及 它们的取代) ，取代基主要有卤素，叠氮基，氨基，亚甲基，乙炔基，氰基，羟 甲基等2 7 ，2 8 】；5 位改造核糖变化类型与前两种脱氧核糖核苷有较大差别，除了 上述取代基类型外，还可以连接其他许多基团，如l 一羟基乙基，2 一羟基乙基等。 这类改造的核苷目前只有阿糖腺苷和单磷酸阿糖腺苷在临床上应用，另外，阿 糖型核苷如2 l 脱氧一2 l 叠氮或氨基阿糖核苷也显示出抗癌活性。 阿糖腺苷 2 阿, - 糖脱氧腺苷- 2 , 叠氮葑器藻菩氨基 图1 4有生物活性的2 单独改造核苷 。曾啦。窘。曾 ”- z t d d id d c o o n i h 2 。曾。h ：。曾叫3 。留 d d t d 4 tf d d a 图1 5有抗病毒活性的2 ，3 一二脱氧核糖核苷 nn17 m惫斟 如叠氮胸苷a z t 2 9 - 3 2 ( 抗m t 4 细胞中h i v 1 的i c 5 0 = o 0 0 8 a i ) ，二脱氧肌昔 d d l p s ，_ 脱氧胞苷d d c l 3 4 ，35 1 ( 抗m t 4 细胞中h i v 一1 f l q i c 5 0 = 0 0 0 1 川) ，二脱氧胸 苷d d t 3 6 。3 8 1 ( 抗m t 4 细胞 h i v 1 的i c 5 0 = 1 2 5 m ) 等。这类改造除了形成2 ，3 - 二脱氧核糖外，还可以形成2 ，3 一双键( 女l ：i d 4 t 3 9 4 4 1 抗m t 4 细胞中h i v 一1f f 9 i c s o ：0 0 5 州) 。并且在这两种情况下再发生取代，可以单独在2 ，3 或同时在2 ，3 加入取代基。取代基的类型也比较多，可以是卤素，叠氮基，氨基，硝基，羟 甲基，羰基等，女1 1 f d d a 4 5 抗m t 4 细胞中h i v 一1 的i c s o = 2 3 2 v l 。 ( 3 ) 4 一杂原子取代d 或l 型核糖核苷类 这类核苷是用杂原子取代4 一位的氧，其中以硫原子取代研究得最多5 “，其 次是氮原子陋叭1 。其他部位的改造包括前几种类型的各种脱氧和取代方式，但 均束发现活性特别好的化合物。 图1 64 一杂原子耿代核糖核苷 ( 4 ) 其他类型呋喃核糖核苷 这类核苷包括碱基连接在非正常碳原子上6 如或糖基的羟基与碱基形成环 状m6 ，以及2 位和3 一位羟基形成环等各种情况 6 6 ，6 7 1 。 n h g m d 图1 7 其他类型呋哺核糖核苷 1 i 2 二杂d 或l 型核糖核苷类 。玲 吲 这类化合物中糖基是山含两个杂原子的五员环构成的，例如临床应用于治疗 a i d s 的拉米夫定( 3 t c l 6 86 9 1 ) ，其抗m t 4 细胞中h i v 1 的i c 5 0 = 0 0 0 4 m 。另外 d i o x o l m l e 。t 也具有中等抗h i v 活性( 在a t h 8 细胞中e c 5 0 = 2 0 1 m ) 。( n n # n g 将在f 一章详细讨论。) 1 1 3 其他环型核糖核苷 这类核苷的糖基有吡哺环m 7 ”和四元氧杂环【7 2 , 7 3 1 ，碱基氮连接的碳原子位置 也可以发生变化，已证明7 一脱氧吡喃核苷对牛痘病毒及s i n d b i s 病毒显示定活 性。 h o 1 1 4 碳环类核苷 b = 腺嘌i i 孛 乌嘌吟 5 一碘尿嘧啶 胞嘧啶 胸腺啼啶 h o h ，c 图1 8 其他环型核糖核苷 碳环类核苷代表了一大类糖基改造核苷，碳环可以是六元环，血元环，四元 环和三元环，它们可以是饱和的，也可以是非饱和的等各种情况。其中以五元 碳环和四元碳环研究得最多，临床应用的前景较大，值得进一步研究。 ( 1 ) 五元碳环类核苷 这类核苷是将核糖基的氧换成碳，由于碳原子的引入，在该碳原子上可带有 羟基或其他基团，以及与临近的碳形成双键等更多的变化类型。目前有三类体 外活性较大的此类核苷：n e p l a n o c i na ，a r i s t e r o m y c i n n c a r n a2 - 脱氧核苷，其 他变化形式的核苷可视为它们的类似物。其中5 。亚甲基鸟苷( b m s 一2 0 0 4 7 5 ) 抗 1 1 b v 的e d 5 0 = 3 9 m ，细胞毒性c c s o = 2 1 1 2 0 9 m 。而w e l l c o m e 公司开发的n 6 一环丙基 一：，6 二氨基嘌呤一2 ，3 一双键核苷更为引人注目，其体外抗m t 4 细胞中h i v 一1 筘， a了_r。nj 0 i l 厂 。 m r 丫 日0 i c j o = 0 二6 州。 ( 2 ) 其他碳环类核苷 这类碳环核苷的糖基包括三元，四元和六元碳环，l o b u c a v i r ( 诺布卡韦) 是其中活性较大的一个，其抗h s v l 和h s v 一2 t 构i c 5 0 = o 0 2 o 0 4 州，抗h c m v 的 i c ：0 2 08 - 2 州，抗v z v 的i c s o = 00 2 0 0 8 u - m ，抗h i v 的i c 5 0 = 3 0 i t m 。 n e p l a n o c i na o ho h e 临：，s 潆露褊鑫i 擎 1 2 碳苷衍生物 c a r n a2 - 脱氧梭苷 图1 9一些典型的碳环类核苷 c 核苷是一类特殊的核苷，它的碱基杂环与呋喃糖环是通过c c 键相连，而 不是象天然核苷那样通过c n 键相连。此类化合物的合成一般针对性较强，大都 是为了要改进特定药物的严重缺陷而设计的，因此命中率较高，也有少数碳苷 来自自然界，其代表性的化合物及类似物有：溴乙烯脱氧碳苷【7 5 l 、腺嘌呤1 7 6 1 及 其类似物的碳苷7 ”。有关碳核苷的详细介绍将在第二章讨论。 1 3 开环核苷衍生物 丌环核苷也可以称为无糖环核昔，无糖环核苷是糖基改造中变化最大的一 种，可能是这类核苷在合成上难度相对较小，与碱基相连接的无环糖型基团可 nn 。富。 h h 两 峭千差万别。这些基团可以通过烷氧甲基与碱基相连，即相当于核糖核苷类开 环，也可以是烷基直接与碱基相连，相当于碳环核苷丌环；可以含有一个、两 个或三个羟基，而且还可以是羟基的衍生物，但是值得注意的一点是连接于碱 基的烷基的长度应不大于4 个碳原子，即一般为2 、3 或4 个，烷基链太长则活性 较差。自从无环鸟苷( a c v ) 【7 8 】问世以来，丌环核苷作为抗病毒药物已目益； 起人们的注意，近年来发表的研究报告也很多【7 9 - 8 ，新化合物的数目增长极快 抗病毒效果比较突出的化合物主要有以下二类： 1 3 1 鸟嘌呤丌环核苷 典型代表为阿昔洛韦( 无环鸟苷a c v ) ( 抗h c m v 的i c 5 0 = 5 0 7 州) ，更昔洛 韦 8 2 - 8 9 1 ( d h p g ) ( 抗h c m v 的i c 5 0 = 2 5 1 x m ) ，另外泛昔洛韦、万昔洛韦也具有很高 的抗病毒活性。 0 q 7 、 h 2 n n 儿n ， “。 0 4 阿恃洛韦( a c v )黼( d h p g 0 。：玲 州以，。j h h 泛昔洛韦 7 y 昔恪4 sd h b g 图1 1 0几种典型的鸟嘌呤开环核苷 1 9 8 4 年t i p p i e 等又合成了d h p g 的碳代化合物1 9 0 及其硫代化合物9 “。前者 ( 即喷昔洛韦) 对单纯疱疹1 型有特效，对2 型的效果则较差；后者的抗疱疹病 毒( h s v ) 与抗人类细胞巨化病毒( h c m v ) 作用与d h p g 相似，体内对感染疱 疹的鼠脑炎有降低死亡率的作用。d h b g l 9 2 9 ”也表现出显著的抗疱疹病毒活性， 在感染细胞中它可以选择性的抑制疱疹病毒d n a 的合成，并且未发现明显的细 胞毒性。 1 3 2 腺嘌呤丌环核苷 二羟丙基嘌呤9 孙( d h p a ) 、d e r i t a d e n i n e i 9 6 , 9 7 以及e n h a 隧9 9 1 均属于 。谱抗病毒剂。- 另3 p m e a ( 抗h c m v 酐j i c 5 0 = o 2 4 “m ) ，p m p a 等也具有很高的抗 病毒活性。其中后两个核苷已经形成单磷酸酯，不需要病毒胸苷激酶的初始磷 酸化作用，因此对于耐阿昔洛韦的病毒或缺乏胸苷激酶的病毒仍然具有活性。 图1 1 1典型的腺嘌呤开环核苷 此外4 氯代嘌呤的开环化合物也有一定的体外抗病毒活性，至于嘧啶的开 环核苷化合物曾有过不少报道，但至今未发现抗病毒活性很好的化合物。 2 碱基的改造 & 。州众o i l 婶n h 2 砷o 审吣 菠。州众婶婶印。 图1 1 2主要的几种碱基 在此五种碱基的基础上，人们已经合成了大量的碱基改造的核苷，其中不 1 6 & 叫 、。 痔。 眇唾 秘睡一 nkl，h、。篝= 乏有很好的抗病毒活性，成为临床的广谱抗病毒剂。 天然存在的五种碱基都为含氮杂环，这为人们合成修饰性的核苷提供了很 好的参考。碱基改造包括嘧啶环和嘌呤环取代型和它们的脱氮或氮杂型。根据 电子等排物的观点，在碱基上改造的取代基不能太大，主要是卤素( 氟、氯、 溴、碘) ，2 一卤代乙烯基、炔基，低级烷基，低级醇，杂芳基和2 一噻吩，2 一呋哺 基等，如果取代基太大则没有活性。 改造过的碱基从其结构特征看，可以分成以下几种类型： 2 i 六员含氮杂环碱基 最初人们对天然存在的碱基c 、t 、u 只是稍做改动，如早在6 0 年代初，有 人曾把t 中自9 c ：o 改为c = s ，以视其生理活性的变化。后来逐渐发展到用不同的 取代基来取代嘧啶环上的碳原予，这种情况主要在尿嘧啶环的5 位”】，女n i d u ， b v d u ，e d u 等；胞嘧啶环的5 位( r d c ) 及胸腺嘧啶环的6 位( r d t ) 。5 位一卤代 尿嘧啶由于卤素氟原子半径与氢接近，可作为尿嘧啶替代物，氯和溴原子半径 与甲基相近，可作为胸腺嘧啶的替代物，当它们嵌入d n a 或r n a 链时，生物遗 传物质发生变化，从而干扰病毒的合成。碱基脱氮或氮杂改造主要是嘧啶环3 一 位脱氮以及5 位的氮杂。 r = ii d u 箩c h c h b r b v d u r d c r d t r = e t d u 图1 1 3嘧啶环上不同位置的取代 b v d u 1 0 1 】曾被认为是最有效的抗病毒的噻啶核苷之一( 抗h s v 一1 的e d i 。0 0 2 l g m l ，抗h s v 一2 的e d s o = 2 p g m l ，抗v z v 的e d 5 0 2 0 0 0 6 0 0 0 7 p g m l ，抗h v p 的e d 5 0 0 0 2 g m 1 ) 。在它的四种异构体中，e 一构型( e t 或e c ) 是有效的，它们的合成 也一度成为人们研究的热点，后因其具有致癌性而未能进入临床应用。 2 2 双环碱基 h o ￥ o8 “￥，n。v n i 卧。文n 出洲b 叫 图1 1 4l - b v d u 的四种异构体 早期合成的双环碱基核苷类似物如下图化合物1 和2 f 1 0 2 ，1 03 1 ，近期文献报道有 一类新的具有抗h i v 活性的嘌呤核苷，它的取代主要是在嘌呤环的2 位和8 位上 进行( 化合物3 ) 。碱基脱氮或氮杂改造主要是嘌呤环的7 位脱氮和8 位氮杂。 2 3 多环碱基 o h0 h 1 图1 1 5 r n 3 2 碱基为双环的核苷 下图列出了一些典型的多环碱基核苷类似物1 0 4 ，】，其e e t c n 是s c h r a m 和 t o w n s e n d 于1 9 7 1 年合成n t l0 6 1 ，己证明它具有潜在的抗肿瘤活性。 图1 1 6典型的多环碱基 扩b 叫一 洲衙 汐 叫拨叔避攫 i铡 ) 3 糖基和碱基同时改造的核苷类 糖基和碱基同时改造是核苷抗病毒药物发展的一个重要方面( 不包括碱基 改造的无环核苷) ，虽然仅对碱基进行改造得到了一些具有活性的核苷，但真 f 应用于临床的却不多。通过对糖基和碱基的同时改造，可以使合成的核苷与 天然的核苷的差别加大，往往能够增加药物的抗病毒谱，相应的降低了其毒性。 但是进行这种双改造时，碱基和糖基上引入的取代基都不能太大，否则活性降 低或无活性。这类化合物的研究也进行得相当多，所得的应用于i 临床上的药物 也较多1 。7 ，m 】，其结构可以是以上所有改造糖基和改造碱基的任意组合。其中较 突出且在临床试用的有氟碘阿糖胞苷( f i a c ) 1 0 9 】，它不仅对疱疹病毒( h s v ) 具有潜在的活性，而且对乙肝病毒( h b v ) 、水痘带状病毒( v z v ) 、人类细 胞巨化病毒( h c m v ) 、艾博拉病毒( e b v ) 等都具有很强的抑制作用，它的 出现为全身用药提供了有利条件。另外2 l 脱氧一2 一氟代亚甲基一5 碘尿苷 ( m d l ) 也表现出较强的抗病毒活性( 抗h s v l 和抗h s v - 2 的i c 。在2 3 9 8 9 m 范围 内，抗h c m v 的i c 5 0 = 0 , 0 1 2 i t m ) 。 h 图1 ，1 7糖基和碱基同时改造的核苷 六、现有核苷类抗病毒药物及其特点 m d l 病毒是最小的生物病原体。一种病毒可引起多种疾病，一种病症也可由多种 病毒引起，病毒可随感染机体条件不同而引起不同的疾病。现在人类免疫缺陷 病毒( h i v ) 和埃博拉病毒( e b v ) 已成为全人类药物工作者重点公关的目标。 核苷类抗病毒药是近年来发展较快的一一类抗病毒药，也是目前公认最有抗 叫。 o 债毒潜能的药物，虽然这类药物还不是很完善，但由于临床上缺乏其它更有效 而安全的抗病毒药物，冈此核苷类抗病毒药物成为抗病毒药物的主流。有抗病 毒活性的核苷类化合物主要包括嘧啶类和嘌呤类，现已迸a r l m 床的药物有数十 种之多。 1 嘧啶类 1 1 碘苷( i d o x u r i d i n e ，i d u )又名疱疹净，是较老的核苷类药物，作用机制 是阻止病毒d n a 合成，抑制病毒基因组复制。能与脱氧胸苷竞争磷酸化酶及阻 止三磷酸胸苷聚合成d n a ，抑制病毒繁殖或失去活性。只对d n a 病毒有效，如 h s v * 口牛痘病毒，但对r n a 病毒无效，临床主要用于单纯疱疹病毒( h s v ) 性 角膜炎及其他疱疹性眼病。 1 2 阿糖胞苷( c y t o s i n ea r a b i n o s i d e ，a r a - c ) 在体内经激酶磷酸化转化成活性型 而发挥作用，能显著抑制d n a 聚合酶活。幽：f l d n a 复制，对r n a 和蛋白质无显著 作用。曾用于疱疹病毒型脑炎及滴眼治疗疱疹型角膜炎，因毒性和刺激性较大， 现主要用于白血病的治疗。环胞苷( c y c l o c y t i d i n e ) 为a r a - c 的缩水化合物，在体 内转化成a r a ，c ，作用与a r a ，c 相似，n n 作用相对较轻，故眼膏和滴眼剂仍在 使用。 1 3 齐多夫定( z y d o v u d i n e ，a z t ) 为爱滋病治疗药，作用机制是抑制人类免 疫缺陷病毒( h i v ) 的逆转录酶，减少病毒复制。能延长爱滋病患者的生存时i 到， 推迟h i v 感染者进展为爱滋病患者。主要毒副作用是骨髓抑制，已发现抗叠氮脱 氧胸苷毒株。 14 扎西他滨( z a l c i t a b i n e ，d d c )具有使病毒d n a 链终止的作用，是与a z t 类似 的抗爱滋病药物，对骨髓的抑制作用较轻。但可能出现周围神经病变或胰腺炎 等副作用。主要用于对a z t 不能耐受的患者。 1 5 拉米夫定( 1 a m i v u d i n e ，l m v ，3 t c ) 是英国葛兰素威廉公司开发的核苷类 2 0 药物，对逆转录酶有强的抑制作用，最初用于爱滋病的抗病毒治疗，后来发现 它对乙型肝炎病毒( h b v ) 复制中的逆转录过程抑制作用十分显著。作用机制 是拉米夫定在细胞内代谢生成拉米夫定三磷酸盐、与脱氧胞嘧啶核苷( d c t p ) 竞 争进入合成的d n a 链，使其不能延伸而终止复制。l m v 在大幅度降低病毒含量 和抗原的同时，可使长期处于对h b v 耐受的t 细胞功能得以激活从而加强对h b v 的清除作用，我国已于1 9 9 9 年引进该药。 1 6 其他属于嘧啶核苷类的抗病毒药尚有氟碘阿糖胞苷( n u o r o i d o a r a c y t i d i n e ) 、 三氟胸苷( t r i f l u r i d i n e ) 、司他夫定( s t a v u d i n e ，d 4 t ) 等。司他夫定( d 4 t ) 是一种胸 苛类似物，经细胞激酶磷酸化为司他夫定三磷酸盐，且有活性作用，它与脱氧胸 苷三磷酸盐竞争，导致d n a 链复制中止。 2 嘌呤类 ! 1 阿糖腺苷( v i d a r a b i n e ，a r a a )在体内转化成三磷酸阿糖腺苷