呋村氮氧化氮供体的研究进展

呋村氮氧化氮供体的研究进展

20世纪80年代，发现引起血管扩张的内源性扩张因子（edf）是氧气氮（no），阐明了硝化甘醇（硝化甘醇）扩张血管和缓解心绞痛的机制。自此,NO引起了药学研究者的广泛兴趣并对其进行了大量研究。人体内源性NO是由NO合酶(NOS)催化L-精氨酸而产生,其作为生物信使或效应分子在体内发挥重要的生理作用,其生成不足或相关信号通路传导异常可诱发多种疾病。因此,NO及其相关化合物的研究已成为新药发现的重要策略之一。NO供体是指在体内经酶或非酶作用而释放NO的化合物,其作为NO的体内运输及贮存形式,可延长NO半衰期。NO供体型药物主要是指将结构和疗效确切的药物分子或其片段直接或通过一定的连接基团(spacer)与能释放NO的分子片段连接而形成的偶联物,在体内释放的NO可与药物产生协同作用或降低药物的毒副作用。现已发现多种不同结构类型的NO供体,除了研究较多的有机硝酸酯和亚硝酸酯、偶氮二醇盐等外,呋咱氮氧化物(furoxans,1)也已成为一类重要的NO供体,其又名1,2,5-二唑-2-氧化物(1,2,5-oxadiazole-2-oxide),具有杀菌、降压、抗肿瘤、抗惊厥等活性,广泛应用于医药研究领域。呋咱氮氧化物对酸、碱均较稳定,环上3、4位可连接相同或不同基团,也可与其他环骈合(如苯并呋咱),形成不同衍生物。其进入体内后,在巯基化合物(RSH,如半胱氨酸)作用下,可释放NO,其机制如图1所示。由图1可见,在体内,巯基化合物对呋咱氮氧化物的3或4位进行亲核加成,形成加成产物(a或b),再经开环形成亚硝基衍生物(c或d),并进一步生成另一亚硝基衍生物(e或f)和亚硝酰基阴离子(nitrosoylanion,NO-),前者可作为终产物排出体外,也可继续水解或硫解,而后者经氧化形成NO;亚硝基衍生物d还可与硫醇作用,生成S-亚硝基硫醇(g),然后裂解生成NO。值得一提的是,呋咱氮氧化物在游离巯基和巯基阴离子作用下均可释放NO,而经典的硝酸酯类NO供体需在游离巯基作用下才可释放NO;由于体内游离巯基基团分布很广,因此,呋咱氮氧化物可在多种组织或器官中通过非酶催化途径释放NO而产生生物活性。本文对具不同药理作用的呋咱氮氧化物类NO供体型药物的研究进展作一综述。1化合物的抗炎活性炎症通常为具有血管系统的活体组织对局部损伤的反应,是机体的正常免疫反应,常伴有局部血流量增多、部分组织血管扩张、白细胞渗出增多等症状,且过度的炎症反应还会造成机体的严重损伤。NO作为体内重要递质,可促发一系列生理过程,产生抗炎作用。例如,NO可在鸟苷酸环化酶催化下,促进三磷酸鸟苷(GTP)转化为环磷酸鸟苷(cGMP),后者可调节血管张力,抑制血小板聚集,产生抗炎效应。房雷等以氢化可的松(Hyc)为母体药物,考虑到其21位成酯后并不影响其抗炎活性,因此,在其21位通过丁二酸酐与呋咱氮氧化物相连,得到化合物2和3,并在二甲苯致小鼠耳肿胀模型实验中,以Hyc为阳性对照,0.5%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)溶液为阴性对照,分别将化合物2和3与阳性药等摩尔剂量(0.04mmol·kg-1)灌胃给药,以肿胀抑制率评价其抗炎活性。结果显示,化合物2和3的肿胀抑制率分别为42.86%和49.56%,Hyc为69.03%。而在棉球诱导的大鼠肉芽组织增生模型实验中,以Hyc(0.06mmol·kg-1·d-1)为阳性对照,将化合物3分别以0.03、0.06、0.09mmol·kg-1·d-1剂量连续灌胃给药7d,以肉芽组织增生抑制率评价其抗亚急性炎症活性。结果显示,化合物3的低、中、高3个剂量组的肉芽组织增生抑制率分别为8.12%、24.32%、27.3%,其中剂量组的抑制率高于同剂量Hyc组(16.22%)。由此可见,具饱和长直链烷烃取代的此呋咱氮氧化物类NO供体型药物有较好的抗炎活性,其直链长度以3~5个原子最为适宜。究其原因,可能是由于具有一定长度的直链烷烃空间位阻较小,有利于体内酯酶作用而易于分解产生NO,导致药物抗炎活性增强。项光亚等制备了一系列呋咱氮氧化物与非甾体抗炎药奥丙嗪(Oxa)或阿司匹林偶联的衍生物(4~9),并在二甲苯致小鼠耳肿胀模型实验中,分别以Oxa(9.0mg·kg-1)和阿司匹林(8.6mg·kg-1)为阳性对照,0.5%CMC-Na溶液为阴性对照,将制得的偶联衍生物灌胃给药,以肿胀抑制率评价其抗炎活性。结果显示,衍生物4(9.0mg·kg-1)、5(9.0mg·kg-1)和6(8.6mg·kg-1)给药组的肿胀抑制率分别为34.5%、39.3%和40.5%,均高于Oxa给药组的28.6%;化合物7(9.2mg·kg-1)和8(9.6mg·kg-1)给药组的肿胀抑制率分别为38.1%和40.4%,也高于阿司匹林给药组的33.3%,化合物9(9.4mg·kg-1)给药组的肿胀抑制率为32.1%,与阿司匹林给药组相当。构效关系研究显示,具一定长度(4~5个原子)的直链烷烃取代的此偶联衍生物的抗炎活性更强。王未东等将呋咱氮氧化物引入氟罗布芬,合成了化合物10和11,并在二甲苯致小鼠耳肿胀模型试验中,以氟罗布芬为阳性对照,0.5%CMC-Na溶液为阴性对照,将化合物10和11灌胃给药,以肿胀抑制率评价抗炎活性。结果显示,化合物10和11与氟罗布芬等摩尔剂量给药后的肿胀抑制率相当,分别为36.56%、31.91%与37.77%。且大鼠实验显示,化合物10和11的胃肠不良反应明显少于氟罗布芬,表明氟罗布芬引入呋咱氮氧化物后可降低胃肠不良反应。2呋吾氧化物衍生物的活性NO在维持血管张力、调节血压及血流量等方面起着十分重要的作用。近年来,人们将呋咱氮氧化物类NO供体通过连接基团与已知的心血管药物偶联,研发出一系列可改善心血管系统功能的NO供体型杂合衍生物。沙坦类药物是一类新型血管紧张素Ⅱ(AngII)受体拮抗剂,主要拮抗AngII的AT1亚型受体。为了增强沙坦类药物的抗高血压活性,Zhang等将洛沙坦类似物(12)作为母体药物与呋咱氮氧化物偶联,合成了一系列化合物,其中化合物13(IC50=2.04nmol·L-1)和14(IC50=1.58nmol·L-1)对AT1受体的拮抗活性与洛沙坦(IC50=1.99nmol·L-1)相近或更强,推测该类化合物因引入3碳或4碳饱和直链取代的呋咱氮氧化物而活性增强。血小板聚集是正常凝血机制中的一个关键环节,然而在病理过程中,血小板的黏附、聚集、释放往往导致血栓的形成。研究表明,NO具有抑制血小板聚集和舒张血管的活性。周洲等将具有抗血栓作用的母体药物阿司匹林与呋咱氮氧化物通过阿魏酸相连,合成了化合物15~18,并在体外全血血小板聚集实验中,以血小板聚集抑制率为指标,比较了化合物15~18与阳性对照药阿司匹林在相同浓度(50μmol·L-1)下的体外抗血小板聚集活性。结果显示,化合物15~18的血小板聚集抑制率分别为12.1%、19.8%、14.7%和15.7%,与阿司匹林(14.7%)相当或更高。而在大鼠体内血小板聚集试验中,以5%CMC-Na溶液为阴性对照,将化合物15~18与阳性对照药阿司匹林等摩尔剂量(1.67×10-4mol·kg-1·d-1)连续灌胃给药5d,结果测得,化合物15~18的血小板聚集抑制率分别为43.8%、37.2%、28.3%和39.6%,均高于阿司匹林(28.0%)。提示,该类化合物中NO的释放增强了母体药物的抗血小板聚集活性。NO可通过舒张血管、抑制内皮素等缩血管物质分泌、抑制血小板凝集和黏附因子表达等多种途径发挥抗动脉粥样硬化作用,而毒蕈碱的M受体激动剂槟榔碱可激活血管内皮细胞乙酰胆碱靶标(theendotheliumtargetsforacetylcholine,ETA),产生类似乙酰胆碱的血管舒张作用,从而保护内皮细胞,防治动脉粥样硬化。黄胜堂等将呋咱氮氧化物通过桥连接基团与槟榔碱的N-甲基-四氢吡啶环结合,制备了18个槟榔碱类似物,并采用离体血管环实验,以氯化乙酰胆碱为阳性对照,血管舒张率为指标,考察了这些类似物(10-5mol·L-1)对具完整内皮的大鼠胸主动脉血管的舒张活性。结果显示,这些类似物的舒血管活性均强于槟榔碱,其中类似物19~21的血管舒张率分别为85%、88%和85.17%,均高于氯化乙酰胆碱(73%)。构效关系研究显示,具较长饱和直链取代的此类呋咱氮氧化物偶联物有较好的舒血管活性。3各组小鼠体内细胞的致死率及体外毒性尽管NO在肿瘤进展中的作用机制尚不十分清楚,但一般认为,体内持续低浓度的NO可促进细胞生长,抑制细胞凋亡,而高浓度的NO则可产生细胞毒性,诱导肿瘤细胞凋亡,阻止肿瘤细胞的扩散和转移;且与正常细胞相比,肿瘤细胞对NO更加敏感。因此,人们尝试利用呋咱氮氧化物作为NO供体,设计合成抗肿瘤药物。齐墩果酸(OA)具有抗炎、抗病毒等多种生物活性,其给药后主要在肝脏分布和代谢。据此,Chen等以OA为先导化合物,设计合成了数个呋咱氮氧化物偶联物(22~26),以期获得肝脏肿瘤靶向药物。对人肝癌HepG2细胞进行的毒性实验显示,偶联物22~26具有明显的细胞毒性,且呈浓度依赖性,其中在1μmol·L-1浓度下,偶联物23对HepG2细胞的致死率达100%,偶联物22、24、25、26的致死率分别为67.41%、98.16%、95.63%和74.53%,而OA则未显现细胞毒性。体内毒性实验显示,连续3d给小鼠静注偶联物23(50mg·kg-1·d-1)后,在14d观察期内未见小鼠死亡,也未见其体重及行为出现异常;而给荷瘤的NOD/SCID小鼠静注本品(15mg·kg-1)后,小鼠体内肿瘤生长受到明显抑制,其中在小鼠植入人肝肿瘤细胞Hep3b后35d,给其静注本品,抑瘤率达65%。提示,OA的3位与具4~6原子的碳链取代的呋咱氮氧化物相连所得偶联物的抗肿瘤活性增强,其中以具有支链取代的呋咱氮氧化物偶联物的活性最强。研究表明,AngII参与了血管再生以及细胞增殖和转移,提示其可能与肿瘤的形成有关;且AT1受体的激活可诱导肿瘤细胞增殖。因此,阻断AT1受体有可能抑制肿瘤细胞的增殖。AngII受体抑制剂厄贝沙坦(irbesartan)类似物(27)与AT1受体具有高度亲和力,提示该类化合物可能具有抑制肿瘤增殖活性。Zhang等将化合物27与呋咱氮氧化物偶联,得到一系列衍生物(28~32),并用MTT法检测其体外毒性。结果发现,衍生物28~32对人肝癌细胞BEL7402的抑制活性均比母体化合物27(IC50=25.9μmol·L-1)强,IC50分别为18.7、19.1、12.5、23.4和15.1μmol·L-1。表明,引入具不同长度碳链的呋咱氮氧化物后,厄贝沙坦类似物的抗肿瘤活性增强。联苯双酯有抗肝炎、抗HIV、抗菌等活性,近年来又发现其具抗肝肿瘤活性。Kong等以联苯双酯为母核,合成了一系列与呋咱氮氧化物偶联的联苯双酯衍生物,并在HepG2细胞毒性实验中,以5-氟尿嘧啶(5-FU)为阳性对照,考察了这些衍生物的抗肿瘤活性。结果发现,其中衍生物33~38的IC50分别为1.21、3.79、2.44、5.15、1.49、7.10μmol·L-1,细胞毒性明显强于5-FU(IC50=15.92μmol·L-1)。由此可见,引入具长链桥联结构的呋咱氮氧化物,可增强联苯双酯的抗肿瘤活性。4衍生物活性研究NO供体型药物在治疗动脉粥样硬化、高血压等疾病过程中,往往导致体内活性氧簇(ROS)的增加,而维生素C(39)则能清除体内ROS,减少低密度脂蛋白的氧化、硫醇类的损耗和NO氧化成硝基化合物。因此,将维生素C与NO供体偶联,有可能通过维生素C的作用来削弱NO发挥药效的“障碍”,进而改善NO供体型药物的治疗效果。Cena等分别在维生素C的3和2位羟基上偶联呋咱氮氧化物,得到一系列衍生物(40~42),并在Fe3+-ADP/NADPH诱导的大鼠肝细胞过氧化模型实验中,用硫代巴比妥酸法监测氧化过程,以IC50值为指标,考察了这些衍生物在大鼠肝细胞中的抗氧化活性。结果显示,衍生物40和41的IC50分别为17和80μmol·L-1,抗氧化活性强于2位偶联的衍生物42(IC50=392μmol·L-1)。由此可见,维生素C的3位与呋咱氮氧化物偶联可获得更强的抗氧化活性,故此偶联物可作为相关治疗药物的先导物而加以进一步的修饰与改造。NO还具有舒张支气管和诱导气道炎性细胞凋亡的作用,而血栓素A2(TXA2)受体拮抗剂塞曲司特(seratrodast)是近年上市的抗哮喘药物。张治国等将塞曲司特作为母体药物与呋咱氮氧化物偶联,合成了化合物43~45,并在抗乙酰胆碱-组胺致豚鼠哮喘模型试验中,以CMC-Na为阴性对照,1.25mg·kg-1塞曲司特为阳性对照,化合物43~45均以与塞曲司特等摩尔浓度的剂量静注给药,以1h后豚鼠引喘潜伏期为指标,考察化合物的抗哮喘活性。结果显示,化合物43~45能较塞曲司特更显著延长豚鼠引喘潜伏期(62、18、27svs10s),其中化合物43活性最好。表明,此类偶联化合物中连接基团越短者,其抗哮喘活性越强。5o-ns东南角由于NO具