（应用化学专业论文）多取代杂环化合物的合成及生物活性研究.pdf

中文摘要微管是成功治疗肿瘤的药物靶点之一，在维持和发展细胞形态、细胞内物质运输、细胞内信号传导、细胞分裂等方面发挥重要作用。以微管为靶点的药物，既可引起微管功能障碍和细胞凋亡；又可作为肿瘤血管阻断剂，阻断血管对肿瘤的营养供给。以微管为作用靶点的现有药物按其结合位点分为3 类：长春花生物碱类、紫杉醇类及秋水仙碱类。前两类均来自天然产物或其衍生物，固有的大分子结构使得难以全合成，且副作用较大。因此，化学结构相对简单的秋水仙碱及其类似物b i 起人们的广泛关注。本文主要对以下几个方面的工作进行了研究：1 对已知的秋水仙碱结合位点的微管微丝抑制剂进行s a r 研究，设计了含有不同特征取代基的三个系列的多取代杂芳环化合物。2 以邻溴苯酚为原料，经历( ) 一烷基化、傅氏酰基化、羰基化合物d 一卤代反应，得到旺一溴代芳酮化合物；以不同烷氧基取代的苯甲醛为原料，经历与溴乙烷格氏试剂反应、j o n e s 氧化反应得到芳酮化合物；再与另一分子d 一溴代芳削两两偶联，共合成8 个重要1 , 4 一二芳基一2 ，3 一二甲基一1 ，4 一丁二酮中问体。3 以1 ，4 一二芳基一2 ，3 一二甲基一l ，4 一丁二酮为原料，分别与氯化氢的干燥甲醇溶液、l a w e s s o n 试剂、乙酸铵、甲胺冰醋酸或正丁胺冰醋酸在一定的条件下脱水环化，发生p a a l k n o r r 反应而得到2 , 5 一二芳基一3 ，4 一二甲基呋晡、噻吩、吡咯及一烷基吡咯化合物。共合成3 9 个多取代的杂芳环目标物，其中3 7 个为未见文献报道的新化合物，其结构经核磁共振氢谱和碳谱确证。4 以多取代杂环化合物为原料，在催化剂p d c l 2 ( d p p 0 、配体d p p f 及碱t - b u o n a作用下，与各种取代胺( 脂肪伯胺、脂肪仲胺、芳香伯胺及e d g 一芳香伯胺)发生偶联反应而得到含有不同取代胺基的多取代杂环目标物。共合成了3 8个不同取代胺修饰的多取代杂芳环目标物，均为未见文献报道的新化合物，结构经核磁共振氢谱和碳谱确证，并选取目标物1 1 2 进行x 一射线衍射分析得到了晶体结构的数据。5 对所合成的目标物进行初步生物活性评价。对体外人乳腺癌m c f 一7 细胞株的抗肿瘤试验发现个别化合物活性几乎与紫杉醇相当；对人p b m ( 外周血单核细胞) 的抗h i v - 1 及细胞毒性试验发现所设计的化合物具有一定的抗h i v - 1活性，且细胞毒性较小。关键词：微管，微管微丝抑制剂，秋水仙碱，多取代杂环，p a a l k n o r r ，p d c l 2 ( d p p ) ，d p p f ，h 1 v 一1a b s t r a c tm i e r o t u b u l e sa r ea m o n gt h em o s ts u c c e s s f u lt a r g e t sf o rc a n c e rc h e m o t h e r a p y t h e ya r ei m p o r t a n ti nm a n yc e l l u l a rp r o c e s s e ss u c ha st h ed e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c eo fc e l ls h a p e ，t r a n s p o r to fc o m p o n e n t st h r o u g hc e l l s 。c e l ls i g n a lt r a n s d u c t i o n ，a n dc e l ld i v i s i o n m i c r o t u b u l e - t a r g e t e dd r u g sc a nl e a dt om i t o t i cb l o c ka n dc e l la p o p t o s i s ，a n ds o m ea l s oc a na c ta sv a s c u l a r - t a r g e t i n ga g e n t s ，d e p o l y m e r i z i n gm i c r o t u b u l e so fn e w l yf o r m e dv a s c u l a rt os h u td o w nt h eb l o o ds u p p l yt ot u m o u r st h em i c r o t u b u l e t a r g e t e da n t i m i t o t i cd r u g sa r eu s u a l l yc l a s s i f i e di n t ot h r e em a i ng r o u p s ，v i n c aa l k a l o i d s ，p a c l i t a x e l s ，a n dc o l c h i c i n e sd o m a i n t h ev i n c aa l k a l o i d sa n dp a c l i t a x e l s ，w h i c ha r ef i r s ti s o l a t e df r o mn a t u r a lp l a n t s ，a r ed i f f i c u l tt oo b t a i nb yt o t a ls y n t h e s i s 懿w e l la st h e i rs e r i o u ss i d ee f f e c t so fn e u r o t o x i c i t ya n dm y e l o s u p p r e s s i o n a sar e s u l t ，c o l c h i c i n e sa n di t sa n a l o g u e sh a v eg e n e r a t e dc o n s i d e r a b l ei n t e r e s td u et os i m p l ea n ds m a l lm o l e c u l es t r u c t u r e t h ew o r kf o l l o w i n gh a sb e e nc a r r i e do u ti nt h i sp a p e r1 t h ed e v e l o p m e n ta n ds a ro f m i c r o t u b u l e - t a r g e t e da g e n t st h a tb i n dt oc o l c h i c i n e sd o m a i na r er e v i e w e da n dt h r e es e r i e so ft a r g e tc o m p o u n d sw i t hd i f f e r e n ts u b s t i t u t e dg r o u p sa r ed e s i g n e d 2 o - b r o m o p h e n o lw a sa l k y l a t e db ya l k y lh a l i d e sf o l l o w e dv i aa c y l a t i o nw i t hp r o p i o n y lc h l o r i d ea n db r o m i n a f i o nw i t hb r o m i n ei nr e f l u x i n gc h l o r o f o r mt oa f f o r d 旺一b r o m o a r o m a t i ck e t o n e ；m u l t i - a l k o x y b e n z a l d e h y d e sw e r et r e a t e dw i t hg r i g n a r dr e a g e n tf r o mb r o m o e t h a n e t h e no x i d i z e dw i t hj o n e sr e a g e n tt og i v ea r o m a t i ck e t o n e d e p r o t o n a t i o no fa r o m a t i ck e t o n eb ys o d i u ma m i d ei nl i q u i da m m o n i aa n dc o n s e q u e n ta l k y l a t i o nw i t h 一b r o m o a r o m a t i ck e t o n ep r o d u c et h ek e yi n t e r m e d i a t e sf o rt a r g e tc o m p o u n d s 】，4 - d i a r y l 一2 ，3 一d i m e t h y l - 1 ，4 一b u t a n e d i o n e s 3 d i k e t o n e sw e r et r e a t e dw i t hd i v e r s ec y c l i z a t i o nr e a g e n t su n d e rd i f f e r e n tr e a c t i o nc o n d i t i o n st oa f f o r dm u l t i s u b s t i t u t e dh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s 1 ，4 - d i c a r b o n y l sw e r ec y c l i z e dt om u l t i s u b s t i t u t e df u r a n s ，t h i o p h e n e s ，p y r r o l e so rn - a l k y lp y r r o l e su p o nt h e i rt r e a t m e n tw i t hh y d r o c h l o r i ca c i d m e t h a n o ls o l u t i o ni nd i c h l o r o m e t h a n el a w e s s o nr e a g e n t ，a m m o n i u ma c e t a t eo ra l k y la m i n e a c e t i ca c i d ，r e s p e c t i v e l y t h i r t y n i n et a r g e th e t e r o c y c l e sw e r eo b t a i n e da n dt h i r t y - - s e v e no ft h e ma r ef l e wc o m p o u n d st h et a r g e tc o m p o u n d sw e r ec o n f i r m e db y h n m ra n d ”c n m r n4 m u l t i s u b s t i t u t e dh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d sw e r ec o n v e r t e dt oc o r r e s p o n d i n ga m i n e c o n t a i n i n gt a r g e tc o m p o u n d sw i t hd i v e r s es u b s t i t u t e da m i n e sv i at h ep a l l a d i u m c a t a l y z e dc o u p l i n gr e a c t i o nu n d e rt h ec a t a l y s to fp d c l 2 ( d p p f ) ，t h el i g a n do fd p p f , a n dt h eb a s eo ft - b u o n a a m i n e s ，i n c l u d i n ga l k y la m i n e s( m e t h y l a m i n e ，n - p r o p y l a m i n e ，n - b u t y l a m i n e ，a n db e n z y l a m i n e ) ，s e c o n d a r ya m i n e s( n , n - d i e t h y l a n a i n e ，p y r r o l i n e ，p i p e r i d i n e ，a n dm o r p h o l i n e ) ，a r o m a t i ca m i n e s( a n i l i n e ，4 - m e t h y l a n i l i n e ，4 - m e t h o x y a n i l i n e ，a n d4 - c h l o r o a n i l i n e ) ，a n de d g a n i l i n e s( 2 一m e t h o x y a n i l i n e ，4 一e t h o x y a n i l i n e ，3 , 4 一d i m e t h o x ya n i l i n e ，3 ，4 ，5 一t r i m e t h o x y a n i l i n e ，a n d4 - b e n z y l o x y a n i l i n e ) ，w e r er e a c t e dw i t hb r o m i n e - c o n t a i n i n gh e t e r o c y c l ec o m p o u n d st og i v et h i r t y - - e i g h tn o v e la m i n e c o n t a i n i n gh e t e r o c y c l ec o m p o u n d s ，w h i c hw e r ec o n f i r m e db y1 h n m ra n d”c n m r t h ec o m p o u n d1 1 2w a sa l s oi d e n t i f i e db yx - r a yc r y s t a l l o g r a p h y 5 s o m eo ft a r g e tc o m p o u n d sw e r ee v a l u a t e dt h e i ra n t i c a n c e ra n da n t i v i r a la c t i v i t i e si nv i t r o s e v e r a lh e t e r o c y c l ec o m p o u n d ss h o w e dg o o da n dp o t e n ti n h i b i t i o nt om c f 一7a n do n eo ft h e mw a sf o u n dt ob ea l m o s ti d e n t i c a la c t i v i t yt op a c l i t a x e l s e v e r a lc o m p o u n d sw e r ef o u n dp o s s e s s i n gc e r t a i na n t i h i v - 1e f f i c a c ya sw e l la sl o wc y t o t o x c i i t i e s k e yw o r d s ：m i c r o t u b u l e ，m i c r o m b u l e t a r g e t e da g e n t s ，c o l c h i c i n e ，m u l t i s u b s t i t u t e d h e t e r o c y c l e s ，p a a l k n o r r ，p d c l z ( d p p f ) ，d p p f ，h i 、l 】1 1 1独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和墩得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼盔堂或其他教育机构的学位或证书雨使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名孟幽签字吼彻厂年彳月蝴目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名磁幽j导师签名：么稼签字同期：哆年多月) & 日签字目期：坷年占月坩同第一章文献综述1 1 弓l 言第一章文献综述肿瘤是危害人类健康最重要的疾病之一。据世界卫生组织( w h o ) 最新报道，全球平均每年死于恶性肿瘤者达6 9 0 万人，新发病例为8 7 0 万，且这一数字还在逐年增加。2 0 0 0 年，全球死于癌症的入数超过6 0 0 万人，新增癌症患者约1 , 0 0 0 万人。预计到2 0 2 0 年，全球每年死于癌症的人数将达1 , 0 0 0 万，每年新增癌症病人1 ，5 0 0 万，癌症将成为新世纪人类的第一杀手。我国癌症发病人数也呈上升趋势。2 0 世纪7 0 年代初，我国癌症发病人数为9 0 万，死亡7 0 万人：2 0 世纪9 0 年代初的发病人数增至1 6 0 万，死亡1 3 0 万人。2 0 0 0 年，癌症发病人数约1 8 0 万2 0 0 万，占世界总数的五分之一，死亡人数1 4 0 万1 5 0 万，占世界总数的四分之一。因此，探索根治肿瘤的方法和药物，是二十一世纪各国科学家必须解决的重大课题。1 2 肿瘤知识背景肿瘤( c a n c e r , t u m o r , n e o p l a s m ) 是局部组织的细胞异常增生而形成的新生物，它常表现为局部肿块。按其对人体的危害程度，一般分为良性肿瘤和恶性肿瘤两类”。通常所说的肿瘤多指恶性肿瘤。1 2 1 肿瘤的治疗手段为解除恶性肿瘤对人类健康的严重威胁，世界各国对肿瘤研究及其治疗都给予高度重视和巨额投资，使得肿瘤治疗已从传统的放射、手术及化学治疗发展到有生物治疗及分子生物学领域的基因、靶向治疗等概念介入的新阶段。当前肿瘤的治疗手段大致可分为以下6 类【2 j ：应用物理、化学或生物方法将局部肿瘤去除，例如手术、放射治疗、热疗或冷冻切除或杀灭肿瘤；应用抗肿瘤药物、无水乙醇或某些病毒局部涂抹或注射杀灭肿瘤。内科治疗，针对肿瘤播散应用各类抗肿瘤药物的化学治疗。生物治疗，针对机体抗病能力，使用各种生物因子和制剂治疗肿瘤。靶向治疗，利用具有一定特异性的载体，将药物或其它杀伤肿瘤细胞的活第一章文献综述性物质选择性地运送到肿瘤部位，把治疗作用或药物效应尽量限定在特定的靶细胞、组织或器官内，而不影响正常细胞、组织或器官的功能州。阻断肿瘤新生血管的治疗，主要有血管抑素和内皮抑素两种内源性肿瘤新生血管抑制剂，通过抑制肿瘤内皮细胞的生长达到抑制肿瘤血管生成、诱导肿瘤细胞凋亡、防止l e e 瘤侵袭和转移【4 】0基因治疗，即改变肿瘤的基因调控。通过基因操作方法，在基因水平上导入外源基因以修复和纠正肿瘤相关基因的结构和功能缺陷，或通过增强宿主的肿瘤杀伤能力和机体防卫机制，直接或间接杀伤肿瘤细胞 5 4 1 。各种治疗手段相互交叉、渗透，因此产生了肿瘤综合治疗方法，即根据病人的机体状况，肿瘤的病理类型，侵犯范围( 病期) 和发展趋势，有计划、合理地将几种治疗手段相互结合，联合应用，以期较大幅度地提高肿瘤治愈率和改善病人的生活质量1 2j 。1 2 2 抗肿瘤药物肿瘤生物学、肿瘤药理学研究的进步和分子靶点、基因组学等新技术的导入和应用，为抗肿瘤药物的发展起了积极的推动作用，使抗肿瘤药正从单纯的细胞毒性药物向针对不同机制的多环节作用的新型抗肿瘤药物发展。目前国内外常用的抗肿瘤药物按其分子靶点及生化机制，分为五类【1 ：1 、影响核酸生物合成的药物。药物分别在不同环节阻止d n a 的生物合成，属于抗代谢药。其化学结构和核酸代谢的必须物质如叶酸、嘌呤碱、嘧啶碱等相似，可以特异性干扰核酸代谢，阻止细胞分裂和增殖。根据药物主要干扰的生化步骤或所抑制靶酶的不同，可进一步分为：1 ) 二氢叶酸还原酶抑制剂如甲氨蝶呤，主要通过抑n - - 氢叶酸还原酶而阻止d n a 合成所必需的还原型叶酸的生成；2 ) 嘧啶类似物如氟尿嘧啶药物可抑制胸苷酸合成酶而阻止胸苷酸的合成：3 ) 瞟呤类似物如巯嘌呤干扰嘌呤代谢，阻断d n a 的正常合成；4 ) 核苷酸还原酶抑制剂如羟基脲，可抑制核苷酸还原酶，阻止胞苷酸转变为脱氧胞苷酸，从而抑制d n a 的合成；5 ) d n a 多聚酶抑制剂如阿糖胞苷等。2 、影响d n a 结构与功能的药物。直接破坏d n a 结构或抑制拓扑异构酶活性而影响d n a 的复制和修复功能。进一步分为：d n a 交联剂，如氮芥、环磷酰胺、噻替派、白消安和亚硝脲类( 卡莫司汀、洛莫司汀、司莫司汀) 等烷化剂。包括1 ) 破坏d n a 的铂类化合物如顺铂、卡铂和奥沙利铂等；2 ) 引起d n a 链断裂的药物，如博来霉素，可引起d n a 单链和双链的断裂；3 ) d n a 拓扑异构酶抑制剂，可与酶结合，从而促进拓扑异构酶介导的d n a 链断裂及影响基因转录，使肿瘤细胞不能继续增殖而死亡。拓扑异构酶i 抑制剂包括：喜树碱、拓扑替康及依林第一章文献综述诺替康：拓扑异构酶i l 抑制剂包括：鬼臼毒素、多柔比星、依托泊苷和替尼泊苷。3 、嵌入d n a 干扰转录过程的药物。可嵌入或插入d n a 两个相邻核苷酸碱基之间，干扰转录过程而n ：r n a 合成，属于d n a 嵌入药。许多抗肿瘤抗生素具有这种结构特征，如多柔比星( 阿霉素) 、米托蒽醌等蒽环类药物既是d n a 嵌入剂，也是拓扑异构酶i i 的抑制剂。4 、影响激素平衡而发挥抗癌作用的药物。激素与肿瘤发生及肿瘤生长抑制有一定关系。许多肿瘤包括乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌均属激素依赖性。从逻辑上推测激素和抗激素应具有抑制激素依赖性肿瘤生长的作用。抗雌激素类药物如他莫昔芬，属于雌激素受体选择性部分激动剂拮抗剂和b 受体选择性拮抗剂，使雌激素受体下调，不仅可竞争与雌激素受体结合，并可阻止新的胞浆雌激素受体的合成，从而抑制大分子的合成及细胞分裂；抗雄激素类药物如氟他氨可用于治疗前列腺癌，通过抑制肿瘤组织对雄激素的摄取，干扰雄激素与细胞核中受体的结合，并与之形成无活性的化合物。5 、作用于微管的药物。微管( 纺锤丝) 参与细胞的收缩和伪足运动、细胞器的位移活动尤其是染色体的分裂和位移。秋水仙碱、秋水酰胺和长春碱类药物以微管纺锤体结构为作用靶点，通过与微管蛋白的特定部位结合，抑制微管的组装、最终导致纺锤体结构崩溃；而紫杉醇类药物则是促进微管蛋白组装成微管，并形成稳定不易拆解的微管，破坏了微管的组装一拆解平衡。从而细胞内出现大量游离或成束的微管，导致微管功能障碍及细胞死亡。其中，处于高度动力学状态的有丝分裂纺锤体微管是抗肿瘤药物治疗最成功的靶点之一【8 】。微管在有丝分裂和细胞分裂方面发挥重要作用。以微管为靶点的药物，一方面可破坏微管的动力学平衡，引起微管功能障碍和细胞凋亡；另一方面，可作为肿瘤血管阻断剂，即兼以血管为靶点，快速解聚新生血管的微管，从而阻断血管对肿瘤的营养供给。由于以微管为靶点的药物具有这些优越性，因此设计、合成以微管为靶点的化合物，并进行活性筛选是抗肿瘤药物研究的一个重要研究领域，具有重要的理论和现实意义。1 3 微管微丝结构及功能微管微丝是构成细胞骨架的主要成分，普遍存在于真核细胞内，在维持和发展细胞形态、细胞内物质运输、细胞内信号传导、细胞分裂等方面发挥重要作用。微管微丝由旺和b 一微管蛋白形成的异二聚体组成，异二聚体的分子量大约为1 0 0 k d a ，体积约为4 r i m 5 n mx8 r i m 。和b 一微管蛋白均由4 5 0 个氨基酸组成为含谷氨酸和天冬氨酸较多的球形酸性蛋白，分子量在5 0 k d a 左右，两种微管蛋白的氨基酸顺序同源性为4 0 ，结构相似，主要分为n 端区、中间区和c一苎二里苎整簦垄端区。微管具有聚合和解聚的动力学特征，其特点为9 1 ：微管由和b 异二聚体构成，其两个末端具有不同的结构和动力学特征，p 亚单位暴露的一端能较快生长，称为( + ) ，而g t 亚单位暴露的另一端生长较慢，称为( 一) 。在细胞内，微管的负端靠近中心体，位于细胞中心，而正端则位于细胞质周围。微管蛋自具有g t p 酶的活性，可水解p 亚单位e 位上的g t p ，产生的能量提供给新的异二聚体加入到微管微丝的正端，水解后产生的g d p 包埋于微管内侧，而新加入的b亚单位上的g t p 继续水解促使二聚体的加入和微管微丝的延长。微管蛋白有聚合和解聚的动力学特征，其特点为：每一个微管蛋白异二聚体有两个与鸟苷酸结合的蛋白，还有与药物( 如秋水仙碱、长春花生物碱等) 及与阳离子结合的部位。由于周围环境的影响，使其不断发生聚合和解聚，如秋水仙碱与异二聚体结合，可抑制微管聚合，除去秋水仙碱后，聚合反应又可恢复。这种聚合和解聚的动力学特征，在细胞有丝分裂方面发挥重要的作用，如细胞在有丝分裂期( m 期)微管蛋白聚合和解聚的动力学变化为细胞间期的1 0 0 倍，并且形成纺锤体的微管蛋白与游离的微管蛋白转换的t i ，2 大约为l o 秒，这种高速变化的微管微丝促使子代染色体的分离，有利于细胞的分裂与增殖1 9 】。1 4 微管微丝抑制剂微管微丝抑制剂以微管为作用靶点，是一类有效的抗肿瘤药物，其抗肿瘤作用的主要分子机制是诱导肿瘤细胞凋亡【l 。由于微管参与细胞运动、分化和细胞内物质运输，因此抗微管微丝药物通过作用于微管蛋白，导致微管功能改变，最终引起细胞凋亡。微管微丝抑制剂主要分为两种类型：1 ) 抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚剂，包括秋水仙碱类( 秋水仙碱、秋水酰胺) 和长春花生物碱类( 如长春花碱) 。长春花碱类结合于高亲和力位点b 亚单位暴露的( + ) 端【8 】，可有效地抑制微管的动力学平衡；秋水仙碱类与长春花碱类的结合位置完全不同，其与微管蛋白可逆地形成复合物而共聚于微管上瞄j ，从而减慢了新微管的加入速度；2 ) 抑制微管蛋白解聚的微管蛋白促聚剂，紫杉类药物如紫杉醇和多西紫杉醇，是目前唯一发现并用于临床的促进微管聚合、抑制微管解聚的药物，其通过微管结构中的细小缝隙或微管网格波动时扩散进入微管的内表面”1 ，可能通过增强微管与其邻近微管分子的亲和力而促进微管聚合，增加了微管的稳定性，使微管不易解聚，破坏了微管的组装一拆解平衡，导致微管功能障碍及细胞死亡。这两类药物同益引起广大药物研究者的兴趣与关注。长春花碱( n b l a s t l n e ，1 ) 作为微管蛋白聚合的抑制剂，早在2 0 世纪6 0 年代已被美国f d a 批准用于临床肿瘤化疗；紫杉醇( 5 ) 也以其独特的促微管聚合作用，于1 9 9 2 年经美国f d a 批准用于治疗晚期乳腺癌并于1 9 9 4 年扩大治疗范第一章文献综述端区。微管具有聚合和解聚的动力学特征，其特点为 9 1 ：微管由n 和b 异二聚体构成，其两个末端具有不同的结构和动力学特征，b 亚单位暴露的一端能较快生长，称为( + ) ，而n 亚单位暴露的另一端生长较慢，称为( ) 。在细胞内，微管的负端靠近中心体，位于细胞中心，而正端则位于细胞质周围。微管蛋白具有g t p 酶的活性，可水解p 亚单位e 位上的g t p ，产生的能量提供给新的异二聚体加入到微管微丝的正端，水解后产生的g d p 包埋于微管内侧，而新加入的b亚单位上的g t p 继续水解促使二聚体的加入和微管微丝的延长。微管蛋白有聚台和解聚的动力学特征，其特点为：每一个微管蛋白异二聚体有两个与鸟督酸结合的蛋白，还有与药物( 如秋水仙碱、长春花生物碱等) 及与阳离子结台的部位。由于刷围环境的影响，使其不断发生聚合和解聚，如秋水仙碱与异二聚体结台，可抑制微管聚合，除去秋水仙碱后，聚合反应又可恢复。这种聚合和解聚的动力学特征，在细胞有丝分裂方向发挥重要的作用，如细胞在有丝分裂期( m 期)微管蛋白聚合和解聚的动力学变化为细胞间期的1 0 0 倍，并且形成纺锤体的微管蛋白与游离的微管蛋向转换的n n 大约为1 0 秒，这种高速变化的微管微丝促使子代染色体的分离，有利于细胞的分裂与增殖口】。1 4 微管微丝抑制剂微管微丝抑制剂以微管为作用靶点，是一类有效的抗肿瘤药物，其抗肿瘤作用的主要分子机制是诱导肿瘤细胞凋亡【l 。由于微管参与细胞运动、分化和细胞内物质运输，因此抗微管微丝药物通过作用于微管蛋白，导致微管功能改变，最终引起细胞凋亡。微管微丝抑制荆主要分为两种类型：1 ) 抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚荆，包括秋水仙碱类( 秋水仙碱、秋水酰胺) 和长春花生物碱类( 如长春花碱) 。长春花碱类结合于高亲和力位点b 亚单位暴露的( + ) 端吲，可有效地抑制微管的动力学平衡；秋水仙碱类与长春花碱类的结合位置完全不同，其与微管蛋白可逆地形成复合物而共聚于微管i l ，从而减慢了新微管的加入速度；2 ) 抑制微管蛋白解聚的微管蛋白促聚剂，紫杉类药物如紫杉醇和多西紫杉醇，是目前唯一发现并用于临床的促进微管聚合、抑制微管解聚的药物，其通过微管结构中的细小缝隙或微管网格波动时扩散进入微管的内表面1 ，可能通过增强微管与其邻近微管分子的亲和力而促进微管聚合，增加了微管的稳定性，使微管不易解聚，破坏了微管的组装一拆解平衡，导致微管功能障碍及细胞死亡。这两类药物口益引起r 大药物研究者的兴趣与关注。长春花碱( v i n b l a s d n e ，1 ) 作为微管蛋白聚合的抑制剂，早在2 0 世纪6 0 年代已被美国f d a 批准用于临床肿瘤化疗；紫杉醇( 5 ) 也阻其独特的促微管聚合作用，十1 9 9 2 年经美国f d a 批准用于治疗晚期乳腺痛并于1 9 9 4 年扩大治疗范作用，于1 9 9 2 年经美国f d a 批准用于治疗晚期乳腺癌并于1 9 9 4 年扩大治疗范第一章文献综述围到非小细胞肺癌。之后开发的新药有：长春新碱( v i n c r i s f i n e ，2 ) 、长春地辛( v i n d e s i n e ，3 ) 、长春瑞滨( v i n o r e l b i n e ，4 ) 及泰索帝( 6 ) 。但是这些药均来自天然产物或其衍生物，固有的大分子结构使得难以全合成，且神经毒性及骨髓抑制的副作用较大。因此化学结构相对简单的秋水仙碱及其类似物成为人们开发研究的重点。1r i = c h 3 ，r 2 = o c h 3 r 3 = o c o c h 3 ，r 4 = o h2r 1 = c h o r 2 = o c h 3 。r 3 = o c o c h 3 ，r 4 = o h3r i = c h a ，r 2 = n h 2 ，r 3 2 0 h ，r 4 = o h4r i = c h 3 ，r 2 = o c h 3 ，r 3 = o c o c h 3 r 4 = d o u b l eb o n d35r i = a c r 2 = p h6r i = h ，r 2 = t - b u o1 5 秋水仙碱结合位点类抗肿瘤药物的研究进展i 5 1 秋水仙碱7o c h 3早在1 8 2 0 年，人们就已从百合科植物秋水仙( c o l c h i u m a u t u m n a l el ) 的球茎中提取得到一种生物碱一秋水仙碱( c o l c h i c i n e ，7 ) 【i ”，并对它的结构和药理作用等作了大量的研究工作。秋水仙碱具有三环结构：3 , 4 ，5 一三甲氧基苯环( a环) ，7 - 位带有乙酰胺的七元环( b 环) 和环庚三烯酮环( c 环) 。由于a 环与c环之间的c c 单键旋转受到限制，因此，它可被看作是手性轴而使整个分子具有手性特征。b a i r 等【1 2 】发现：秋水仙碱是通过连接到微管结合位点的p 一微管蛋白来抑制微管聚合。由于秋水仙碱能抑制肿瘤细胞增长，因此临床上用于治疗癌症，特别是0o八hh 6n = o = 一n h c o rm e 。洒2 4o m emn h c o n h rm2 5o m e1 5 3c o m b r e t a s t a tina 4 ( 康普瑞汀，c a 4 )c a 一4 ( 化合物2 7 ) 是从非洲灌木c o m b r e t u mc a f f r u m 的树皮中分离得到的一种多羟基二苯乙烯类天然产物，隶属于秋水仙碱结合位点的有丝分裂抑制剂t 3 5 1 。c a 一4 结构简单，三甲氧基苯基及顺式l ，2 一二苯乙烯结构单元的存在使其与第一章文献综述秋水仙碱( 化合物7 ) 结构相似，从而具有相似生物活性，其i t p 的i c ，。值为4 0 0 - a ”叫。c a 一4 对许多包括m d r ( + ) 的癌细胞株显示出极强的抗增殖活性，其特点在于：可以避开正常的脉管系统而选择性地引起实体瘤中的血管闭塞，是有潜力的微管聚合抑制剂。但c a 一4 对鼠c o l o n 2 6 的体内疗效欠佳，主要是由于c a 一4 亲脂性强而水溶性较差，以及相应的p k 性质较差而导致【3 引。目前，主要的研究工作集中在修饰b 环上的一o h 制成前药上【37 1 ，以期改善其水溶性，提高体内疗效。o m e2 7r = h ( c a - 4 )2 8r = p o a n a 2 ( c a 4 p )o m e2 9c a - 4 的磷酸二钠盐( 化合物2 8 ，c a 4 p 2 0 m g m l ，2 5 1 ) 即康普瑞汀a 4 前药f 3 8 j ，是目前研究热点。c a 4 p 首先由美国亚利桑那州立大学研究人员合成 3 9 - 4 0 】。c a 4 p 具有很强的抗血管效应，对携带p 2 2 肿瘤的小鼠体内试验发现，经c a 4 p用药后，肿瘤细胞血管流量急剧下降，红细胞迅速减少，用药1 h 后即减少到初始值的5 1 4 1 “j 。c a 4 p 的抗肿瘤作用对瘤体呈现靶向性，因其前体化设计及具有适合临床应用的良好p k 性质，被誉为血管靶向荆( v a s c u l a r t a r g e t i n g a g e n t ，v t a ) 中的佼佼者。它由o x i g e n e 公司与亚利桑那州立大学联合开发，用以治疗乳腺癌、肺癌、结肠癌等实体瘤。目前正在美国和英国进行i i 期临床试验。美国百时美一施贵宝公司相继研发了一些c a 4 p 游离磷酸的一价和二价胺盐。据报道：这些胺盐具有更好的物理化学性质，比c a 4 p 磷酸二钠盐吸潮性低。修饰c a 4 p 游离磷酸的碱性胺包括组氨酸和三( 羟甲基) 氨基甲烷。据a n g i o g e n e药业公司报道：c a 4 的氨基酸前药2 9 ，与c a 4 p 相比更易引起肿瘤细胞坏死1 4 “。1 5 4c o m b r e t a s t a t i n 类似物1 5 4 1 保留双键的c o m b r e t a s t a t i n 类似物c a 4 是有潜力的抗肿瘤试剂且结构简单，但其水溶性较差，因此有必要进行结构改造以期提高体内疗效。为此人们合成了大量的c a 4 类似物，对s a r研究发现 4 6 - 4 7 】：1 ) 与秋水仙碱相似，3 , 4 ，5 一三甲氧基苯基的结构单元对于抗有丝9心m ho m第一章文献综述分裂必不可少，只有被3 , 4 一或4 ，5 一亚甲二氧基苯基取代才不致引起活性的显著下降；2 - 萘基取代3 , 4 ，5 一三甲氧基苯基后i t p 活性下降近2 0 0 倍【4 8 ；2 ) c a 一4 的结构中，顺式双键连接三甲氧基苯环( a ) 和芳环( b ) ，具有与秋水仙碱中的等价结构单元相似的连接方式，所以活性普遍较高：而c a - 4 的反式异构体和乙炔类似物i t p 活性微弱j 。在两个芳环间有3 个自由旋转单键的二氢类似物3 0 a 和3 0 b ，i t p 活性比c a 一4 低1 0 倍。另一方面，三环化合物如3 l 的i t p 活性丧失，表明c a 4 的有效构型需两个芳环处于异面。x0 m eh3 0 ax ：h3 0 bx = o h ( c o m b r e t a s t a t i n3 1o m ec a 4 p 良好的抗肿瘤活性引起人们对c a 一4 天然类似物的浓厚兴趣 5 0 - 5 3 j 。c a 1( 化合物3 2 ) 和c a 3 ( 化合物3 4 ) 也是c o m b r e t a s t a t i n 家族中的天然产物。c a 1因其b 环的邻羟基苯酚易被氧化为1 ，2 一苯醌而活性不高。随后合成了c a 一1 的水溶性磷酸酯前药c a l p ( 化合物3 3 ) ，由于c a l f 阻止了b 环的氧化，因此，体外抑制肿瘤细胞的活性提高l o 倍。c a l p 可引发大量的肿瘤细胞造血器官坏死，用药4 h 可引起肿瘤血管关闭，2 4 h 后可杀死近9 4 的肿瘤细胞。c a 一3 即化合物3 4 ，其a 环是3 一羟基一4 ，5 一二甲氧基苯，抑制n c 6 0 细胞株极具潜力，i c 5 0= 6 6 n m 。rr0 m e3 2r = h ( c o m b r e t a s t a t i na - 1 )3 3r = p 0 3 n a 2 ( c a lp )o m e3 4r = h ( c o m b r e t a s t a t i na - 3 )3 5r = p o a n a 2o h s u m i 等报道：胺基取代c a ，4 结构中的酚羟基可显著改善其水溶性及体内疗效。a c 7 7 3 9 ( 化合物3 6 ) 的盐酸盐在p h = 7 4 的磷酸盐缓冲溶液中溶解度为1 0 m g m l ，而c a 4 仅为0 1 m g m l 。e l 刁k a j i n o m o t o 公司的研究人员发现陋5 4 1 ：a c 。7 7 3 9 的i t p 活性与c a 一4 相当( i c s o = 4 i | d v l ) ，但其对小鼠c o l o n 一2 6 的抗增殖活性c i c 5 0 = 5 1 n m ) 是c a 一4 ( i c s o = 1 8 n m ) 的3 倍多。同时发现化合物3 8 的双第一章文献综述键上带有氰基不会引起活性的显著降低，取代基体积大于氰基则对活性不利。值得一提的是化合物3 8 ( i c 5 0 = 5 9 n m ) 的氰基位于邻近三甲氧基苯基的双键碳原子，对c o l o n 2 6 的细胞毒性是其异构体( 化合物3 9 ，1 c 5 0 = 2 3 5 n m ) 的近4 0 倍，尽管二者i t p 活性相当。xn h r3 6r = h ( a c - 7 7 3 9 ，a v e8 0 6 3 a )3 7r = s e r ( a c 一7 7 0 0 a v e8 0 6 2 a )o m e3 8x = c n y = h ( a c 一7 7 2 8 )3 9x = h y = c n为进一步改进c a 一4 水溶性及体内疗效，人们合成了a c 一7 7 3 9 的系列氨基酸前药【5 ”，试验发现其在血浆中可快速转化为前药a c 7 7 3 9 。体内试验表明丝氨酸前药，即化合物3 7 ( a c 一7 7 0 0 ，盐酸盐) 对一些发展期实体瘤及原位移植瘤有很好的疗效口。体内试验发现a c 一7 7 0 0 是通过抑制血管形成来实现其体内抗肿瘤活性的，对野生型和突变( 耐药) 型c o l o n 2 6 细胞株同样有效f 5 “。a c 7 7 0 0 目前由安万特药业公司负责进行i 期临床试验，其新代码为a v e 8 0 6 2 a 。a v e 8 0 6 2 a对许多发展期和晚期肿瘤非常有效，如人结肠癌细胞( h c 8 和l o v o ) 、乳腺癌( m x 一1 ) 、前列腺癌( p c 一3 ) 和恶性黑素瘤( b 1 6 ) 。在对c a 一4 的b 环取代基进行改造的基础上，人们又对b 环本身进行了结构修饰，以期得到活性更好的c a - 4 类似物。研究表明b 环是n 一甲基吡啶酮( 4 0 ) 、2 一萘基( 4 1 ) 和5 一吲哚类杂环时活性不错，如4 0 对c o l o n 2 6 体外活性仅比c a - 4低2 倍，4 1 则低5 倍；除此之外b 环换成其它芳香杂环一般导致活性下降i l ”。m e om e oo4 1研究表明只有具备顺式双键结构的c a 4 或其类似物才具有潜在的抑制微管聚合及抗肿瘤细胞增殖活性，而反式异构体的活性则显著下降吲。但是，顺式c a 4 在储存或用药时，易转化为热力学更加稳定的反式结构。因此，进行合适的结构修饰，阻止这种不期而至的转化势在必行。第一章文献综述1 5 4 2 三环类c o m b r e t a s t a t i n 类似物由于c a 一4 分子中的顺式双键不稳定，因此人们尝试在双键上增加取代基或形成环以固定或封锁双键，从而阻止顺式双键向反式结构的转化。p e t t i t 等 5 8 - 5 9 】合成了c a - 4 或c a 一1 的邻二羟基取代物( 化合物4 2 和4 3 ) ，发现( s s ) 和( r ，r )构型均是弱的微管聚合抑制剂，相比之下( s ，s ) 异构体比( i k r ) 构型的活性强l o 倍。s h i r a i l 6 0 - 6 1 1 等将邻二羟基修饰为更为受限的5 元环，研究发现( s , s ) 构型的二氧戊环( 化合物4 4 ，4 5 ) 是潜在的微管聚合抑制剂，其活性与c a 4 相当；但化合物4 4 的其它3 种异构体却活性极弱( i c 5 0 5 0 1 a m ) 。将邻二羟基修饰为1 ，4 一二氧六环( 化合物4 6 ) 或更大的环( 化合物4 7 ) 发现其所有异构体的活性都不理想( i c 5 0 1