喜树碱类抗癌药物的研究进展.doc

喜树碱类抗癌药物的研究进展邓城华湘潭大学 湘潭 411105摘要：天然植物中含有抗肿瘤活性的药物，对它们进行化学结构的修饰和改造，是当前及今后一段时期内抗肿瘤药物研究的热点，通过化学结构的修饰与改造，获得毒性低而抗肿瘤作用显著的植物来源抗肿瘤药物的新衍生物亦是今后努力的方向。文章通过对天然植物中抗肿瘤药物喜树碱的综述，初探了这些抗肿瘤药物的构效关系。1【关键词】抗肿瘤；喜树碱；修饰；改造；Anticancer drug camptothecin ProgressAbstract：contains natural plant anti-tumor activity of drugs, their chemical structure modification and transformation of the current and future period of research focus within the anticancer drugs through chemical structure modification and transformation, access to low toxicity and significant anti-tumor effect plant source of new derivatives of anticancer drugs is also the direction of future efforts. By the natural plant synthesis of camptothecin anticancer drugs, anticancer drugs of these structure-activity relationship.Keywords：Anti-tumor；Camptothecin；Modified；Transformation1作用机制。2 喜树碱及其类似物是拓扑异构酶I (topoisomerase I)的特异性抑制剂，它能够抑制s期肿瘤细胞内显著高于正常组织中的Topo I，引起DNA损伤，从而选择性地抑制增殖期肿瘤细胞的DNA复制，对转移性结、直肠癌，顽固性卵巢癌等多种肿瘤有显著疗效。2 天然药物活性成分结构修饰与改造的目的32.1 改善药物的吸收性能改善药物吸收的性能是提高药物生物利用度的关键，而药物的吸收性能与其脂溶性和水溶性有密切的关系，当两者的比例适当时，才有利于吸收。2.2 延长药物的作用时间延长药物的作用时间主要是减慢药物的代谢速度和排泄速率，延长药物的半衰期，增加药物在组织内的停留时间。这种修饰方法对于需要长期服药的病人，或服药比较困难的病人，以及慢性病患者的药物治疗带来很大的方便。2.3 增加药物对特定部位作用的选择性通过适当的结构修饰能够选择性地将药物转运和浓集到作用部位，减少在其他组织或非作用部位的分布，不仅能增加药效而且能降低药物的毒副作用。2.4 降低药物的毒副作用羧酸和酚类变成酯后其毒副作用往往会减低，在体内又可以水解产生原药。2.5 提高药物的稳定性有的药物还原性较强，贮存过程中不稳定，易氧化分解失效。2.7 消除不适宜的制剂性质药物的苦味和不良气味常常影响患者，特别是儿童用药。3喜树碱的构效关系及结构修饰研究。 喜树碱4是1966年由Wall等从珙桐科植物喜树Camptotheca acuminata Decne.中分离得到的吡咯、喹啉生物碱，进入临床后，喜树碱在治疗胃癌、直肠结肠癌、肝癌、白血病等恶性肿瘤有较好疗效，但它有骨髓抑制、出血性膀胱炎及腹泻等严重的毒副反应。结合喜树碱的结构，合成9二甲胺甲基10羟基喜树碱，它是一种水溶性的半合成喜树碱衍生物，在降低药物毒副作用方面成功的典型例子。在美国，两种喜树碱衍生物已被批准用于实体瘤的治疗：伊诺替康（irinotecan，CPT11），用于其它抗癌药物无效的转移的结肠直肠癌；拓扑特肯（topotecan，TPT），用于晚期难治性卵巢癌。研究这两种喜树碱衍生物的抗瘤谱及确定其用途的进一步的临床试验正在进行。其它几种喜树碱衍生物在早期临床试验阶段，包括9氨基喜树碱（9aminocamptothecin，9AC）、9硝基喜树碱（9nitrocamptothecin，9NC）、GI147211和DX8951f。3.1 A、B、C环的购构效对药物的影响： 在C7、9、10位甚至11位引入不同的取代基，特别是7位和1O位引入双取代基，可干扰喜树碱开环形式及喜树碱与人血清白蛋白(human serum albumin，HAS)的结合，从而提高内酯在体内的稳定性。在C一7、9；c一9、i0： Ci0、11间增加一个环虽不能增加内酯环的稳定性，但能增加体内和体外的抗肿瘤活性。 在C25、12、14位取代则活性降低或丧失。B环饱和，几无活性。此外，喜树碱的生物合成途径的研究亦有所进展。近年来运用放射性同位素饲喂喜树悬浮细胞，通过NMR分析中间产物的结构，研究CPT的生物合成途径。经甲羟戊酸途径和甲基磷酸赤藓糖途径合成的裂环马钱子苷，和经莽草酸途径合成的色胺，在直夹竹桃啶合酶(strictosidine synthasesss)的催化下，生成直夹竹桃啶苷，同位素示踪法显示其为CPT的前体。直夹竹桃啶苷之后的中间代谢步骤还没有被阐明，推测可能包括一个吲哚环的氧化体系，导致喜树碱B环和C环的重排，所形成的中间产物已证明是山松醇苷。接下来的可能中间体是脱氧山松醇苷，之后再经过3个左右其他的中间体，最后合成出喜树碱。由于对喜树碱生物合成过程中的许多中间产物仍不十分清楚，对喜树碱生物合成代谢调控机制和次生代谢产物的研究仍将是今后一段时期内研究方向和中心。53.2 D、E环的构效对药物作用的影响：20位的氧为活性必需，内酯环氧被氮或硫取代，活性丧失。D环吡啶酮为抗肿瘤活性必需：E环扩环成七元内酯环，形成高喜树碱能消除E环的分子内氢键，降低羰基活性；E环n羟基可以酯化，以增大羰基的位阻并破坏分子内氢键。其引入脂肪族氨基酸、大分子或糖均能增加药物的稳定性和水溶性。 去除E环后，AD四元环衍生物活性降低或丧失，说明喜树碱的内酯环是其抗肿瘤的关键部位。 3.2.1氨基酸酯衍生物6为了改善喜树碱的水溶解性和抗肿瘤活性，Vishnuvajjala等合成了一系列甘氨酸酯衍生物，初步的体内抗肿瘤活性显示，N，N一二乙氨基甘氨酸酯拥有较好的抗肿瘤活性(TC 256，表1)，且对乙酰胆碱酶的抑制副作用明显小于喜树碱；衍生物制成盐酸盐后水溶解性显著增大(每ml水溶解酯5 mg)，在体内很容易被水解(在人血浆中半衰期为1545rain)而产生喜树碱。3.2.2脂肪酸酯和苯甲酸酯衍生物喜树碱的20一位羟基乙酸酯是最先被合成的脂肪酸酯，体内生物试验显示它对L1210系统几乎无抗肿瘤活性。Cao等h51设计和合成一系列水不溶性脂肪酸和苯甲酸酯，希望去稳定内酯环而改善喜树碱的抗肿瘤活性。体外细胞筛选发现，这类化合物细胞毒活性很低(在微摩尔浓度水平)，远低于它的母体化合物喜树碱。体内抑瘤实验发现在合成的脂肪酸酯中仅丙酸酯具有较高抗肿瘤活性，优于喜树碱，其他酯几无抑瘤活性。体外细胞筛选结果还显示，随着脂肪烷基碳链的增长，酯的抗肿瘤活性逐渐降低。初步药代动力学研究显示，酯是作为喜树碱的前药而起抗肿瘤作用的。表2的数据说明，喜树碱形成酯后明显延长内酯形式在体内的半衰期。喜树碱在人血浆中内酯的半衰期6h。另外喜树碱类化合物在小鼠血浆中内酯稳定性远大于在人血浆中的稳定性，这也说明为什么喜树碱衍生物在临床治疗效果差于小鼠肿瘤治疗效果。3.2.3含氧、氮等杂原子羧酸酯衍生物基于喜树碱的构效关系和前人的研究工作，我们设计和合成一系列喜树碱的20一位羟基芳氧乙酸酯、氮丙酸酯和杂环酸酯衍生物，这些羧酸分子中含有氧、氮等杂原子，生成的酯很容易和DNAtopo I复合物形成分子间氢键，增大药物分子和细胞的结合力，从而改善衍生物的抗肿瘤活性。通过体外细胞毒活性筛选令人意外地发现，和喜树碱相似这些化合物仍维持很高的细胞毒活性。在小鼠和裸鼠体内抑瘤实验中发现，一些衍生物的肿瘤抑制率远高于喜树碱(H：，80VS54)，也优于拓扑替康(HT一29，94VS 74)，但体内毒性却明显低于拓扑替康(LD。882mgkg VS 217 mgkg)，这和我们对喜树碱构效关系的假设是一致的。在20一位羟基酯化过程中，我们主要选择三种类型的羧酸作酰化剂，如氧乙酸，氮丙酸和杂环羧酸。在每一类化合物中我们都进行了体内体外抗肿瘤活性研究，分别发现了体内抗肿瘤活性较好的化合物。喜树碱酯衍生物是由喜树碱或取代树碱和相应的羧酸在偶合剂作用下得到20一位羟选用的溶剂不同得到不同取代的喜树碱酰化产物。用低极性溶剂如二氯甲烷，得到7一或10一和20一位羟基双酰化的喜树碱衍生物；而用极性大溶剂如二甲基甲酰胺则得到7一或10一位单酰化衍生物，这些结果可能与喜树碱E环的分子内氢键有关，极性大溶剂如DMF使分子内氢键更牢固，很难开环。73.2.4聚合物键合氨基酸酯衍生物Conover等设计和合成了一些聚乙二醇(PEG)氨基酸酯衍生物，目的是改善喜树碱的水溶性和抗肿瘤活性，不同氨基酸酯的小鼠体内抗肿瘤活性结果见表5。基于紫杉醇的结构修饰思路，Singer等也设计和合成了一系列聚谷氨酸(PG)20一位羟基酯衍生物(PG一氨基酸一CPT)。这些酯不仅具有很高的水溶解性(每毫升水溶解10 mg)，而且PGglyCPT抗肿瘤活性明显高于喜树碱，同时酯稳定性好、毒性低，目前正在进行临床前开发。随着近年对喜树碱构效关系研究的深入，对喜树碱20一位羟基内酯环的结构修饰越来越引起人们的兴趣。此类化合物既可解决喜树碱的溶解性问题，又可以改善它的药代动力学，降低它的毒副作用，因此20一位羟基的酰化不实为一条简洁而又快速发现新药的途径。我国盛产富含喜树碱的植物，而癌症又是我国病死率较高的疾病，开发具有自主知识产权抗肿瘤新药，不仅是重大疾病治疗的需要，也有利于西部农业资源的产业化开发。3.3喜树碱的结构修饰主要集中在水溶性喜树碱衍生物半合成其中之一是喜树碱氧化得l0一羟基喜树碱，随后经Mannich反应产生N一取代9一(二乙基胺)一10-羟基喜树碱类或Mannich反应完后继续修饰。9一二甲胺基一1O一羟基喜树碱又称TPT，显示广谱抗肿瘤活性，商品名拓扑特肯(topotecan)，TPT即（） 9 二甲氨甲基10 羟基喜树碱盐酸盐，是一种水溶性的半合成喜树碱衍生物，在9位上有一个稳定的碱性侧链。TPT用于晚期难治疗的卵巢癌和非小细胞肺癌中。 4.小结 喜树碱类药物独特的抗癌疗效使其在治疗癌症的研究中占有重要的地位。尽管喜树碱及其衍生物可以损伤 DNA，可能引起第二种肿瘤，但这一潜在的危险并不会阻止这一重要的抗肿瘤药的发展和应用。随着人们对喜树碱作用机制的进一步明确，在未来征服癌症的过程中，喜树碱的衍生物及其联合用药仍是人们研究的热点，其价值也将得以更加全面的发挥。参考文献；1彭司勋.药物化学M.北京:中国医药科技出版社, 2004.2潘显道，王存英天然抗肿瘤药喜树碱衍生物的研究进展药学学报，2003，38(9)：7157203俞庆森，邹建卫，胡艾希. 药物设计M. 北京:化学工业出版社,2005.4