叶酸拮抗剂类药物及研究进展.doc

化学通报2006 年第 69 卷w021叶酸拮抗剂类药物研究进展孙居锋郭志雄潘惠英陈立功*(天津大学药物科学与技术学院 天津 300072)摘要由于叶酸在细胞内生物合成中所起的关键作用，细胞内叶酸代谢已成为癌症化疗的一个重要的有吸引力的作用靶点，作用于叶酸途径的各种酶尤其是二氢叶酸还原酶(DHFR)和胸苷合成酶(TS)成为药物设计和开发的重要研究对象。本文主要讨论了作用于叶酸代谢途径上几种主要酶的拮抗剂，包括经典和非经典等结构多样的叶酸拮抗剂及其研究进展。关键词经典叶酸拮抗剂非经典叶酸拮抗剂二氢叶酸还原酶(DHFR)胸苷合成酶(TS)Progress of Antifolate DrugsSun Jufeng,Guo Zhixiong,Pan Huiying,Chen Ligong *(College of Pharmaceutical and Biotechnology, Tianjin University, Tianjin 300072 )AbstractThe folate metabolism became an important and attractive target of cancer chemotherapybecause of the essential role in the biosynthesis of cell. The enzymes which depend on folate, especiallydihydrofolate reductases(DHFR) and thymidylate synthase(TS), have been the most interesting subject ofdrug design and development.This article presents the state of inhibitors of a few kinds of key enzymes,including classical antifolates and non-classical antifolates mainly and the progress of the research.Key wordsClassical-antifolate,Nonclassical-antifolate,Dihydrofolate reductases(DHFR),Thymidylate synthase(TS)存在于自然界的叶酸有二氢叶酸和四氢叶酸两种形式，而在人体中只有四氢叶酸才具有生理功能，二氢叶酸还原酶(DHFR)催化叶酸或 7,8-二氢叶酸(FH2)，将其转化为四氢叶酸(FH4)；四氢叶酸是一碳单元的传递体，而一碳单元是指在人体新陈代谢过程中含有一个碳原子的基团，例如甲基、羟甲基等。正是由于四氢叶酸提供的这些活跃的一碳单元，使得胸苷合成酶(TS)能够催化2-脱氧尿苷 5-单磷酸盐(dUMP)还原甲基化转变为 2-脱氧胸苷-5-单磷酸盐(dTMP)，这是 dTMP从头生物合成的唯一路径，而 dTMP 是核酸合成所必须的前体物质16。除了参与核酸的合成以外，四氢叶酸还参与了许多化合物的生成和代谢，例如生命物质中各种氨基酸的相互转换，以及血红蛋白、肾上腺素、肌酸、胆碱的合成等。如果在肿瘤细胞的快速增长过程中 DHFR 和 TS 受到抑制，肿瘤细胞就会因为缺乏胸腺嘧啶而死亡，正是由于在核酸前体的生物合成中所起的关键作用，细胞内叶酸代谢成为癌症化疗的一个重要的有吸引力的作用靶点。长期以来药物学家一直把作用于叶酸途径的各种酶尤其是二氢叶酸还原酶(DHFR)和胸苷合成酶(TS)作为癌症化疗的非常重要的对象进行研究，现在已经有几种酶的抑制剂被用作抗肿瘤药物。最早用于肿瘤治疗的药物主要是氨基喋呤(Aminoopterin，AMT)和氨甲喋呤(Methotrexate，孙居锋 女，35 岁，硕士生，现从事药物合成研究。2005-07-06 收稿，2005-10-12 接受*联系人化学通报2006 年第 69 卷w021MTX) 68，它们的化学结构与叶酸相似，通过竞争性抑制 DHFR，阻断二氢叶酸(Dihydrofolate，FH2)还原成四氢叶酸(Tetrahydrofolate，FH4)，从而使 N5,N10-甲烯四氢叶酸(N5,N10-Methylene-FH4)减少，当细胞内的 N5,N10-甲烯四氢叶酸耗竭，没有一碳单位可传递，最终减少了 DNA、RNA 和蛋白质的生物合成，致使细胞死亡5。另外，MTX 在细胞内可形成多聚谷氨酸盐形式，增加了它的体积及所带的负电荷数目，使 MTX 长期滞留于特定细胞内。因此，有该反应能力的细胞(如淋巴母细胞)可能对 MTX 的杀细胞作用更敏感，所以其抗癌作用强，但长时间使用会导致体内积累，因此其毒副作用大，癌细胞极易对其产生耐药性。其原因主要包括以下几个方面：(1)二氢叶酸还原酶(DHFR)基因的扩增导致细胞内 DHFR 水平增高；(2)DHFR 基因突变导致 DHFR 与MTX 的亲和力下降；(3)MTX 在细胞内的吸收减少；(4)细胞内 MTX 多聚谷氨酸盐含量下降。因此目前的药物研究主要集中在设计易吸收或易于多谷氨酰化或在叶酸代谢中作用于不同靶酶的新型叶酸拮抗剂，从而提高抗肿瘤作用的选择性和克服 MTX 易产生耐药性的缺点，现分述如下。1 胸苷合成酶(TS)抑制剂39由于胸苷合成酶是 dTMP 由 dUMP 从头合成的关键酶，在细胞的快速增长过程中胸苷的充足供应对 DNA 的合成极为关键，所以近年来药物学家们针对此设计筛选发展了一系列新的 TS特异性抑制剂，其中最著名的是 ZD1694(Tomudex)1，由 Zeneca 公司开发，1995 年在英国提出上市申请，现正处于/期临床阶段。ZD1694 是水溶性的 TS 特异性抑制剂，不影响 RNA 合成等其它细胞内生命活动，因而不良反应较小，主要为白细胞减少、转氨酶升高。临床试验中单药或与其它抗癌药放疗联用，对头颈部恶性肿瘤、前列腺癌、肺癌、结直肠癌、胃癌、软组织肉瘤、白血病等有较理想的疗效。第一个应用于临床的 TS 抑制剂是 CB3717(丙炔脱氮叶酸 DDPF)2是 10-丙炔的叶酸喹唑啉类似物，是脱氧胸苷酸合成酶和二叶酸还原酶抑制剂，其对细胞周期的影响与 MTX 相似，抑制 DNA 合成；对间皮癌、卵巢癌、乳腺癌有一定疗效；不良反应主要是肝毒性、肾毒性及倦怠乏力等。化合物 ICI198583 3 是 6-6 喹唑啉类似物，研究表明由于没有 7-甲基的存在使其既具有 TS抑制活性又可以不作为 FPGS 的底物；ZM214888 4 是 CB3717 的 2,7-二甲基-2-氟苯甲酰模拟物，由于 2-F 的存在使其抑制活性增加 23 倍。HNONSCOGLUOHHNOHNNCOOHH2NNCH3H2NNOCOOH15HNRONXNYOHNCOOH化合物 代号 R2 CB37173XHHYHHCOOH4ZM214888 CH3CH3FBW1843U89 5 是 3-甲基-苯并喹唑啉的类似物，由 Glaxo Wellcome 公司开发，是一种强效2NH2ICI198583 CH3化学通报2006 年第 69 卷w021TS 抑制剂，具有很好的生物利用度,目前正在进行临床实验。2 二氢叶酸还原酶(DHFR)抑制剂913如上所述药物学家针对 MTX 和 AMT 抗肿瘤活性高但具有耐药性的缺点而对其结构进行修饰、设计、合成并筛选得到了伊打曲沙 6(EDX，Edatrexate 乙基去氮氨喋呤)等喋呤类似物，与MTX 相比它们在细胞内可以进行更广泛的多谷氨酸化，对 TS 亦有强力的抑制作用，在癌细胞内保留时间更长，因此抗肿瘤活性比 MTX 更有效，不易产生耐药性，其毒副作用较小，主要是骨髓抑制和胃肠道反应。PDX 7 也是喋呤类似物，是 EDX 的接续，由于具有较好的药理和治疗作用，目前正在进行临床实验。化合物 8 和 9 由 Gangjee 等合成，对白血病细胞株细胞 L1210 中的 DHFR 也都具有较强的抑制作用。NNH2NC2H5CH2CHCO GLU OHNNH2NHC CCH2CH2CHCO GLU OHH2NNNH2NNNNH2 CH36OH7NY ZCO GLU OHNSCO GLU OHH2NNXRHONN8914化合物 10a 的抑制活性是 9-位无取代基的 10b 的两倍，而 9-位乙基取代的化合物 10c 的抑制活性又强于 10a。NH2ROCOOHH2NNNOa R=Meb R=HNHCOOHc R=Et103 甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰基转移酶(GARTF)抑制剂1518由于偶然发现高叶酸及其还原衍生物是通过嘌呤从头生物合成的途径而不是按原来设想的那样通过抑制 TS 而起作用，药物学家们开始对专一作用于嘌呤从头生物合成部位的叶酸拮抗剂可作为潜在的抗肿瘤药物产生极大的兴趣，设计、合成了许多 GARTF 抑制剂。其中有代表性的是洛美特森(DDATHF，Lometrexate 中文别名洛美曲沙，二去氮四氢叶酸)11 合成于 1985 年，是第一个应用于临床的 GARTF 抑制剂，为四氢叶酸的同类物，其不同之处仅将 5、10 位两个 N 代以 C。其对二氢叶酸还原酶抑制作用不明显，而主要抑制甘氨酰胺核糖甲酰转移酶，从而抑制嘌呤的合成。它的生化作用及对肿瘤细胞、鼠类移植性肿瘤的作用均与 MTX 等抑制二氢叶酸还原酶(DHFR)不同，对 MTX、TMTX 及 EDX 耐药者均有效。DDATHF 可通过膜转运及谷氨酸化所产生的多谷氨酸转化物对甘氨酰胺核糖甲酰转移酶的结合力比 LTX 强 100 倍，可用于恶性纤维组织细胞瘤、肺鳞癌、卵巢癌及鼻咽癌；不良反应主要是骨髓抑制和胃肠道反应，该药正在进行3Gangjee 等还合成了含呋喃环的经典 DHFR 抑制剂 10，生物学研究表明，9-位甲基取代的化学通报2006 年 第 69 卷w021期临床研究；目前正在开发的 GARFT 抑制剂还有 Agouron 公司的 AG2037 及 AG203419 12和礼莱公司开发的 LY30988720 13 等，LY309887 是二代叶酸拮抗剂，目前正在进行临床研究。HNH2NONNHCO GLU OHH2NHNNOHNSHSONHCOOHCOOH1112H2NHNNOHNHSOC NHCOOHCOOHRONONHHa R=H e R=COCO2Etb R=CHO f R=COCH(OMe)2d R=COCOCH3 h R=CH2CONH2COOH13O14COOH化合物是 1421是一系列 10-甲酸基叶酸衍生物的类似物，经哒嗪环改造的 GARTF 抑制剂。Boger 等21合成了具有时间依赖特性的 GARTF 抑制剂化合物 15，它们能够和 GARTF 底物形成多底物加合物(MAI)，该加合物是一种有效的抑制剂。经过对时间依赖效应的观察，Boger等22还合成了多底物加合物抑制剂 16，这是一种极其高效的 GARTF 抑制剂。NNH2NNH2ROONHHNCOOHCOOHO-23OPHOONHOHOSONOONHHNCOOHCOOHR=H,Br,CH2Br15MAI( multisubstrate adduct inhibitor)164 多聚谷氨酸合成酶(FPGS)抑制剂2327叶酸本身并没有活性，还原型的叶酸在细胞内要转换成多聚谷氨酰基衍生物才会产生活性，这种多聚谷氨酰基衍生物是由单谷氨酸盐在体内经多聚谷氨酸合成酶(FPGS)的作用下形成，因此对 FPGS 的抑制也可以导致叶酸途径的阻断。药物学家们经过研究设计合成了下列 FPGS 抑制剂17，它们都属于经典的叶酸拮抗剂，通过 FPGS 的多谷氨酰化可以增加它们的胞内浓度，提高们的抗肿瘤活性。HNH2NONNCH2NHCONHCOOHCH(CH2)2ZR2R1NH2HOOCONHOPOOH COOHCOOHHZ=SO2OH; PO(OH)2; CH2NH2H2NNNNN1718化合物 18284NH2c R=COCH3g R=COCH2BrN是磷酸盐类似物和删去了一部分侧链的类似物，它们也是 FPGS 抑制剂。化学通报2006 年 第 69 卷w0215 氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基转移酶(AICARTF)抑制剂在嘌呤的从头生物合成中，AICARTF 催化(6R,6S)-10-甲酸基四氢叶酸中的甲酸基转移到 5-氨基咪唑-4-碳酰胺核糖核苷酸(AICAR)的 5-氨基上，它是涉及嘌呤合成过程中的第二种甲酰基转移酶。正是由于 AICARTF 在嘌呤的生物合成中所起的关键作用，尤其在快速分裂的癌细胞中，使其成为叶酸拮抗剂化疗中重要的生物靶点。大多数叶酸依赖酶都以二氢叶酸为底物，AICARTF也不例外，而 DHFR 以四氢叶酸为底物，因此叶酸还原形式的模拟物都可以作为酶的抑制剂。AG2009 1929是由 Agouron 公司开发的 AICARTF 抑制剂，它是弱 FPGS 底物,其活性对 FPGS 依赖性较小。化合物 2030是 5,6,7,8-四氢叶酸(THFA)的类似物，是 AICARTF 抑制剂，对不同形式的肿瘤都具有抑制活性。OOCOOHOHNH2NNSNH2SNHCOOHHNH2NNNH2RRa R=H,R=COGlub R=CH3,R=COGluc R=CHO,R=COGlu1920ONNH2O-23OPNNH2NHHOONOHNO - DADFOOHNCOOHCOOH21在叶酸拮抗剂药物设计中，AICARTF 常被作为研究靶点，但是由于 AICARTF 的三维立体结构不清楚，它不是作为独立的靶点被研究的，直到十年前才出现了以结构为基础的药物设计，化合物-DADF 2131就是采用多底物加合物原则并结合 AICARTF 和 GARTF 的结构特点而合成的一种新型抑制剂，该抑制剂对 AICARTF 具有选择性，抑制该酶的浓度，对 GARTF 没有抑制作用。6 丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)抑制剂3236SHMT 是一种吡哆醛-5-磷酸盐(PLP)依赖酶，它催化丝氨酸转化为甘氨酸，用四氢叶酸作一碳单元的受体，在自然界中普遍存在。作为 N5,N10-亚甲基四氢叶酸的更新因子，它是嘌呤、胸苷酸、蛋氨酸生物合成以及其它甲基化反应所必须的，人们一直在研究它的反应机制，但还不是完全清楚，尚待进一步阐明，仅在最近几年人类细胞液 SHMT 的结构才被揭示出来。除了已知与丝氨酸和甘氨酸的反应外，还发现在没有四氢叶酸的情况下，它可以将 3-羟基氨基酸分裂为甘氨酸和相应的醛。由于脱氧胸苷和嘌呤是 DNA 合成必须的，因此对细胞分裂来说，SHMT 的活性可能会影响细胞的生长速度。几个研究显示与没变形的细胞相比，肝肿瘤和骨髓瘤细胞中SHMT 活性较高，这表明该酶可以作为化疗药合适的作用靶点，快速分裂的肿瘤细胞更依赖于DNA 合成，比缓慢分裂的细胞所需 SHMT 活性更高，所以 SHMT 抑制剂对癌症化疗可能会有用。但由于以前对其结构研究较少，结构不清楚因此目前对该酶的抑制研究也较少。1981 年有人曾经研究过 L-2-氨基-4-甲氧基-反式-3-丁烯酸对 SHMT 的效应，结果发现该化合物可以不完全地抑5化学通报2006 年 第 69 卷w021制沃克癌细胞液提取物中的 SHMT，后来又有人合成了一种丝氨酸类似物4-氯-L-苏氨酸，研究表明它是 SHMT 的底物和抑制剂。最近几年人们一直致力于生物系统中 SHMT 的研究，人类细胞液 SHMT 的结构已经被揭示出来，随着 SHMT 结构、克隆、表达、纯化和折叠模式的阐明，将会有助于人类对 SHMT 动力学和生物活性的评估，寻找到 SHMT 抑制剂，进一步推动抗癌药物的开发。7 几种正在临床和开发的 6-5 杂环新叶酸拮抗剂最早抗癌叶酸拮抗剂大部分都局限于蝶呤或相关的 6-6 芳香杂环化合物，由于基于嘌呤的化合物并没有显示任何的抗癌活性，6-5 芳香杂环系统一直没有引起人们的注意。然而，近几年报道的吡咯并2,3-d嘧啶叶酸拮抗剂显示出对肿瘤细胞有潜在的优异抑制活性，使 6-5 稠环类叶酸拮抗剂的研究成为了一个热门的话题。现在，药物学家们已经设计合成了一系列 6-5 稠环类叶酸拮抗剂：H2NNNH2NNHCONHCOOHCOOHHNH2NONNH(CH2)nCONHCOOHCOOH2223 n=2, LY231514 24 n=3, Home-LY231514已经应用于临床或上市的有武田公司的 DHFR 抑制剂 TNP-351 22 和礼莱公司的 LY231514233743氨基吡咯并2,3-d嘧啶所代替，并在 5-位引入了可塑性大的三亚甲基桥，以提供最有利的构象，满足抑制剂在靶酶空腔中与活性部位最大限度的氢键和疏水键相互作用。体外试验表明，本品抗KB 人表皮样瘤细胞和 A549 人非小细胞肺癌细胞的作用比 MTX 强 10 倍以上；体内试验结果表明 TNP-351 对 MTX 具有抗药性的肿瘤细胞亦有很强的活性 ,目前正在日本进行临床。LY231514(培美曲塞二钠，pemetrexed disodium)是一种新的多靶位的叶酸拮抗剂，其通过细胞还原型叶酸盐载体和胞膜表面叶酸盐结合蛋白转运体系进入细胞内，在细胞内叶酰多聚谷氨酸合酶的作用下，转化为多聚谷氨酸盐，后者抑制细胞体内与胸腺嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸合成有关的多种酶系，包括 TS、DHFR、GARTF 等，导致细胞 DNA 合成所需的胸腺嘧啶和嘌呤核苷酸缺乏，DNA 合成障碍，最终产生细胞毒性。其多聚谷氨酸化后在细胞体内的半衰期延长，产生持续的细胞毒作用，在正常细胞内的多聚谷氨酸化要比肿瘤细胞内低得多，因此其对正常细胞的毒性较肿瘤细胞低；由于其对叶酸依赖的多种酶具有抑制作用，所以与其它 TS 抑制剂相比不易产生耐药性。LY231514 于 2004 年 4 月获得 FDA 批准在美国上市，用于治疗无法手术或不宜实行手术的胸膜间皮瘤患者。在 5 月 1 日的肿瘤学临床杂志中公布的临床试验结果表明:和紫杉特尔(Taxotere，目前非小细胞肺癌标准二线药物)相比，LY231514 表现出相近的病人生存率效果，但是安全性更好，副作用更少。礼莱公司已经向美国 FDA 提交 LY231514 作为非小细胞肺癌二线药物的新药申请，各国进行临床所针对的肿瘤包括乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、黑色素瘤、膀胱癌等多种实体肿瘤，所以其开发和应用前景非常广阔。Homo-LY231514 2444是 LY231514 的同系物，研究表明其活性和 LY231514 相当；LY34177025 和 LY33852945 26 和 LY231514 一样同属于 6-5 吡咯(2,3-d)嘧啶 TS 抑制剂，结构相似，只是6。TNP-351 为一种新结构类型的 DHFR 抑制剂，通常抗叶酸药物中的蝶啶结构被 2,4-二化学通报2006 年 第 69 卷w021LY341770 尾巴上带有一个独特的五元氮杂环，LY338529 的谷氨酰基由缬氨酰基取代。OOCOOHOOCOOHHNH2NNNNHNN NNHHNH2NNNNHH25H26为了克服两种不同药剂联用在药物动力学方面的不足，用一种药物起到联合治疗的效果，Gangjee 等设计合成了 DHFR 和 TS 双抑制剂 AGJY1614648 27，该化合物被设计以 2,4-二氨基模式 28 和 DHFR 结合，以 2-氨基-4-甲基模式 29 和 TS 结合5，因此它是一种双抑制剂。生物学结果表明与结构相似的 LY231514 相比，它对 DHFR 和 TS 更具有抑制活性。而且分子模型研究表明在 DHFR 和 TS 的亲脂性区域有足够的空间可以容纳比甲基更大的四位取代；由于 4-甲基取代表现出强大的 TS 和 DHFR 抑制，4-甲基的同源取代可能具有更强的活性，因此化合物 30 也被设计作为经典的双抑制剂。H2NNCH3NNHCONHCOOHCOOHH2NNCH3NNHRH2NHNNNR2728 2-氨基-4-甲基模式29 2,4-氨基模式经典叶酸拮抗剂有一种主要的缺点48,49该系统功能削弱就会导致耐药性。此外，它们的活性部分是由它们作为叶酰多聚 -谷氨酸合成酶(FPGS)底物的能力来决定的50，因此具有 FPGS 活性降低的癌细胞对此类药物具有抵抗力。FPGS催化 -多聚谷氨酸的形成，它是经典叶酸拮抗剂长效、不外流的形式，可以保持抗癌药高的细胞内浓度。虽然这些药物的 -多聚谷氨酰化对癌细胞毒性是必须的，但也可能导致对宿主细胞毒性。Gangjee 报道一个带有 6-甲基的化合物 32 是人类和细菌 TS 抑制剂，它既不是 FPGS 的底物也不是人类 CCRF-CEM 细胞 FPGS 抑制剂，因此就没有上面提到的关于 FPGS 的缺点。化合物 31 在化合物 30 的 6-位引入一个甲基，也被期望成为一种双抑制剂而又不作为 FPGS 的底物。研究表明 6-甲基的存在有望抑制 5-取代侧链所形成的低能构象，据报道这种构象抑制有利于增强 TS 抑制，但与 30 相比 6-甲基的存在有可能导致对 DHFR 抑制的降低。NCH2CH3CONHCOOHHNOSCONHCOOHH2NNNHRCOOHH2NNNHCH3COOH30: R=H 31: R=CH3328 非经典的叶酸拮抗剂5153尽管 LY231514 具有优秀的抗癌活性，但是作为经典叶酸拮抗剂，与非经典叶酸拮抗剂相比它具有上文所提到的众多缺点。为了克服这些缺点，药物学家们已经设计出大量不带谷氨酸侧链的非经典的叶酸拮抗剂。以下几种化合物是较典型的非经典 DHFR 叶酸拮抗剂，是针对 MTX 吸收下降而设计的药物。7，需要通过叶酸还原转运系统(RFC)运到细胞内部，化学通报2006 年 第 69 卷w021三甲氧苯氨喹唑啉(Trimetrexate，TMQ，三甲曲沙)33 是国家二类新药，为氨甲喋呤的衍生物，是一种非经典叶酸拮抗剂，其作用机理与氨甲喋呤相似，也是作用于二氢叶酸还原酶，抑制DNA 和 RNA 合成，因无谷氨酸侧链，在细胞内亦不会多谷氨酸化，不依赖叶酸正常的载体转运，可以克服通透性降低的抗药性。它具有更高的脂溶性、且抗瘤谱广、活性高，并能克服氨甲喋呤的耐药性54。对非小细胞肺癌、乳腺癌等有明显疗效，不良反应主要有胃肠道反应、骨髓抑制、转氨酶升高及可逆性肾功能障碍等，高剂量下可出现神经毒性。比曲克辛(哌利特森，Piritrexin，PTX)34 是二代非经典叶酸拮抗剂，苯环上有二个甲氧基，其作用机理和 TMQ 基本相似，对泌尿道上皮癌较有效,限量毒性为骨髓抑制。NH2 CH3OCH3NH2 CH3H3COH2NNNCH2NHOCH3OCH3H2NNNCH2OCH33334甲氧苄氨嘧啶(TMP)35 是非经典二氢叶酸还原酶抑制剂，最早由 Allegra 等报道55，抗菌谱与磺胺药相近，有抑制二氢叶酸还原酶的作用，磺胺药则抑制二氢叶酸合成酶，两者合用可使细胞的叶酸代谢受到双重阻断，因而抗肿瘤作用大幅度提高(可增效数倍至数十倍)，故有磺胺增效剂之称，并可减少抗药细胞株的出现使二氢叶酸不能还原成四氢叶酸，导致阻碍嘌呤以及 RNA口长期大量应用可影响叶酸的代谢和利用，出现白细胞血小板减少，必要时可注射四氢叶酸治疗。Epiroprim(EPM) 36 是二代 TMP 类似物，Brodimoprim 37 是 TMP 的另一模拟物，被认为是 TMP的替代物，与 DHFR 具有更强的结合力和更好的药代动力学56。乙胺嘧啶(Pyrimethamine)38 是含氯的非经典二氢叶酸还原酶抑制剂，使二氢叶酸不能还原成四氢叶酸，最后使叶酸合成减少，通过抑制细胞核分裂而使疟原虫的繁殖受到抑制。长期较大量口服可致叶酸缺乏而影响消化道黏膜及骨髓等细胞的增殖功能，较严重者出现巨幼细胞性贫血或白细胞减少。NNH2YNNH2ClN X Z35 X=H,Y=CH2,Z=3,4,5-(OMe)336 X=H,Y=CH2,Z=3,5-(OMe)2-4-(1-pyrrole)37 X=H,Y=CH2,Z=4-Cl-3,5-(OMe)2H2NNH3C38虽然非经典叶酸拮抗剂克服了经典叶酸拮抗剂的某些缺点，但由于自身结构的原因也存在一些缺点，如 TMQ 和 PTX 5-甲基的存在导致选择性下降，经过对 TMQ 和 PTX 的结构改造，Gangjee等报道合成了一系列选择性更好的 DHFR 非经典叶酸拮抗剂5762。Agouron 制药公司开发了非经典 TS 抑制剂喹唑啉类化合物 AG187 39 和 5-巯吡啶取代物AG33762 40；AG187 是 Agouron 制药公司使用“从头开始”的方法所开发的高效亲脂性 DHFR抑制剂，AG337 是第一个临床的非经典的 TS 抑制剂, 期临床试验结果表明它对头颈部肿瘤、前列腺癌、胰腺癌、肝癌、结肠癌和非小细胞性肺癌等有较好的疗效，尤以对头颈部肿瘤和肝癌的疗效最佳，2002 在韩国上市；另外 AG85 和 AG331 也是 Agouron 公司开发的 TS 抑制剂。为8及 DNA 的合成；世界上最早于 1962 年合成，我国于 1972 年投产，不良反应为偶见 恶心、呕吐，H2N化学通报 2006 年第 69 卷w021了克服经典叶酸拮抗剂多聚谷氨酰化的缺点，Rosowsky 等63,64、Webber 等65、Jackman 等66和Bavetsias 等67,68已经合成了一系列非多聚谷氨酰化的 TS 抑制剂，其中最成功的是 ZD9331 41，其结构中 7-甲基和四唑结构的存在阻止了它的多聚谷氨酰化。NNNH2HNSO2HNOSCH3H2NN39H2NN4050,52,69RFC 转运而通过被动扩散进入病原细胞，它们可以 2,4-二氨基模式与 DHFR、以 2-氨基-4-甲基模式与 TS 结合，因此被认为是潜在的非经典 DHFR 和 TS 双抑制剂。为了提高 43 的选择性，其侧链取代定向设计不同于 TMQ。HNOSHNNHCOOHHOHNNN NO R RNH2N N NHR=2,5-dimethoxyl,R=H; R=3,5-dichloro,R=H;H3CNCH3FR=3,5-dimethoxyl,R=H; R=2,4-dichloro,R=H;R=2,4-dimethoxyl,R=H; R=2,5-dimethoxy,R=CH3;R=3,4,5-trimetoxyl,R=H; R=3,5-dimethoxy,R=CH3;R=2,5-dichloro,R=H; R=3,4,5-trimethoxy,R=CH3;4142Gangjee 等70物对 DHFR 具有很强的抑制活性，强于临床正在使用的甲氧苄氨嘧啶。H2NNNH2NNHNHRabcd,e,f,ghR=2,3-(CH3)2R=3-ClR=4-ClR=2-OMeR=3-OMeR=4-OMeR=2,4-Cl2R=2,5-(OMe)2H2NNNH2NNHSRabcdefghR=3,4,5-(OCH3)3R=3,4-(OCH3)2R=4-(OCH3)R=2,5-(OCH3)2R=2,5-(OC2H5)2R=3,4-(Cl)2R=2,3(CH3)2R=H4344Rosowsky 等71TMP 和 PTX 与酶亲和力的选择性设计而成，可以作为抗 AIDS 和其它免疫紊乱的潜在药物。NH2OMeNH2OMeNH2N NR15 R=O(CH2)45CH3611 R=O(CH2)38COOHH2NNNXY18,1920,212223,24252728X=OCH2;Y=3-COOH,4-COOHX=CH CCH2O,Y= 2-COOH,3-COOHX=CH CH2O,Y=2-COOH(Z-isomer)X=(CH2)3O,Y=2-COOH,3-COOHX=C C,Y=2-COOH,3-COOH,4-COOHX=CH2CH2,Y=4-COOH12141517R=C C(CH2)24COOHR=(CH2)46COOH45经典叶酸拮抗剂比较容易产生耐药性，这主要是因为其结构与叶酸类似，和叶酸经过相同的9Gangjee 等合成了非经典叶酸拮抗剂 42 和 43，42 属于亲脂性化合物，有可能不经过HN还合成了一系列含硫 DHFR 非经典叶酸拮抗剂 44，生物学研究表明此类化合合成了一系列小分子化合物 45 作为 DHFR 非经典叶酸抑制剂，是通过结合化学通报2006 年 第 69 卷w021途径进行代谢，为了克服其耐药性而保持抑制活性，人们开始寻找与叶酸结构不类似的新型抑制剂非类似物叶酸拮抗剂抑制剂(non-analog antifolate inhibitors NAAI)，目前这是一个令人感兴趣的研究课题72,73。Samuele 等74研究发现酸碱指示剂 Pth(Phenolphthalein)酚酞 46 是一种低微克分子 TS 抑制剂，并设计合成一系列 Pth 衍生物，经测定表明它们的活性显著增强。Samuele 等还研究了酚酞的同源物并设计合成一系列苯酚萘的衍生物，该类化合物表现出很高的专一性和抑制活性，其中有代表性的是156 47。HOOH46OOOHOO47ClClOH9 混合的叶酸拮抗剂另外有些实验室还报道了关于降低 FPGS 活性而发生对经典叶酸拮抗剂的早期耐药性，这使得人们关注那些能保留通过主动转运而吸收的能力但其活性不依赖于多谷氨酰化的化合物。以前就有人推论这些化合物可适当地用于原有 FPGS 活性较低的肿瘤或那些用经典叶酸拮抗剂治疗后已使 FPGS 活性降低的肿瘤。这种混合叶酸拮抗剂的一个例子是氨基喋呤类似物 PT5237548，由 Dana-Farber 肿瘤研究所和 Sparta 制药公司开发，在生理 pH 下可溶于水，可作注射剂，通过提高 P-糖蛋白的表达，可以抑制那些对 TMQ 和其它亲脂性叶酸拮抗剂产生耐药性的细胞生长，属于 DHFR 抑制剂,目前正在进行临床试验。H2NNNH2NN NNHCOOHCONHCH(CH2)3NHCOCOOHH2NCOOHX Z CONHCHN Y (CH2)3NHCOX=Y=N,Z=CHEtX=Y=N,Z=CHCH2C CHCOOH4849Dana-Farber 肿瘤研究所还合成了其它几种 PT523 的类似物 49，它们也都是非多聚谷氨酰化的，其活性不依赖于 FPGS。综上所述，由于叶酸在生物代谢中所起的不可替代的作用，叶酸代谢途径中的各种酶成为癌症化疗的非常重要的作用靶点，药物学家们经过长期的研究已经合成了结构多样的叶酸拮抗剂，已经作为药物上市或正在临床的药物表现出较好的抗癌活性。随着科技的进步，各种分离分析手段的完善，为药物学家对叶酸结构更好的进行探索提供了强大的技术支撑，使人类开发出抗肿瘤活性更高、选择性更好 、毒副作用更小的新型叶酸拮抗剂类药物有了更大的可能性。参考文献1234K Aso,Y Imai, K Yukishie et al. Chem. Pharm. Bull, 2001, 49(10): 12801287.K N Rao, R K Bhattacharya, S R Venkatachalam. J. Biochem. Mol. Toxicol., 1998,12(3): 167173.P E Postmus. Lung Cancer, 2002, 38: S3S7.W T Purcell, D S Ettinger. Current Oncology Reports, 2003, 5: 114125.10NH2NX=Y=CH,Z=CH2化学通报 2006 年第 69 卷w021567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162A Gangjee, J Yu, R L Kisliuk et al. J. Med. Chem., 2003, 46: 591600.T Miwa, T Hitaka, H kimoto et al. J. Med. Chem., 1991, 34: 555560.J R Piper, G S Mccaleb, J A Montgomery, et al. J. Med. Chem., 1988, 31: 21642169.A Gangjee, J M Yu, J J McGuire et al. J. Med. Chem.,2000, 43: 38373851.A Gangjee, H D Jain,J J McGuire et al. J. Med. Chem., 2004, 47(27): 67306739.A Gangjee, R Devraj, J J Mcguire et al. J. Med. Chem., 1954, 38: 37983805.J J McGuire. Current Pharmaceutical Design, 2003, l.9(31): 25932613.C Pitts, J Yin, D Bowen et al. Int. J. Mol. 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