单萜吲哚类生物碱结构修饰PPT参考课件

1、单萜吲哚类生物碱结构修饰,1,单萜吲哚类（monoterpenoid indoles）生物碱又称裂环环烯醚萜吲哚类（secoiridoid indoles）生物碱，是最重要的来源于色氨酸的生物碱，已知碱约1100多个。分子中具有一个吲哚和一个C9或C10的裂环番木鳖苷及其衍生物的结构单元。 根据生源并结合化学结构分成三类：单萜吲哚类碱（利血平）、双分子吲哚类碱（长春碱）和与单萜吲哚类碱相关的生物碱（喜树碱）,2,喜树碱 Camptothecin CPT 抗肿瘤,利血平Reserpine 降血压,共同生源,色氨酸,裂环番木鳖苷,3,一、喜树碱的发展历史 二、喜树碱抗肿瘤作用机制 三、临床研究的喜

2、树碱衍生物 四、喜树碱的全合成 五、喜树碱的生源途径和仿生合成 六、喜树碱的结构修饰及构效关系 七、前景与展望,第一部分 喜树碱的结构修饰,4,美国化学家Wall ME和Wani MC在1966年首先从中国珙桐科植物喜树（Camptotheca acuminata）中提取出来的一种生物碱。试验表明它有显著抗肿瘤活性。,一、喜树碱的发展历史,5,喜树碱分子中有4个六元环和1个五元环且在E环有1个不对称中心（20S 构型）。 天然喜树碱水溶性极差，因此早期临床用喜树碱的水溶性钠盐，遗憾的是喜树碱开环形式产生毒性且抗癌活性差，导致期临床中断。肿瘤学家对喜树碱的再一次兴趣是源于它的作用机制，20世纪8

3、0年代后期的研究发现，喜树碱抗肿瘤活性是通过作用于拓扑异构酶（Topo）抑制DNA的复制和转录，从而使喜树碱的研究进入了一个全新的阶段。 目前美国、日本、法国、德国、韩国和意大利的喜树碱衍生物研究在世界上处于领先地位。,6,7,二、喜树碱抗肿瘤作用机制,拓扑异构酶是生物体内广泛存在的核酶，它催化松弛超螺旋的DNA双链，参与DNA的复制、转录、重组和修复。Topo先与DNA结合形成可裂解复合物，在DNA磷酸二酯上形成一个单链缺口，让未受损的单链从缺口中回转，使DNA松弛，以利于复制和转录，随后将缺口连接。 多种肿瘤细胞中Topo的含量远高于正常细胞。 CPT-Topo-DNA三元复合物的形成，使

4、其可裂解复合物稳定化，导致DNA单链断裂，不能再度连接。,8,喜树碱在体内存在着关闭的内酯形式和开环的羧酸盐形式之间的平衡，特别是人血浆白蛋白（HSA）优先与喜树碱的开环形式结合，形成稳定的复合物，使平衡向开环形式位移，使得体内具有抗肿瘤活性的内酯形式含量太低。,9,三、临床研究的喜树碱衍生物,喜树碱钠盐（CPT-Na）：由于喜树碱的内酯形式难溶于水，故早期临床试验用喜树碱的开环形式-钠盐。在20世纪70年代初的期临床试验中，观察到CPT-Na 在人体内抗肿瘤活性低，且产生严重的副作用如骨髓抑制、胃肠毒性和出血性膀胱炎等。,10,Exactecan(DX-8951f)：日本Daiichi 公司

5、开发的一种水溶性全合成衍生物。在体内外抗肿瘤活性中，它不仅抗瘤谱广，而且优于伊立替康和拓扑替康。目前正在进行期临床研究。, CH3SO3H,11,Lurtotecan：美国Claxo-Smithkline 公司开发的一种六环喜树碱水溶性全合成衍生物。临床前研究结果显示，该化合物优于拓扑替康，目前正在进行期临床试验。,CF3COOH,12,CKD-602：韩国CKD-602 公司开发的水溶性衍生物。目前正在进行期临床研究，主要针对结肠癌、胃癌和卵巢癌。,HCl,13,9-硝基喜树碱（Rubitecan, 9-NC）：美国SuperGen公司开发的水不溶性半合成衍生物。目前已完成针对晚期胰腺癌的

6、期临床研究，正向FDA 提出新药申请。但该药在体内的内酯半衰期较短，故用脂质体来提高体内内酯稳定性。,14,9-氨基喜树碱（9-AC）：美国IDEC 公司开发的水不溶性半合成衍生物，它是9-硝基喜树碱在体内代谢产物。由于它在体内内酯含量太低且毒性较大，IDEC 公司已于1999 年底终止它的期临床研究。,15,Gimatecan(ST1481)：美国Sigma-Tau 公司开发的水不溶性全合成衍生物。目前正在进行针对恶性神经胶质瘤和其它实体瘤的 、 期临床研究。,16,Karenitecin(BNP-1350)：美国BioNumerik 公司开发的水不溶性半合成衍生物。目前已完成期临床研究，正

7、在进行针对非小细胞肺癌、卵巢癌、乳腺癌、结肠癌和黑色素瘤等肿瘤的期临床研究。,17,Diflornotecan(BN-80915)：法国Biogeasure 公司开发的水不溶性羟基内酯全合成衍生物。体内外抗肿瘤活性显示，它优于伊立替康和拓扑替康。由于该化合物与DNA-Topo 形成三元不可裂解复合物，因此体内内酯半衰期延长，目前正在进行期临床研究。,18,拓扑替康（topotecan，TPT）是美国Smithkline Beecham公司开发的一个喜树碱衍生物，1996年5月由FDA批准上市，用作卵巢癌病人的二线治疗药物。1999年又批准其用于小细胞肺癌（SCLC）的二线治疗。,临床已上市药,

8、19,伊立替康（irinotecan, CPT-11）是日本Yakult和Painichi公司研制的水溶性好的喜树碱类衍生物，对结肠癌，小细胞肺癌和白血病疗效显著。1994年在日本上市。于1996年得到FDA批准。,20,四、喜树碱的全合成 最短的全合成路线 Comins, D. L. Org. Lett. 2001, 3, 4255.,A/B环,D/E环,六步 原料：2-甲氧基-吡啶和2-氯-喹啉-3-甲醛,21,1,2,1,3,4,5,6,7,8,9,22,五、喜树碱的生源途径和仿生合成 喜树碱是属于单萜吲哚生物碱类，由色胺和裂环番木鳖苷secologanin衍生而来,23,1997年，喜

9、树碱的仿生合成终于完成（Brown，RTTetrahedron Lett2000，41，859）。喜果苷四乙酸酯1用高碘酸钠氧化切断C(2)/C(7)双键生成羰基内酰胺2，接着用三乙胺环化，主要产物为喹啉酮3，喹啉酮3用亚磺酰氯处理得氯喹啉4，氯喹啉4经兰尼镍催化氢化得二氢喹啉5，用DDQ氧化成吡啶酮66去掉保护后，接着用酶水解得环状半缩醛，PCC氧化成内酯7，接着氯化铜催化氧化得消旋的喜树碱。,1,2,3,4,5,6,7,CPT,24,六、喜树碱的结构修饰及构效关系 （一）拓扑替康 Kingsbury, W. D.; J. Med. Chem. 1991, 34, 98-107.,25,（二

10、）伊立替康 Sawada, S.; Chem. Pharm. Bull. 1991, 39, 1446.,26,（三）高喜树碱 Lavergne, O.; Bioorg. Med. Chem. Lett. 1997, 7, 2235.,hCPT细胞毒活性明显高于CPT，体内代谢稳定性大大提高，种属差异小，毒性下降,27,（四）9-硝基喜树碱 Cabri W, Tetrahedron Lett，l 99536(50)：9197,28,（五）喜树碱的构效关系（SAR）研究 结构修饰的四个标准：Li Q Y. Current Medicinal chemistry, 2006, 13, 2021 (

11、1) improved water solubility (2) stability in blood (3) decreased cytotoxicity (4) susceptibility to defined enzymatic cleavage,29,1、喹啉环（A/B环）修饰的衍生物,30,31,（1）在A 和B环的7，9 和10位，甚至11位引入不同的取代基（氨基、硝基、甲氧基、羟基、甲基、已基、氯、溴以及取代的氨甲基），特别是7和10位双取代基，可干扰喜树碱开环形式与人血浆白蛋白（HAS）的结合，从而提高内酯形式在体内的稳定性，增大衍生物的抗肿瘤活性。A、B环7、9、10、11

12、位都在五环凹面之外，立体障碍小，且在形成三元复合物时，空间结构允许，因此在这些位置取代的衍生物最多 （2）12位取代导致活性降低，一般认为A环12位处在喜树碱五个环形成的凹面，根据“药物堆积”模式，在此位的任何取代都将阻碍CPT与Topo-DNA复合物的键合，产生立体位阻效应。再加上可能由于喹啉上的N原子产生的电子效应，使C-12位取代衍生物活性显著降低 （3）B环氮原子氧化生成氮氧化物也降低其活性,32,2、C/D环修饰的衍生物,33,（1）C环的5位较少有修饰，曾引入小分子的烷基，烷氧基，羟基和酰氧基，活性均降低或完全消失。C环的5位邻近D环的酮羰基，而后者是保持活性的关键位点，在C环5位

13、引入基团有可能通过氢键作用或者空间位阻影响D环羰基与酶相互作用，阻碍D 环与DNA酶复合物嵌合，从而降低活性。 （2）D环是保持活性的关键部位，不作修饰,34,3、E环修饰衍生物,喜树碱的内酯环是其抗肿瘤的活性的关键部位，E环开环形式的抗肿瘤活性仅为内酯形式的十分之一。而开环形式是导致不良反应的原因所在，如引起骨髓抑制、呕吐、腹泻和血尿等,（1）20位羟基必须为S构型，若为R型则无活性。 与酶-DNA形成氢键 与羰基形成分子内氢键 增加羰基对亲核基团的敏感性,35,（2）喜树碱的E环的氧原子被氮、硫取代，内酯羰基还原为醇，使活性降低。,36,（3）喜树碱的E环扩环成7元环，破坏分子内氢键，降低

14、羰基活性，且hCPT-DNA-Topo为不可逆复合物，提高内酯在体内的半衰期；,37,（4）喜树碱E环20-羟基被氨基取代或被还原成氢活性显著降低；被氯或溴原子取代时，由于卤素的可极化性，它可以和酶形成较稳定的复合物，因此分子仍具有一定的抗肿瘤活性。,38,（5）喜树碱E环20-羟基的酯化可增大羰基的位阻，破坏分子内氢键，也降低羰基的活性，体内试验表明，它的酯化可大大降低喜树碱的毒性，通过加大用量来维持它的抗肿瘤活性；,39,取代后活性减少,取代后无活性,未定义,羟基或羟基酯化,要求S-构型,要求为关闭 的内酯,吸电子取代基 活性增加,极性或非极性 小体积取代基 活性增加,极性或非极性 取代基

15、活性增强,喜树碱的构效关系总结如下：,40,（五）喜树碱结合衍生物（Conjugated Analogs，有文献也译成轭和物） 除去结构修饰，结合是优化喜树碱活性的另一个策略。 结合物是喜树碱的前药，在体内被特定的酯酶水解。增加内酯环稳定性及改善CPT 药物溶解性，同时提高药物的活性，降低毒性。 进入期临床研究的exatecan的生物可降解聚合物衍生物DE-310、进入期临床研究阶段的C20-氨基羧酸CPT糖结和物afeletecan（Bay-38-3441）及聚乙二醇聚合物酯类的Prothecan,41,DE-310 期,Bay-38-3441 期,Prothecan 期,42,此外，还有不

16、少活性强的前药,43,七、前景与展望 DNA拓扑异构酶作为重要的细胞核内酶，在生物体内发挥重要的作用。因此研究它的作用机制，对于深入理解生命进程中的所有与DNA有关的遗传、复制、转录等过程，探索生命奥秘具有重要的意义。实践表明以它作为靶酶设计的抗肿瘤药物，不仅活性高，而且选择性好，对于癌症化疗具有重要的意义。喜树碱是Topo的特异性抑制剂，FDA批准的两个喜树碱衍生物新药伊立替康和拓扑替康虽在我国仿制成功，但前者副作用较大，后者已在我国申请专利，限制了它们的应用。因此开发高效低毒的喜树碱抗肿瘤新药是药学工作者的当务之急。目前针对喜树碱E环的修饰已经成为开发新型抗肿瘤药物的研究热点。20位上的羟

17、基成氨基酸酯以及E环扩环是寻找新药前体的趋势。近来已有文献报道这类化合物对HIV病毒有抑制作用，使人们对喜树碱类衍生物的研究方兴未艾，呈现出广阔的前景。 我国西南部贵州、四川、云南、广西等省盛产富含喜树碱的植物；癌症是我国死亡率第一大疾病，因此，开发具有自主知识产权的新喜树碱衍生物抗癌药物，不仅是重大疾病治疗的需要，也有利于西部农业资源产业化开发。,44,第二部分 利血平的结构修饰,一、简介及药理作用 二、利血平的生源途径和生物合成 三、利血平的全合成 四、利血平的结构修饰,45,TMB=3,4,5-trimethoxybenzoyl,一、简介及药理作用,1952年从印度夹竹桃科植物萝芙木Ra

18、uwolfia serpentine Benth. 发现,46,C3-H C15-H C20-H,47,pseudoreserpine（伪利血平）,isoreserpine（异利血平）,deserpidine（地血平）,rescinnamine（利血胺）,从同属植物中分到众多类似物,48,raunescine（萝尼生）,isoraunescine（异萝尼生）,raugustine（萝古斯亭）,49,利血平是影响交感神经介质的药物，能抑制去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺以及5-羟基色胺进入神经细胞内囊泡中贮存，使其迅速地被神经细胞内的单胺氧化酶破坏，最后导致神经末梢介质耗竭，引起温和而持久的降压作

19、用。利血平用于治疗高血压病，作用缓慢，温和而持久。因有安定作用，故对老年和有精神病症状的患者尤为适用。 降压灵（verticil）为国产萝芙木提取的总生物碱制剂。主成分为利血平，但作用较利血平温和，副作用小，适用于轻度高血压。主要研发工作由黄量院士完成，这项成果是医学科学院药物研究所向建国十周年献礼的项目之一，并获1978年全国科学大会奖。,50,二、利血平的生源途径和生物合成,生源途径,51,裂环番木鳖苷,6-甲氧基色氨,生物合成 陈芬儿，Chem.Rev., 2005, 105, 4671,52,利血平由于其复杂的结构（母核21个C，6个手性C，5个环）和显著的生物活性，使其全合成极具吸引

20、力，迄今有十余条全合成路线。（陈芬儿，Chem.Rev., 2005, 105, 4671）,以E环为核心 （迄今已有7条路线）,以D/E环为核心 （3条）,三、利血平的全合成,53,1956年由Woodward小组第一次完成全合成，在有机合成界有里程碑式的意义（Woodward R B, J. Am. Chem. Soc., 1956, 78,2023; Tetrahedron, 1958, 2, 1）,54,E环,(-)-Reserpine,55,四、利血平的结构修饰,利血平的构效关系研究表明：16位、18位的酯基，17位的甲氧基对于其抗高血压活性是至关重要的；将酯键水解或脱甲基，其活性均减弱或消失；如分子中的C、D环芳构化，活性也消失；将11位甲氧基除去仍保持活性。（药物化学，主编：尤启东，2004年，北京工业出版社， 271）,56,（一）deserpidine（坎尼生） J Nat Prod 2005, 68,1629 在植物含量中远低于利血平，与利血平相似，具有降血压、镇静和安定