抗腫瘤活性化合物Cryptophycin衍生物及其結(jié)構(gòu)類似物的設(shè)計(jì)與合成.pdf

1、Cryotophycins(Cr)是一類由海洋藻類(Nostoc sp.ATCC53789)、(Nostocsp.GSV224)和海綿(Dysidea arenaria)中發(fā)現(xiàn)提取的抗腫瘤活性化合物。1990年,首次在藍(lán)綠藻念珠屬(Nostoc sp.ATCC53789)中提取出Cr,經(jīng)確認(rèn)其結(jié)構(gòu)為16元大環(huán)縮酚酸肽化合物。最初研究發(fā)現(xiàn)此類化合物對(duì)于隱球菌(Cryptococcus)有非常好的抑制活性,并由此命名。隨后,Cr化合物在體外

2、試驗(yàn)中顯示出顯著并廣泛的抗腫瘤活性,IC50值達(dá)到皮摩爾量級(jí):并對(duì)多重耐藥性(MCR)的腫瘤細(xì)胞依然有出色的活性。截止目前,Cryptophycins家族共發(fā)現(xiàn)了28個(gè)天然化合物。包括Merck、Eli Lilly在內(nèi)的多個(gè)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)都將Cr化合物做為有開發(fā)潛力的抗腫瘤藥物進(jìn)行研究。其中,Eli Lilly公司研發(fā)的Cryptophycin-52已經(jīng)進(jìn)入臨床研究階段。
　　 通過抗腫瘤作用機(jī)制研究表明:Cr是以微管(micro

3、tubule)或微管蛋白為作用靶點(diǎn),通過影響細(xì)胞有絲分裂(mitosis)的正常進(jìn)程,抑制細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。當(dāng)前對(duì)Cr的研究方向主要集中在:Cr新衍生物或者類似物的設(shè)計(jì)合成和活性篩選；通過細(xì)胞和分子生物學(xué)等方法研究Cr抗腫瘤作用靶點(diǎn)和作用機(jī)制并探討Cr分子構(gòu)效關(guān)系(SAR)。
　　 我們以Cryphophycin-1為先導(dǎo)化合物,重點(diǎn)針對(duì)Cr分子在藥理實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的生物利用度低的缺點(diǎn),在對(duì)藥物構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用

4、生物電子等排原理(Bioisosterism),結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段,對(duì)Cr分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保留先導(dǎo)物分子活性結(jié)構(gòu)的同時(shí),合理引入極性原子或基團(tuán),通過全合成手段得到新型Cr衍生物和結(jié)構(gòu)類似物。目的在于提高整個(gè)分子在生物體內(nèi)的穩(wěn)定性,改善其抗腫瘤活性。本課題共設(shè)計(jì)了三個(gè)系列新型Cryphophyci衍生物。通過對(duì)先導(dǎo)化合物分子的四片段(ABCD)拆分和逆合成分析(Retrosyntheticanalysis),設(shè)計(jì)出合理的全合

5、成路線。所設(shè)計(jì)的衍生物著重改造先導(dǎo)物中B、C、D三個(gè)片段的結(jié)構(gòu),以新穎的類三肽結(jié)構(gòu)形成分子BCD三個(gè)片段的連接模塊。其中,類三肽結(jié)構(gòu)片段的合成中,詳細(xì)考察了Arndt-Eistert同系化反應(yīng)的重排機(jī)理；選擇性保護(hù)基的使用；以及片段連接順序的方法和路線選擇。此外,作為全合成工作的重點(diǎn),我們運(yùn)用不對(duì)稱合成方法制備了A片段,針對(duì)A片段中多個(gè)手性中心的構(gòu)建,重點(diǎn)考察了應(yīng)用巴豆基硼(Crotylborane)手性誘導(dǎo)試劑和Sharpless環(huán)氧

6、化方法誘導(dǎo)的不對(duì)稱合成機(jī)理和反應(yīng)條件。其中,包括不對(duì)稱合成手性試劑的制備和應(yīng)用；手性誘導(dǎo)機(jī)理研究及合成方法的比較。全合成工作涉及Wittig,Grignard,Heck,Arndt-Eistert,Sharpless Oxidation,Swern Oxidation,Crotylborylation等多個(gè)經(jīng)典有機(jī)合成反應(yīng),其中A片段合成包括10～13步反應(yīng)；衍生物全合成路線包括24～27步反應(yīng)。
　　 借鑒有關(guān)結(jié)構(gòu)類似物的設(shè)計(jì)

7、合成經(jīng)驗(yàn),我們保留Cr分子的16元環(huán)結(jié)構(gòu),以較小的片段結(jié)構(gòu)替代A片段中含有手性中心的甲基.苯丙烯結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)并合成出另一系列含16元環(huán)類多肽結(jié)構(gòu)的新型Cr結(jié)構(gòu)類似物。該設(shè)計(jì)目的是力求保留先導(dǎo)物抗腫瘤活性部位的同時(shí),簡(jiǎn)化分子結(jié)構(gòu),減少立體異構(gòu)選擇性對(duì)合成收率的影響；同時(shí)增加分子極性以提高分子在生物體內(nèi)的穩(wěn)定性和代謝流動(dòng)性。
　　 對(duì)所設(shè)計(jì)的Cr衍生物和結(jié)構(gòu)類似物進(jìn)行了初步藥理活性試驗(yàn)。包括:體外(in vitro)抗腫瘤細(xì)胞活性篩選

8、,細(xì)胞毒性試驗(yàn)和裸鼠體內(nèi)(in vivo)抗腫瘤生長抑制試驗(yàn)。體外試驗(yàn)采用MTT法,選擇多株腫瘤細(xì)胞(包括實(shí)體瘤(tumor)細(xì)胞和白血病(leukemia)細(xì)胞),以微管靶點(diǎn)抗腫瘤藥物紫杉醇(Taxol)和葉酸拮抗劑類抗腫瘤藥物--甲胺蝶呤(MTX)為陽性對(duì)照物,進(jìn)行活性篩選。動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)選擇接種非小細(xì)胞肺癌(SPCA-1)后的BALB/C-nu裸鼠為模型,以廣譜抗腫瘤藥物阿霉素(Dox)為陽性對(duì)照進(jìn)行腫瘤生長抑制研究。藥理活性試驗(yàn)結(jié)

9、果顯示,我們所設(shè)計(jì)合成的新型Cr衍生物具有明顯廣譜的抗腫瘤活性。通過對(duì)活性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析豐富了Cr化合物的構(gòu)效關(guān)系理論和新型藥物設(shè)計(jì)合成思路。
　　 本論文的創(chuàng)新和特點(diǎn):
　　 設(shè)計(jì)了類三肽結(jié)構(gòu)為框架的分子:BCD片段模塊。創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了以β酪氨酸為母核結(jié)構(gòu)的B片段,進(jìn)而將不同的L.氨基酸引入C片段結(jié)構(gòu)。由此,可以充分利用L-氨基酸的多種變化,得到多種新穎的類三肽結(jié)構(gòu)片段；同時(shí),通過引入氨基酸結(jié)構(gòu)中的極性原子和基團(tuán)來增

10、加整個(gè)分子的穩(wěn)定性。
　　 大膽嘗試了在C片段引入氯磺酰異氰酸酯,利用其高活性的雙端活性基團(tuán)連接B和D片段；同時(shí),考慮引入極性較大穩(wěn)定性更高的磺?；岣叻肿訕O性,改善整體分子的代謝流動(dòng)性。
　　 對(duì)于全合成的重點(diǎn)--A片段的合成,在研究借鑒前人工作的基礎(chǔ)上,分別運(yùn)用巴豆基硼手性誘導(dǎo)試劑和Sharpless環(huán)氧化兩種方法來構(gòu)建A片段中的手性中心,并詳細(xì)探究不對(duì)稱誘導(dǎo)作用機(jī)理和方法條件。
　　 我們選擇了包括實(shí)體瘤和

11、白血病細(xì)胞在內(nèi)的十幾種腫瘤細(xì)胞,以充分考察Cr新型衍生物的廣譜抗腫瘤活性。試驗(yàn)結(jié)果反應(yīng)出所設(shè)計(jì)衍生物在廣譜抗腫瘤活性和安全性方面表現(xiàn)同等(對(duì)照物紫杉醇)或優(yōu)異(對(duì)照物甲胺蝶呤)。
　　 通過裸鼠體內(nèi)抗腫瘤抑制試驗(yàn),結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)衍生物對(duì)比陽性對(duì)照物阿霉素,在延長裸鼠生命周期,抑制腫瘤生長,延緩裸鼠體重減少等方面都表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。
　　 本課題設(shè)計(jì)合成了10個(gè)新型Cryptophycin衍生物和類似物,初步生物藥理試驗(yàn)表明