抗腫瘤活性化合物Cryptophycin衍生物及其結構類似物的設計與合成.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,首次在藍綠藻念珠屬(Nostoc sp.ATCC53789)中提取出Cr,經確認其結構為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、試驗中顯示出顯著并廣泛的抗腫瘤活性,IC50值達到皮摩爾量級:并對多重耐藥性(MCR)的腫瘤細胞依然有出色的活性。截止目前,Cryptophycins家族共發(fā)現(xiàn)了28個天然化合物。包括Merck、Eli Lilly在內的多個科學研究機構都將Cr化合物做為有開發(fā)潛力的抗腫瘤藥物進行研究。其中,Eli Lilly公司研發(fā)的Cryptophycin-52已經進入臨床研究階段。
　　 通過抗腫瘤作用機制研究表明:Cr是以微管(micro

3、tubule)或微管蛋白為作用靶點,通過影響細胞有絲分裂(mitosis)的正常進程,抑制細胞增殖,誘導細胞凋亡。當前對Cr的研究方向主要集中在:Cr新衍生物或者類似物的設計合成和活性篩選；通過細胞和分子生物學等方法研究Cr抗腫瘤作用靶點和作用機制并探討Cr分子構效關系(SAR)。
　　 我們以Cryphophycin-1為先導化合物,重點針對Cr分子在藥理實驗中表現(xiàn)出的生物利用度低的缺點,在對藥物構效關系進行分析的基礎上,應用

4、生物電子等排原理(Bioisosterism),結合計算機輔助設計手段,對Cr分子的結構進行優(yōu)化設計。在保留先導物分子活性結構的同時,合理引入極性原子或基團,通過全合成手段得到新型Cr衍生物和結構類似物。目的在于提高整個分子在生物體內的穩(wěn)定性,改善其抗腫瘤活性。本課題共設計了三個系列新型Cryphophyci衍生物。通過對先導化合物分子的四片段(ABCD)拆分和逆合成分析(Retrosyntheticanalysis),設計出合理的全合

5、成路線。所設計的衍生物著重改造先導物中B、C、D三個片段的結構,以新穎的類三肽結構形成分子BCD三個片段的連接模塊。其中,類三肽結構片段的合成中,詳細考察了Arndt-Eistert同系化反應的重排機理；選擇性保護基的使用；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,我們運用不對稱合成方法制備了A片段,針對A片段中多個手性中心的構建,重點考察了應用巴豆基硼(Crotylborane)手性誘導試劑和Sharpless環(huán)氧

6、化方法誘導的不對稱合成機理和反應條件。其中,包括不對稱合成手性試劑的制備和應用；手性誘導機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等多個經典有機合成反應,其中A片段合成包括10～13步反應；衍生物全合成路線包括24～27步反應。
　　 借鑒有關結構類似物的設計

7、合成經驗,我們保留Cr分子的16元環(huán)結構,以較小的片段結構替代A片段中含有手性中心的甲基.苯丙烯結構,設計并合成出另一系列含16元環(huán)類多肽結構的新型Cr結構類似物。該設計目的是力求保留先導物抗腫瘤活性部位的同時,簡化分子結構,減少立體異構選擇性對合成收率的影響；同時增加分子極性以提高分子在生物體內的穩(wěn)定性和代謝流動性。
　　 對所設計的Cr衍生物和結構類似物進行了初步藥理活性試驗。包括:體外(in vitro)抗腫瘤細胞活性篩選

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

9、果顯示,我們所設計合成的新型Cr衍生物具有明顯廣譜的抗腫瘤活性。通過對活性試驗結果進行分析豐富了Cr化合物的構效關系理論和新型藥物設計合成思路。
　　 本論文的創(chuàng)新和特點:
　　 設計了類三肽結構為框架的分子:BCD片段模塊。創(chuàng)新性的設計了以β酪氨酸為母核結構的B片段,進而將不同的L.氨基酸引入C片段結構。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構片段；同時,通過引入氨基酸結構中的極性原子和基團來增

10、加整個分子的穩(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連接B和D片段；同時,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性。
　　 對于全合成的重點--A片段的合成,在研究借鑒前人工作的基礎上,分別運用巴豆基硼手性誘導試劑和Sharpless環(huán)氧化兩種方法來構建A片段中的手性中心,并詳細探究不對稱誘導作用機理和方法條件。
　　 我們選擇了包括實體瘤和

11、白血病細胞在內的十幾種腫瘤細胞,以充分考察Cr新型衍生物的廣譜抗腫瘤活性。試驗結果反應出所設計衍生物在廣譜抗腫瘤活性和安全性方面表現(xiàn)同等(對照物紫杉醇)或優(yōu)異(對照物甲胺蝶呤)。
　　 通過裸鼠體內抗腫瘤抑制試驗,結果顯示所設計衍生物對比陽性對照物阿霉素,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。
　　 本課題設計合成了10個新型Cryptophycin衍生物和類似物,初步生物藥理試驗表明