多年來藥物學(xué)家為了增強紫杉醇的水溶性和靶向性-持.doc

水溶性紫杉醇衍Sinenxan A(SI-A,3)3是由南方紅豆杉愈創(chuàng)組織培養(yǎng)得到的含量較高(干重可達2%)的新型紫杉烷化合物,具有紫杉醇母核類似骨架和14-含氧基團,而無相應(yīng)的1,7,9,13位含氧基團,為尋找新的抗癌藥提供了可以不依賴自然資源的原料。因此,我們圍繞SI-A母核進行了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)修飾,合成了一系列14-側(cè)鏈紫杉醇衍生物4。本文報道我們工作的一部分。經(jīng)計算機分子計算,化合物4和5分子表面靜電勢與紫杉醇相似5,有可能具有較強的抗腫瘤活性,因此這兩個化合物成為我們要合成的目標(biāo)分子?；衔?的合成路線見圖2。從SI-A出發(fā)經(jīng)11步反應(yīng)可以得到起始中間體66。6用氫氧化鉀選擇性水解10位酯基高收率地得到7,7隨后經(jīng)TPAPtetrapropylammoniumperruthenate()氧化生成8。我們參考Nicolaou在全合成紫杉醇所用的方法7,在叔丁醇鉀和苯硒酸酐(PhSeO)2O作用下,化合物8的羰基-氫被氧化為羥基生成9,化合物9的9位羥基構(gòu)型經(jīng)NOE差譜證實處于位。在對9進行硅膠柱分離純化時,發(fā)現(xiàn)9在硅膠中易轉(zhuǎn)變成10。紫杉烷類化合物的10位羰基/9位羥基在硅膠中轉(zhuǎn)變?yōu)?0位羥基/9位羰基,未見文獻報道。與Nicolacu的方法7相比,利用該方法將化合物9轉(zhuǎn)變?yōu)?0,條件溫和,副產(chǎn)物少,容易操作。Nicolaou在全合成紫杉醇時將10位羰基/9位羥基轉(zhuǎn)變?yōu)?0位羥基/9位羰基,采用的方法是先用叔丁醇鉀在-78進行烯醇化生成烯二醇,然后用醋酸酸化實現(xiàn)轉(zhuǎn)變。但我們在實驗中發(fā)現(xiàn)Nicolaou的方法不適合我們這類化合物,產(chǎn)物很復(fù)雜,生成很多極性大的產(chǎn)物,可能是由于這類化合物的四員氧環(huán)對酸更敏感,醋酸的酸性已導(dǎo)致四員氧環(huán)的開環(huán)。圖2制備目標(biāo)化合物4的合成路線Fig.2Synthesis route for target compound 4在4-二甲胺基吡啶(DMAP)作用下,將9進行乙?；玫?1。用四丁基氟化胺(tetrabutylammonium fluoride,TBAF)脫去11的TES保護基時,生成的產(chǎn)物主要為雙鍵轉(zhuǎn)移化合物12,預(yù)期的產(chǎn)物13很少。改用0.5%稀鹽酸去除TES能得到高收率的13。在二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)和DMAP作用下,13與用ee保護的側(cè)鏈酸14偶聯(lián)生成15,隨后用0.5%稀鹽酸脫去ee保護基得到目標(biāo)化合物4?；衔?的合成見圖3。與合成4的方法相同,先將10進行乙?；⒚撊ES保護基得到17,17與用ee保護的側(cè)鏈酸14偶聯(lián)后,用稀鹽酸去除ee保護基順利得到目標(biāo)化合物5。所有化合物的結(jié)構(gòu)都經(jīng)IR、1HNMR、13C NMR、FAB-MS證實。目標(biāo)化合物4和5的結(jié)構(gòu)還經(jīng)高分辨質(zhì)譜驗證。圖3制備目標(biāo)化合物5的合成路線Fig.3Synthesis route for target compound 5將4和5進行了體外腫瘤細胞抑制試驗(MTT法)和微管聚合試驗(濁度測定法)6。藥理結(jié)果表明,這兩個化合物對人口腔癌細胞(KB)的IC5010g/ml-1,在濃度為10M時對微管無聚合作用。而紫杉醇對KB細胞的IC50為2.5910-3g/ml-1,在10M時對微管有聚合作用。從藥理結(jié)果可以看出,目標(biāo)化合物的細胞毒活性比紫杉醇差3個數(shù)量級以上,說明分子表面靜電勢不是影響活性的關(guān)鍵因素。紫杉醇的構(gòu)效關(guān)系研究表明,分子北部基團(7,9,10位含氧基團)對活性影響不大8,這與我們的初步研究結(jié)果相同(9,10位含氧基團互換對活性無明顯影響)。從分子結(jié)構(gòu)對比看,目標(biāo)分子的側(cè)鏈處于14-位而不是13-位,并且缺乏紫杉醇相應(yīng)的1位羥基,這可能是導(dǎo)致化合物活性差的主要原因。有關(guān)研究正在進一步進行中。28天然產(chǎn)物研究與開發(fā)Vo1.12No.1收稿日期:1999-07-19紫杉醇(Taxol,1)1是近十多年來出現(xiàn)的治療晚期乳腺癌、卵巢癌等療效最好的藥物之一,現(xiàn)已成為治療這兩種癌癥的臨床一線用藥.它的作用機理獨特2、化學(xué)結(jié)構(gòu)新穎復(fù)雜,已引起人們的廣泛關(guān)注.但紫杉醇也存在水溶性差、對某些癌癥無效、易產(chǎn)生多藥耐受性等缺點.目前紫杉醇臨床用藥只能靠從植物中直接提取,或由植物中含量較高的10-deacetyl baccatin半合成獲得.由于該植物生長緩慢,且這兩條途徑都易造成自然資源的破壞.因此,尋找高效低毒、抗瘤譜廣、綜合性能好又不依賴自然資源的新一代紫杉醇類抗癌藥具有重要意義. 1合成路線設(shè)計Sinenxan A(SI-A,2)3是由南方紅豆杉愈創(chuàng)組織培養(yǎng)得到的紫杉烷化合物(干重可達2%),具有14-含氧基團和與紫杉醇母核類似的骨架,而無相應(yīng)的1,7,9,13位含氧基團,為進行結(jié)構(gòu)修飾、尋找新的抗癌藥提供了可以不依賴自然資源的原料.因此,圍繞SI-A母核進行了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)修飾,合成了一系列14-側(cè)鏈紫杉醇衍生物46.同時作為對SI-A進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)修飾研究的一部分,還對其10位進行結(jié)構(gòu)改造,考察10位基團的極性變化、親疏水性改變以及空間效應(yīng)對活性的影響,合成了10位為羰基、羥基、甲氧基乙酸酯、芐氧基乙酸酯、羥乙酸酯等共6個新的14-側(cè)鏈紫杉醇衍生物.目標(biāo)化合物的合成路線分別見圖1和圖2.從SI-A出發(fā)經(jīng)7步反應(yīng)可以順利得到起始原料(3)7.由于化合物(3)的4位羥基空間位阻大于2位,在二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)和4-吡咯烷基吡啶(4-pyrrolidinopyridine,4-PP)作用下,選擇性苯甲?；玫?4).在奪質(zhì)子能力很強的lithium bis(trimethylsilyl)amide(LHMDS)作用下,以乙酰氯作為?；瘎┑玫?5).用氫氧化鉀水解化合物(5)的10位乙酸酯,選擇性不高,除得到所需的化合物(6)外,還得到(7)6以及多羥基化合物.用TES(三乙基氯硅)保護(6)的10位羥基,隨后水解14位乙酸酯得到化合物(9).在DCC和4-二甲胺基吡啶(DMAP)作用下,(9)與側(cè)鏈酸(10)偶聯(lián)后,用稀鹽酸同時去除ee(乙氧基乙基)和TES保護基得到目標(biāo)化合物(13).(9)與用ee保護的-內(nèi)酰胺側(cè)鏈(11)偶聯(lián)8,再用稀鹽酸同時去除ee和TES保護基則得到另一個目標(biāo)化合物(15).a)PhCO2H,DCC,4-PP,PhMe,80;b)LHMDS,THF,AcCl,0;c)KOH,MeOH;d)TESCl,imidazole,DMF,0;e)KOH,MeOH;f)10,DCC,DMAP,PhMe;g)11,LHMDS,THF,0;h)HCl,EtOHFig1The synthetic route for target compounds (13) and (15)目標(biāo)化合物(19),(22),(25),(26)的合成見圖2.由紫杉烷中間體(16)5出發(fā),參照Holton的方法9、用tetrapropylammonium perruthenate(TPAP)/N-methylmorpholineN-oxide(NMO)氧化得到(17),(17)用稀鹽酸脫去TES保護基后,與帶ee保護基的側(cè)鏈酸(10)偶聯(lián),再用稀鹽酸去除ee得到目的物(19).中間體(16)直接進行酰化后,采用合成(19)的類似方法,即先去除14位TES保護基,再與側(cè)鏈酸(10)偶聯(lián),最后脫去ee得到化合物(22)和(25).不同之處在于改用四丁基氟化胺(TBAF:tetrabutylammonium fluoride)去除TES.由于用稀鹽酸去除TES,反應(yīng)時間長,常常需要數(shù)天時間才能反應(yīng)完全,而用TBAF僅需幾個小時,二者收率相當(dāng).以氫氧化鈀為催化劑,化合物(25)經(jīng)常壓氫化得到目的物(26).191期劉瑞武等:10位結(jié)構(gòu)修飾14-側(cè)鏈紫杉醇衍生物的合成及其抗腫瘤活性紫杉醇(paclitaxel)是治療卵巢癌的一線藥物，易引起骨髓抑制、神經(jīng)毒性、心臟毒性等不良反應(yīng)，降低了紫杉醇臨床應(yīng)用價值。為了避免或減少紫杉醇在應(yīng)用中產(chǎn)生的毒副作用，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者開展了實驗室和臨床的廣泛研究。尤其是近五年來對紫杉醇的新劑型如乳劑、膠囊、包合物、脂質(zhì)體、納米粒、凝膠、植入劑和藥物釋放支架等1，給藥方法如靜脈給藥、腹腔給藥、每周給藥法等，以及聯(lián)合用藥等的研究較多，至今已取得階段性成果。美國蒙大拿州立大學(xué)植物病理系化學(xué)家Andre Stierle博士8從短葉紅豆杉的韌皮部分離到一株能產(chǎn)紫杉醇的真菌Taxomyces andreanae。紫杉醇產(chǎn)生菌的發(fā)現(xiàn),為紫杉醇資源提供了一條新途徑。從而,從植物內(nèi)生菌中篩選具有療效的新型化合物9。1紫杉醇的藥源保護人工栽培和綜合利用植物資源是紫杉醇藥源保護的要途徑。首先,依靠種子繁殖及扦插等無性繁殖方法,有計劃大批量培育紅豆杉科植物的幼苗,是當(dāng)前有效保護和再資源的主要方法之一。美國BMS公司在1991年已種植紅豆杉樹400萬株5。我國的云南、湖南等地也開展了大片栽培試驗,云南已成功繁育了5萬株紅豆杉樹,成活率達943%;湖南已首次人工繁殖出紅豆杉幼苗3 000多株,移栽大田長勢良好6。據(jù)筆者調(diào)查,近年,廣西暉昂生化制藥有限公司在廣西資源縣等地進行曼地亞紅豆杉引種實驗并取得成功,目前長勢良好。其次,綜合利用紅豆杉植物的嫩枝、針葉,可節(jié)約天然資源。在一項由美國NCI和美國FDA共同資助的項目研究中,對歐洲幾種不同紅豆杉屬植物的針葉樣品測定結(jié)果顯示,許多種針葉樣品的紫杉醇含量可與干燥的短葉紅豆杉樹皮相當(dāng)(約001%),在美國不同地區(qū)栽培的35種紅豆杉新鮮針葉,至少有6種含量高于或等于干燥短葉紅豆杉樹皮,此項目已提供了1362萬公斤干枝葉供提取和加工研究5。最后,從非紅豆杉屬植物中尋找和分離紫杉醇,將能很好地保護珍稀的紅豆杉物種,拓展紫杉醇藥源,又能保護生態(tài)環(huán)境。有研究報道6從一種常見的榛科植物榛中提取紫杉醇和其類似物,提取出來的紫杉醇純度符合美國FDA制備針劑的要求,其化學(xué)性質(zhì)與從紅豆杉樹皮中提取的紫杉醇相一致?；瘜W(xué)全合成法，尚無用于臨床半合成法，等首次報道用10-去乙基-baccatin為原料半合成了紫杉醇,1992年Holton等12報道了紫杉醇半合成路線。10-去乙基-baccatin從歐洲紅豆杉的針葉分離出,其產(chǎn)率可達01%,由于針葉再生能力強,為紫杉醇半合成提供了豐富的原料。半合成方法是目前世界上紫杉醇原料藥提供的主要途徑,10-去乙基-baccatin在枝葉中的含量是紫杉醇的3倍以上,與通過植物提取紫杉醇相比,半合成紫杉醇可以大大地改善紫杉醇供應(yīng)的短缺情況;通過半合成,還可以使紫杉醇的側(cè)鏈具有更大的可變性,有可能獲得活性更高的紫杉醇衍生物13。內(nèi)生真菌培養(yǎng) 安德列菌Taxomyces andreanae組織細胞培養(yǎng)代謝工程從紅豆杉屬植物中分離紫杉醇類似物,是尋找替代紫杉醇的新化合物或半合成紫杉醇前體的有效方法,迄今為止已從紅豆杉樹皮中分離出170多種紫杉醇類似物。徐學(xué)民等24從四川產(chǎn)云南紅豆杉(T.yunnensis)的樹皮中分得一個具有較強生物活性的新紫杉醇烷類似物,命名為紫杉次堿(Taxotine)。經(jīng)TDR摻入法測定該化合物對P388淋巴細胞白血病DNA合成的抑制強度比平行操作的對照品紫杉醇大65倍(紫杉次堿的IC50112mg/ml,紫杉醇的IC50為74mg/ml)。除從天然資源中分離新的有效的紫杉醇類似物外,合成新的有效的紫杉醇類似物還可克服紫杉醇自身的缺陷,如解決其水溶性問題。斯坦福大學(xué)Wender25以蒎烯為原料合成了一些紫杉醇類似物,并證實其中紫杉醇脫氧類似物對腫瘤有較高細胞毒作用。1988年法國Potie等在半合成紫杉醇過程中,以10-去乙基-baccatin為原料合成了docetaxel,doc-etaxel已由Rhone-Poulenc Rorer(RPR)公司開發(fā)生產(chǎn),并于1994年4月在墨西哥上市,用于治療乳腺癌和非小細胞腫瘤,隨后RPR公司又向美國、日本、加拿大、瑞典、挪威、荷蘭申請上市,半合成docetaxel被認為是唯一能與紫杉醇相媲美的抗癌藥26,成為紫杉醇的第二代產(chǎn)品。在對紫杉醇耐藥的細胞中,docetaxel活性至少比紫杉醇高5倍,期臨床試驗表明,對晚期復(fù)發(fā)性乳腺癌的有效率為25%,對耐鉑卵巢癌的有效率為35%27-29。因此,尋找和研究新的有效的紫杉醇類似物將成為開發(fā)抗癌藥的新課題。13Ixempra(ixabepilone,伊沙匹隆)Ixempra是一種類似紫杉醇促使微管蛋白聚合并且抑制微管解聚活性的埃坡霉素(epothilones)類抗腫瘤新藥。與紫杉醇相比,埃坡霉素類抗腫瘤藥具有抗腫瘤活性更強、水溶性好、結(jié)構(gòu)簡單而易于化學(xué)合成和結(jié)構(gòu)衍生化、對具有耐藥性腫瘤細胞殺傷性強、無紫杉醇細胞內(nèi)毒素活性不良反應(yīng)等優(yōu)點,有望成為比紫杉醇更有效的抗腫瘤藥物。本品單藥治療蒽環(huán)糖苷類抗生素、紫杉烷衍生物和卡培他濱治療無效的轉(zhuǎn)移性或局部進展的晚期乳腺癌,以及與卡培他濱聯(lián)用治療蒽環(huán)糖苷類抗生素和紫杉烷衍生物無效的轉(zhuǎn)移性或局部進展的晚期乳腺癌。Ixem-pra的費用為每人每年1. 842. 30萬美元。預(yù)計到2012年, Ixempra的全球銷售額將達到5億美元。FDA對Ixempra的批準(zhǔn)基于2項多中心、多國籍臨床試驗的數(shù)據(jù),這兩項試驗共納入878例,評價了Ixempra單藥或與聯(lián)用治療無效的轉(zhuǎn)移性或局部進展的晚期乳腺癌的有效性和安全性。結(jié)果Ixempra與卡培他濱聯(lián)用患者的腫瘤縮小或不增長的平均時間為5. 7個月(95% CI, 4. 86. 7個月),而單獨使用卡培他濱的患者僅為4. 1個月(95% CI, 3. 143個月)(P75%,隨著藥物濃度的升高抑制率升高,對COC1細胞的抑制活性高于紫杉醇注射液,但兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義。顯示