專利名稱：一種具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物的制備及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及基于葉酸類化合物的結(jié)構(gòu)，根據(jù)蛋氨酸合成酶的作用機理，設(shè)計、合成了一類具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物，并進(jìn)行了生物活性測試。本發(fā)明人設(shè)計及合成的該類具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物的反應(yīng)活性強于甲基四氫葉酸，經(jīng)活性測試顯示出較高的蛋氨酸合成酶抑制活性，同時具有一定的二氫葉酸還原酶抑制作用。本發(fā)明屬于醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
癌癥是危害人類生命和健康的重大疾病，據(jù)WHO統(tǒng)計，全世界每年因患癌癥死亡的人數(shù)高達(dá)790萬，新發(fā)病例為870萬，且數(shù)字還在逐年增加，已成為僅次于心血管疾病的第二大殺手。多年來由于對不同癌癥的發(fā)病機理缺乏深入的了解，目前尚無有效的預(yù)防、早期診斷和治療方法。雖然臨床上應(yīng)用的抗癌藥物已有相當(dāng)數(shù)量，新藥亦在不斷出現(xiàn)，但療效好、毒副作用小、不產(chǎn)生交叉耐藥性，特別是治療實體瘤的藥物不多，與根治癌癥的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。因此研究癌癥的發(fā)病機制及研制針對機制的多環(huán)節(jié)作用的新型抗腫瘤藥物具有重要的科學(xué)意義。近十年來，隨著分子生物學(xué)、分子腫瘤學(xué)和分子藥理學(xué)等多學(xué)科知識和研究手段的快速發(fā)展，特別是隨著人類基因譜的完成，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞或防止細(xì)胞癌變的一些新機制和新靶點。目前國內(nèi)外學(xué)者正利用這些新發(fā)現(xiàn)，將腫瘤藥物研究的注意力由傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)向腫瘤病因?qū)W和病理學(xué)過程中起作用的特異分子及生物靶點上，探索抗腫瘤藥物研究的新途徑，發(fā)現(xiàn)作用靶點新、類型新的抗腫瘤藥物，以克服現(xiàn)有的治療藥物在發(fā)揮抗腫瘤活性的同時對人體正常細(xì)胞造成的一定損害。細(xì)胞內(nèi)葉酸循環(huán)和一碳單位的代謝一直是癌癥化療的一個重要的有吸引力的的研發(fā)靶點。葉酸在細(xì)胞的增殖過程中起著很重要的作用，其活性體形式四氫葉酸在N5和 (或)Nki位結(jié)合一碳單位，參與嘌呤和嘧啶等核酸堿基的生物合成。葉酸拮抗劑與葉酸或葉酸衍生物結(jié)構(gòu)相似，利用人體細(xì)胞和其它細(xì)胞中葉酸循環(huán)圈中的酶對藥物敏感性不同， 干擾葉酸代謝有關(guān)的酶，潛在地阻斷嘌呤和嘧啶前體的生物合成，抑制腫瘤細(xì)胞的增長。已知的抗葉酸化合物其作用靶點主要為二氫葉酸還原酶、甘氨酰胺核苷酸甲酰基轉(zhuǎn)移酶、多聚谷氨酸合成酶，但是都有選擇性差，毒副作用大的缺點。提高抗葉酸類化合物的一個有效途徑是尋找正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞敏感性差別更大的靶酶，并進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計。蛋氨酸合成酶(MS)作為這樣一個靶點，催化如下的反應(yīng)以甲基四氫葉酸(CH3-THF)為底物，通過、2反應(yīng)將甲基四氫葉酸分子中的甲基轉(zhuǎn)移到酶分子中，然后再將甲基轉(zhuǎn)移到高半胱氨酸(Hcy)分子中，生成蛋氨酸(Met)，即(1) CH3"THF+MS — CH3-MS+THF (2) CH3-MS+Hcy — Met+MS。即通過兩次親核取代反應(yīng)，將甲基四氫葉酸的甲基轉(zhuǎn)移到高半胱氨酸中，生成蛋氨酸，同時恢復(fù)四氫葉酸的活性體形式，重新參與葉酸循環(huán)。
過去數(shù)年的研究證明①MS是人類細(xì)胞中唯一以甲基四氫葉酸為底物的蛋白酶， 在催化形成蛋氨酸過程中，同時提供葉酸進(jìn)入細(xì)胞的代謝途徑，也為嘌呤及嘧啶的合成提供單碳單位；②快速裂分的癌細(xì)胞所需的蛋氨酸是正常細(xì)胞所需要的5 6倍；③癌細(xì)胞中蛋氨酸合成酶的活性要比正常細(xì)胞中該酶的活性高21倍左右；④抑制蛋氨酸合成酶可能會使癌細(xì)胞的快速生長受到抑制，而對正常細(xì)胞無大的影響。從研究結(jié)果可以看出，蛋氨酸合成酶是腫瘤細(xì)胞生長的重要催化啟動因子，抑制其活性，可干擾癌細(xì)胞的生長、代謝和增殖過程，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞調(diào)亡，達(dá)到治療目的。以MS作為新靶點發(fā)展抗腫瘤藥物，也是符合目前抗腫瘤藥物研究正在從傳統(tǒng)的細(xì)胞毒藥物轉(zhuǎn)向針對機制的多環(huán)節(jié)作用的新型抗腫瘤藥物方向發(fā)展。因此蛋氨酸合成酶是抗癌藥物設(shè)計的優(yōu)秀新靶點?？梢灶A(yù)測該酶的抑制劑應(yīng)該是抗癌譜廣、療效高、選擇性好、毒副作用低的抗癌新藥。但是到迄今為止，尚無以蛋氨酸合成酶為靶點的抑制劑的文獻(xiàn)報道，因此以蛋氨酸合成酶為新靶點，研發(fā)其抑制劑，有可能克服目前臨床上使用的抗腫瘤藥物的缺點。本發(fā)明主要針對蛋氨酸合成酶的兩點特性來設(shè)計其機理抑制劑。首先，鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶是體內(nèi)唯一一個可以利用N5-甲基四氫葉酸的酶，N5-甲基四氫葉酸無論在體內(nèi)還是在合成過程中，或是在其它溫和條件下均易被氧化，如果能夠設(shè)計并合成穩(wěn)定性和生物活性均比甲基四氫葉酸更高的N5-甲基四氫葉酸類似物，則可競爭性地與蛋氨酸合成酶結(jié)合，阻斷N5-甲基四氫葉酸與蛋氨酸合成酶的結(jié)合，從而導(dǎo)致蛋氨酸的合成受阻、 轉(zhuǎn)甲基作用不能正常進(jìn)行以及四氫葉酸不能被重新釋放和循環(huán)再利用，使葉酸停留在沒有活性的N5-甲基四氫葉酸階段，即最終通過切斷葉酸循環(huán)來達(dá)到殺死快速裂分的癌細(xì)胞的作用；而本發(fā)明所設(shè)計并合成的具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物的穩(wěn)定性明顯強于N5-甲基四氫葉酸，而且該類化合物分子具有所有N5-甲基四氫葉酸與蛋氨酸合成酶結(jié)合時的結(jié)構(gòu)位點，故能與N5-甲基四氫葉酸競爭蛋氨酸合成酶并與其結(jié)合，從而發(fā)揮自殺性抑制或致死性合成作用。其次，鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶需要鈷胺素作為輔助因子，而與 N5-甲基四氫葉酸結(jié)合的一價鈷胺素具有極強的親核性，所以，如果所設(shè)計的N5-甲基四氫葉酸類似物能夠與一價鈷胺素形成共價鍵而發(fā)生不可逆的結(jié)合，則可造成鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶失活，導(dǎo)致其在體內(nèi)的相關(guān)生物活性受阻，并最終起到殺死癌細(xì)胞的作用；通過對一價鈷胺素模擬物CcAaloxime的研究發(fā)現(xiàn)，Cobaloxime與環(huán)氧化合物、烷基鹵代物、烷基磷酸酯以及磺酸酯等均能發(fā)生很好的親核加成或親核取代反應(yīng)，而氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)與環(huán)氧化物的氧雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)具有相似的理化性質(zhì)，故應(yīng)該也能與強親核性的一價鈷胺素發(fā)生反應(yīng)，使鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶失活。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人根據(jù)蛋氨酸合成酶的作用機理及葉酸類化合物的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一類具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物，并成功完成了該類化合物方便的制備、分離、純化、 結(jié)構(gòu)鑒定及活性測定工作。本發(fā)明的目的是通過引入反應(yīng)活性強于甲基四氫葉酸的氮雜三元環(huán)結(jié)構(gòu)，使其能夠與超強親核性的一價鈷胺素(蛋氨酸合成酶的輔酶)形成共價鍵而發(fā)生不可逆的結(jié)合，導(dǎo)致酶的失活。因此，推測該類新化合物應(yīng)該具有很好的蛋氨酸合成酶抑制活性，且最終活性測定的實驗數(shù)據(jù)與我們預(yù)測的結(jié)果有較好的吻合。此外，由于這類化合物是基于四氫葉酸母體結(jié)構(gòu)設(shè)計的，因此應(yīng)該對二氫葉酸還原酶(DHFR)、胸苷酸合成酶(TS)、甘氨酰胺核糖核苷酸甲?；D(zhuǎn)移酶(GARTF)和氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基轉(zhuǎn)移酶(AICARTF)等亦有一定的抑制活性，從而有可能成為潛在的多靶點抗腫瘤藥物。本發(fā)明的部分化合物可按照如下合成路線制備，通過此路線將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物化合物通式
2.如權(quán)利要求1所述的通式I化合物的氮雜環(huán)丙烷的開環(huán)衍生物，即
3.保護(hù)化合物舉例4- {N-甲基-N-[N- (2,4- 二甲氧基嘧啶-5-基)]-(2，3-環(huán)氮丙基)}氨基_3_溴-苯甲酸甲酯N-{4-{N-甲基-N-[N-(2-特戊酰氨基-4-羥基-6-甲基嘧啶_5_基)]-(2，3-環(huán)氮丙基)}氨基_3-溴}苯甲酰基-L-谷氨酸二乙酯N-{4-{N-甲基-N-[N-(2-特戊酰氨基-4-羥基-6-甲基嘧啶_5_基)]-(2，3-環(huán)氮丙基)}氨基-3-溴}苯甲酰基-L-谷氨酸4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2，4-二甲氧基嘧啶-5-基)氨基]丙基}氨基_3_溴-苯甲酸甲酯N-{4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2，4-二甲氧基嘧啶-5-基)氨基]丙基}氨基_3_溴} 苯甲?；?L-谷氨酸二乙酯N-{4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2-特戊酰氨基_4_羥基-6-甲基嘧啶_5_基)氨基] 丙基}氨基-3-溴}苯甲酰基-L-谷氨酸二乙酯N-{4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2-特戊酰氨基_4_羥基-6-甲基嘧啶_5_基)氨基] 丙基}氨基-3-溴}苯甲?；?L-谷氨酸N-{4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2-氨基-4-羥基-6-甲基嘧啶_5_基)氨基]丙基} 氨基-3-溴}苯甲?；?L-谷氨酸N-{4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2，4-二甲氧基嘧啶-5-基)氨基]丙基}氨基_3_溴} 苯甲?；?L-谷氨酸4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2，4-二氧代-1，2，3，4-四氫嘧啶_5_基)氨基]丙基} 氨基-3-溴-苯甲酸甲酯N-{4-{N-甲基-N-[2-羥基-3-(2，4-二氧代-1，2，3，4-四氫嘧啶_5_基)氨基]丙基}氨基-3_溴}苯甲?；?L-谷氨酸二乙酯。
4.權(quán)利要求1-3中任一項所述的化合物的制備方法，其包括步驟
5.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的化合物在制備抗腫瘤藥物中的用途。
6.如權(quán)利要求5的用途，其中所述的抗腫瘤藥物為抑制葉酸循環(huán)中的蛋白酶的藥物。
7.權(quán)利要求6所述的藥物，其中所述的蛋白酶為蛋氨酸合成酶(MQ、二氫葉酸還原酶 (DHFR)、胸苷酸合成酶(TS)、甘氨酰胺核糖核苷酸甲?；D(zhuǎn)移酶(GARTF)和氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基轉(zhuǎn)移酶(AICARTF)等。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于蛋氨酸合成酶的作用機理及葉酸類化合物的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一類具有氮雜環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)的四氫葉酸開環(huán)類似物作為蛋氨酸合成酶抑制劑，提供了親核反應(yīng)活性強于甲基四氫葉酸的氮雜三元環(huán)結(jié)構(gòu)(通式I)，能夠與超強親核性的蛋氨酸合成酶(一價鈷胺素)形成共價鍵而發(fā)生不可逆的結(jié)合，導(dǎo)致該酶的失活。通式I中各個基團(tuán)的定義如權(quán)利要求書所述。經(jīng)生物活性測試，發(fā)現(xiàn)具有較強的蛋氨酸合成酶抑制活性，同時顯示一定強度的二氫葉酸還原酶抑制活性，因此這類化合物很有可能成為新一類潛在的多靶點抗腫瘤藥物。
文檔編號C07D239/48GK102234266SQ20101015343
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者劉俊義, 鄧喜玲 申請人:北京大學(xué)