抗細(xì)菌鐵載體-氨基青霉素綴合物的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】抗細(xì)菌鐵載體-氨基青霉素綴合物
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年4月18日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)13/865,801的優(yōu)先權(quán)，所述申 請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容據(jù)此通過(guò)引用并入。
[0003] 政府支持
[0004] 本發(fā)明是根據(jù)美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院頒發(fā)的合同號(hào)AI054193和T32GM075762在政府 支持下進(jìn)行的。美國(guó)政府享有本發(fā)明的某些權(quán)利。
[0005] 發(fā)明背景
[0006] 抗微生物劑抗性在革蘭氏陰性病原體中的發(fā)展對(duì)全球公共衛(wèi)生造成嚴(yán)重威脅。在 革蘭氏陰性細(xì)菌的幾種抗生素抗性機(jī)理中，主要問(wèn)題是其外膜(充當(dāng)屏障以阻止抗生素通 過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散吸收)的低滲透性。因此，開(kāi)發(fā)克服這種滲透性介導(dǎo)的抗性的方法是重要的治療 目標(biāo)。
[0007] 在感染過(guò)程中，大多數(shù)微生物通過(guò)合成和利用高親和力鐵離子螯合劑(稱(chēng)為鐵載 體）同化生理上必需的鐵。Fe(m)-鐵載體復(fù)合物是公認(rèn)的并通過(guò)特定受體引發(fā)穿過(guò)細(xì)菌 細(xì)胞膜的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。抗生素與鐵載體的連接產(chǎn)生可能的〃特洛伊木馬(Trojan Horse)〃綴合 物，其可通過(guò)病原菌的鐵吸收系統(tǒng)進(jìn)入病原菌中，從而規(guī)避所述滲透性介導(dǎo)的藥物抗性問(wèn) 題。雖然天然和人造鐵載體-藥物綴合物(含鐵抗菌素(sideromycin))的研究已證實(shí)其對(duì)于 開(kāi)發(fā)抗微生物劑的潛力，但還需要進(jìn)行其它研究以開(kāi)發(fā)足夠選擇性的活性劑。因此本領(lǐng)域 需要新的具有選擇性抗菌活性的鐵載體模擬物。
[0008] 銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是一種危害免疫受損患者(包括患有囊 性纖維化(CF)、癌癥或AIDS的那些患者）的機(jī)會(huì)性革蘭氏陰性細(xì)菌。所述感染一旦形成將很 難根除，因?yàn)殂~綠假單胞菌本質(zhì)上對(duì)很多現(xiàn)有抗生素(包括內(nèi)酰胺)有抗性。穿過(guò)細(xì)胞包 膜的穿透不足是銅綠假單胞菌對(duì)內(nèi)酰胺抗生素諸如氨芐西林和阿莫西林的抗性的重要 因素。
[0009] 像許多其它類(lèi)型的細(xì)菌一樣，銅綠假單胞菌菌株已形成從其它物種(異種鐵載體） 識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)Fe( III)-鐵載體復(fù)合物的受體以獲得有競(jìng)爭(zhēng)性的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。腸菌素 (Enterobactin)是主要在革蘭氏陰性細(xì)菌(諸如大腸桿菌(Escherichia coli)和鼠傷寒沙 門(mén)氏菌（Salmonella typhimurium))中發(fā)現(xiàn)的三兒茶酸鹽（tris-catecholate)鐵載體。腸 菌素還可促進(jìn)銅綠假單胞菌的鐵吸收且所述吸收可由腸菌素在鐵限制性條件下特異性誘 導(dǎo)。利用腸菌素作為梭子(shuttle)以將抗生素遞送到銅綠假單胞菌和其它產(chǎn)生細(xì)菌中是 受到追捧的誘人策略。然而，這種方法將受到綜合挑戰(zhàn)因?yàn)槟c菌素沒(méi)有適于藥物綴合的功 能性或位點(diǎn)。因此，需要新的鐵載體綴合物以推進(jìn)抗生素選擇性的研究并提供有效針對(duì)耐 藥性細(xì)菌的抗生素。
[0010] 概述
[0011] 本發(fā)明提供相對(duì)簡(jiǎn)單的鐵載體模擬物和各種抗生素的合成綴合物。所述綴合物可 展示選擇性的強(qiáng)效抗細(xì)菌活性，包括抗假單胞菌活性，而所述母體抗生素其自身是無(wú)活性 的。本發(fā)明提供包含本文描述的化合物的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)介導(dǎo)的藥物遞送系統(tǒng)。所述化合物可包括 具有三腳架式主鏈并作為與抗生素(諸如氨芐西林或阿莫西林）的綴合物的三兒茶酚鹽鐵 載體。
[0012]與所述母體藥物相比，如本文所述評(píng)估的綴合物表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的針對(duì)革蘭氏陰 性物種尤其針對(duì)銅綠假單胞菌的抗細(xì)菌活性。所述綴合物可通過(guò)誘導(dǎo)的細(xì)菌鐵轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程被 同化并且其活性典型地與鐵濃度反向相關(guān)。所述容易合成的三兒茶酚鹽鐵載體可用于制備 各種藥物綴合物以靶向抗生素抗性革蘭氏陰性細(xì)菌。
[0013 ]因此，本發(fā)明提供一種式(I)的化合物：
[0014]
[0015] 其中
[0016] X為通過(guò)酯鍵或酰胺鍵共價(jià)連接到式(I)所示結(jié)構(gòu)上的抗生素；
[0017] m為 0 或 1-11;
[0018] 每個(gè)R1獨(dú)立地為Η、-C (= 0)烷基、-C(=0)芳基或-C(=0) 0-烷基；
[0019] 每個(gè)R2獨(dú)立地為Η、烷基、烷氧基、羥基、羧基、鹵基、硝基、氨基或氰基;且 [0020] 每個(gè)η獨(dú)立地為1、2或3;
[0021]或其藥學(xué)上可接受的鹽或溶劑合物。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)R1為(&-〇〇烷酰基團(tuán)。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)R1為乙酰 基、丙酰基或苯甲?；?。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，每個(gè)R1為乙?；Ｔ诹硪粋€(gè)具體實(shí)施方案 中，每個(gè)R 1為Η。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)R2為Η、烷基、烷氧基或羥基。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，每 個(gè)R2為Η。!? 2還可為以下對(duì)于取代基的定義所描述的取代基。
[0024] 在一些實(shí)施方案中，每個(gè)R1是相同的，而在其它實(shí)施方案中，R1基團(tuán)可以不同。同 樣，在各種實(shí)施方案中，每個(gè)R 2可相同，而在其它實(shí)施方案中，例如，根據(jù)所選擇的用于制備 所述化合物的起始原料，R2基團(tuán)可以彼此不同。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)η為1。在其它實(shí)施方案中，η可獨(dú)立地為1、2或3;或1或2; 或2或3。在一些實(shí)施方案中，m可為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，或從上述整數(shù)的任意一個(gè) 到上述整數(shù)的任意另一個(gè)的范圍。在各種實(shí)施方案中，m為0、1、2或3。在一些實(shí)施方案中，由 字母m標(biāo)記的括號(hào)的碳及其相鄰的亞甲基可由如下所定義的接頭置換。
[0026] 變量X可為，例如，阿米卡星、阿莫西林、氨芐西林、兩性霉素、芽孢菌霉素、頭孢噻 吩、氯霉素、氯四環(huán)素、環(huán)丙沙星、克林霉素、磷酸克林霉素、環(huán)絲氨酸(cycloserince)、達(dá)托 霉素、地美環(huán)素、多柔比星、多西環(huán)素、紅霉素、乙胺丁醇、紅霉素、慶大霉素、異煙肼、卡那霉 素、林可霉素、氯拉卡比、美他環(huán)素、莫匹羅星、新霉素、制霉菌素、氧四環(huán)素、吡咯尼群 (pyrrolnitrin)、利福平、羅利環(huán)素、鏈霉素、磺胺醋酰、磺胺苯酰、磺胺嘧啶、磺胺多辛、磺 胺甲基啼啶、磺胺二甲基啼啶（sulfamethazine)、磺胺甲噻二唑（sulfamethizole)、磺胺甲 噁唑、磺胺異噁唑或四環(huán)素。在某些具體實(shí)施方案中，X為氨芐西林或阿莫西林。
[0027] 在某些具體實(shí)施方案中，所述式(I)化合物為
[0028]
[0029] 本發(fā)明還提供所述式（I)化合物的組合物，例如，式（I)化合物與藥學(xué)上可接受的 稀釋劑、賦形劑或載體的組合。
[0030] 本發(fā)明進(jìn)一步提供治療革蘭氏陰性細(xì)菌感染的方法。所述方法可包括向有需要的 受試者施用有效治療量的本文描述的化合物，從而治療所述細(xì)菌感染。本發(fā)明還進(jìn)一步提 供殺傷或抑制革蘭氏陰性細(xì)菌生長(zhǎng)的方法，其中所述方法包括使所述細(xì)菌與有效致死量或 抑制量的本文描述的化合物接觸。所述細(xì)菌感染可由抗生素抗性細(xì)菌引起。在一些實(shí)施方 案中，所述細(xì)菌感染由假單胞菌細(xì)菌引起。在一些具體實(shí)施方案中，所述細(xì)菌感染可由銅綠 假單胞菌、大腸桿菌、鮑氏不動(dòng)桿菌(Acinetobacter baumannii)或鼠傷寒沙門(mén)氏菌引起。
[0031] 本發(fā)明還提供增強(qiáng)革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞膜對(duì)抗生素的滲透性的方法，其包括使抗 生素與式(A)化合物綴合以提供式（I)的化合物，并將所述化合物施用到細(xì)菌細(xì)胞膜，從而 由于所述抗生素與所述鐵載體的綴合而增強(qiáng)革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞膜對(duì)所述抗生素的滲透 性。
[0032] 本發(fā)明另外提供本文所述式的新型化合物，用于合成所述化合物的中間體，以及 制備所述化合物的方法。本發(fā)明還提供本文所述式的化合物，其可用作用于合成其它適用 的化合物的中間體。
[0033] 附圖簡(jiǎn)述
[0034]以下附圖構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分并且被包括以進(jìn)一步證明本發(fā)明的某些實(shí)施方案 或各種方面。在一些情況下，可以通過(guò)參考附圖結(jié)合本文提出的詳細(xì)描述最好理解本發(fā)明 的實(shí)施方案。本說(shuō)明書(shū)和附圖可能突出強(qiáng)調(diào)了本發(fā)明的某一特定實(shí)施例或某一方面。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解所述實(shí)施例或方面的部分可結(jié)合本發(fā)明的其它實(shí)施例或方面使用。
[0035]圖1.腸菌素1和三兒茶酚鹽鐵載體2的結(jié)構(gòu)。
[0036]圖2.根據(jù)各種實(shí)施方案的本發(fā)明的中間體和化合物的實(shí)例。
[0037]發(fā)明詳述
[0038]本發(fā)明提供鐵轉(zhuǎn)運(yùn)介導(dǎo)的藥物遞送化合物和方法。已評(píng)估所述化合物的合成與功 效并且已發(fā)現(xiàn)選擇性抗假單胞菌化合物。本發(fā)明提供相對(duì)簡(jiǎn)單的鐵載體模擬物和抗生素的 各種合成綴合物，所述綴合物具有選擇性的強(qiáng)效抗細(xì)菌活性，而所述母體抗生素其自身活 性較低或基本上完全無(wú)活性。
[0039]受體結(jié)合和Fe(m)-腸菌素轉(zhuǎn)運(yùn)的研究顯示未取代的三兒茶酚鐵中心和所述配 位的兒茶酚酰胺基團(tuán)對(duì)于識(shí)別為鐵載體是必不可少的。為了開(kāi)發(fā)微生物選擇性含鐵抗菌素 的實(shí)際合成，開(kāi)發(fā)出如同2(圖1)的具有遠(yuǎn)離鐵結(jié)合位點(diǎn)的接頭的簡(jiǎn)化對(duì)稱(chēng)鐵載體類(lèi)似物作 為適合的支架用于與抗生素的綴合。
[0040] 三兒茶酚鹽鐵載體9及其氨基青霉素綴合物（10和11)的合成概述于方案1中。作為 所述人造鐵載體的主鏈，三氨基甲酸酯4由三腈3根據(jù)公布的工序(Unci ti-Broceta等人， J · Med · Chem · 2008，51，4076)配以少許改進(jìn)合成。
[0041] 方案1.所述三兒茶酚鹽鐵載體和綴合物10和11的合成。
[0042；
[0043]試劑和條件：（a) 1 · BH3-THF、THF，回流；2 · B〇C2〇、Et3N、MeOH，回流，83% 用于2個(gè)步 驟；（13)附(：12、他8!14、]^0!1，超聲處理，室溫，92%;((3)甲基琥珀酰氯4仂1〇1 2(：12,0°(：至室 溫，75 % ; (d)6N HC1，回流，100 % ; (e)2，3-二酰氧苯甲酰氯8，NaHC03/THF水溶液，0 °C至室 溫，57%;(〇1.氯甲酸異丁酯、^甲基嗎啉、1'冊(cè)，0°(：;2.氨芐西林或阿莫西林4七必、1'冊(cè)/ H20,0°C至室溫，55% (用于10)，50% (用于11)。
[0044]簡(jiǎn)單地說(shuō)，將三腈3用THF中的硼烷還原并用B〇C20保護(hù)所得的三胺以得到三氨基 甲酸酯4。在催化劑量的NiCl2的存在下利用NaBH4完成4中硝基的還原以得到胺5(92%收 率）。利用甲基琥珀酰氯對(duì)胺5的處理提供琥珀酸鹽衍生物6,其中所述羧基末端隨后充當(dāng)與 氨基青霉素的耦合位點(diǎn)。
[0045]利用6N HC1對(duì)6的處理實(shí)現(xiàn)同時(shí)去除Boc保護(hù)基水解甲基酯以得到作為其tris HC1鹽的三氨基酸7(收率定量）。使用?；瘍翰璺欲}作為鐵載體組分具有不僅促進(jìn)合成并且 防止兒茶酚基團(tuán)的藥理學(xué)副作用的益處。所述?；瘍翰璺欲}可作為所需鐵結(jié)合兒茶酚的前 藥同時(shí)避免由兒茶酚0-甲基轉(zhuǎn)移酶(C0MT)(其可導(dǎo)致鐵載體活性所必需的有效鐵結(jié)合能力 的永久損耗）引起的可能的甲基化。因此，利用2,3_二酰氧苯甲酰氯8將三氨基酸7在碳酸氫 鈉水溶液中?；缘玫饺_架式的鐵載體9,其可作為共同中間體用于通過(guò)酰胺鍵聯(lián)或酯 鍵聯(lián)連接含各種氨基或羥基的藥物?？芍苽浠衔?的各種類(lèi)似