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新型高喜树碱类拓扑异构酶Ⅰ抑制剂的设计、全合成与抗肿瘤活性研究

作　者: 杨松
导　师: 张万年
学　校: 第二军医大学
专　业: 药物化学
关键词: 拓扑异构酶I 抑制剂高喜树碱喜树碱全合成抗肿瘤活性前药构效关系
分类号: R96
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的第二位疾病杀手，肿瘤引起的死亡率仅次于心血管疾病。要提高肿瘤治疗的疗效，必须从肿瘤发生、发展的机制入手，研究作用新机制，寻找作用新靶点，才能取得突破性进展。DNA拓扑异构酶Ⅰ(Topo Ⅰ)正是这样的靶点。 Topo Ⅰ是细胞生存的必需酶，参与DNA的复制、翻译、重组和修复的多个过程，在肿瘤细胞中的含量要明显高于正常细胞，因此特异性的Topo Ⅰ抑制剂具有较好的选择性。喜树碱(CPT)类化合物是研究最多，也是目前唯一有药物上市的Topo Ⅰ抑制剂。喜树碱衍生物已经与紫杉醇和维甲酸类化合物一起被誉为20世纪90年代抗肿瘤药物的三大发现。但是，喜树碱的六元α—羟基内酯环在体内易水解，且存在毒性较大、具有种属差异等不足。高喜树碱(hCPT)是近年来刚刚出现的一类CPT类似物，其特征是将α—羟基内酯环改造成七元的β—羟基内酯环，不仅活性明显提升，而且体内代谢稳定性也大大提高，并且不存在种属差异现象。因此，我们选择hCPT类化合物作为我们的研究对象。但是现有的两条全合成路线(分别采用AB环+DE环和A+DE环合成策略)的收率很低，以易得原料计分别低于1.5％和0.5％，而且反应条件苛刻、需用到昂贵和不易得的试剂，还不易进行衍生化，有时还会产生难以分离的位置异构体。为了得到具有自主知识产权的高效、低毒抗肿瘤药物，我们详细检索了目前高喜树碱类化合物的知识产权保护范围，设计了一系列新的高喜树碱类化合物。本文首先基于A环+CDE环合成策略，设计并打通了一条全新的高收率高喜树碱全合成路线。以丙酮为起始原料计，所得高喜树碱类化合物的总收率在10％左右，而且该路线反应条件温和、试剂价廉易得并且易于衍生化。在此基础上，我们合成得到了所设计的目标化合物并测试了其细胞毒活性，然后我们根据前药原理，对一些高活性化合物进行了结构修饰。所有化合物都进行了体外细胞毒活性的测试，部分化合物还进行了小鼠体内抗肿瘤活性的测试。在此基础上，我们首次探讨了高喜树碱类化合物的构效关系。具体工作如下：第二军医大学博士学位论文一、高喜树碱类化合物的全合成研究由于现有两条高喜树碱全合成路线的局限性，我们基于A环+CDE环合成策略，设计了一条全新的高喜树碱全合成路线。我们以丙酮和草酸二乙酷为起始原料，经过一系列成环、缩合、水解、保护和脱保护、烷基化、氢化、亚硝化、酉旨交换、还原、氧化、p一轻基化和分子内环合等反应，得到关键中间体CDE环。不同取代的A环可以是不同取代的邻氨基苯甲醛乙二醇缩醛或邻氨基芳香酮(或其乙二醇缩酮)。邻氨基苯甲醛乙二醇缩醛可以由含不同取代基的邻硝基苯甲醛经拨基以乙二醇缩醛保护后还原硝基得到，邻氨基芳香酮乙二醇缩酮可以同样的方法由邻硝基芳香酮得到。邻氨基芳香酮则可以由不同取代的苯胺与不同的睛在三氯化硼的作用下生成，或者通过傅克酞基化反应得到。以不同的缩醛与CDE环经Friedlande:反应，可以得到A环上不同取代的高喜树碱类化合物，以缩酮或芳香酮反应，则可得到同时在A、B环取代的高喜树碱。以丙酮和草酸二乙酷计，CDE环的总收率在16%左右，其与A环对接的收率在40%一80%之间，高喜树碱类化合物的总收率在6.4%~13%左右，明显超过现有两条路线。另外我们的路线更易进行衍生化:由于苯胺和睛的种类多种多样，我们可以得到大量不同取代的A环化合物，最终得到多种在A、B环不同取代的高喜树碱类化合物。除此以外，整个路线中没有用到任何昂贵和危险或不易得的试剂，也不需任何苛刻的条件。二、7一氯甲基高喜树碱和7一(4一取代呱嗓基甲基)高喜树碱的合成及抗肿瘤活性因为高喜树碱类化合物问世较晚，目前尚没有见到该类化合物较系统的构效关系研究。对CPT类化合物的构效关系研究认为，在7位以氯甲基取代时，活性增高。我们合成了19个A环不同取代的7一氯甲基高喜树碱并测试了其细胞毒活性。研究结果表明其对增殖期的肿瘤细胞活性明显高于休眠期细胞。大部分化合物对所测试的三个细胞株(人乳腺癌MCF7细胞、人肺癌A549细胞、结肠癌LOVO细胞)的细胞毒活性要明显高于CPT类上市药物拓扑替康(TPT)。其中化合物YS17显示了最强的活性，对A549和LOVO细胞的活性分别是TPT的60和14倍，对MCF7细第二军医人学博j:学位论文胞的ICS。虽然与TPT相当，但较高浓度时抑制率明显高于TPT。有7个化合物在10拼g/m!时对LOVO细胞抑制率达到100%。为了得到具有较好水溶性的高喜树碱，我们在其7位引入亲水性的杂环基团。通过将7一氯甲基高喜树碱与1一单取代的呱啧反应，得到7一(4一取代呱嗓基甲基)高喜树碱。我们测试了其细胞毒活性，并对其中两个进行了体内抗肿瘤试验测试。初步结果显示大部分该类高喜树碱化合物对肺癌细胞的细胞毒活性超过拓扑替康。体内抗肿瘤活性测试结果显示其具有较好的抑瘤活性。三、7一烷基高喜树碱的合成及抗肿瘤活性研究在对CPT类化合物构效关系研究的过程中，发现在7位以低级烷基取代时，会增加CPT类化合物的抗肿瘤活性，因此，我们设计合成了一些7位烷基取代的高喜树碱类

全文目录

中文摘要  4-8
ABSTRACT  8-12
第一章拓扑异构酶Ⅰ抑制剂--喜树碱和高喜树碱类化合物研究进展  12-34
  1.1 拓扑异构酶Ⅰ概述  12-13
  1.2 喜树碱类拓扑异构酶Ⅰ抑制剂  13-21
  1.3 高喜树碱--极具开发价值的拓扑异构酶Ⅰ抑制剂  21-34
第二章高喜树碱类化合物的全合成研究  34-54
  2.1 全合成路线设计  34-41
    2.1.1 关键中间体CDE环的合成  34-37
    2.1.2 环A的合成  37-39
    2.1.3 高喜树碱类化合物的合成  39
    2.1.4 11，12-吡啶并高喜树碱的合成  39-41
  2.2 实验部分  41-49
  2.3 结果与讨论  49-54
第三章 7-氯甲基高喜树碱及7-(4-取代哌嗪基甲基)高喜树碱的合成及抗肿瘤活性  54-76
  3.1 设计思想  54-55
  3.2 合成方法  55-57
  3.3 实验部分  57-65
  3.4 抗肿瘤活性研究  65-72
  3.5 结果与讨论  72-76
第四章 7-烷基高喜树碱的合成及抗肿瘤活性  76-86
  4.1 设计思想  76
  4.2 合成设计  76-78
  4.3 实验部分  78-82
  4.4 抗肿瘤活性研究  82-84
  4.5 结果与讨论  84-86
第五章作为前药的高喜树碱酯类化合物的合成及抗肿瘤活性  86-102
  5.1 设计思想  86-88
  5.2 合成设计  88-89
  5.3 实验部分  89-97
  5.4 抗肿瘤活性研究  97-99
  5.5 结果与讨论  99-102
第六章高喜树碱类化合物的初步构效关系研究  102-109
致谢  109-110
附录一: 体内抑瘤试验肿瘤照片  110-111
附录二: 部分化合物的鉴定光谱  111-184

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