蝶啶类表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂的设计、合成及其抗癌活性研究

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蛋白酪氨酸激酶在细胞的信号传导通路中占据了十分重要的地位,调节着细胞的生长、分化、凋亡等一系列生理生化过程。蛋白酪氨酸激酶功能的失调会引发生物体内的一系列疾病。特别是它们的异常表达不但导致细胞增殖调节发生紊乱,进而导致肿瘤发生,而且还与肿瘤的侵袭和转移,肿瘤新生血管的生成,肿瘤的放化疗抗性密切相关。有效抑蛋白制酪氨酸激酶,可以达到治疗肿瘤的目的。因此,蛋白酪氨酸激酶已成为抗肿瘤药物研究的新靶点。表皮生长因子受体酪氨酸激酶(EGFR)是最早发现的蛋白酪氨酸激酶,EGFR的胞内区有ATP结合位点,EGFR抑制剂可以竞争性与ATP结合位点相结合,从而抑制EGFR的磷酸化过程,阻断下游信号的传导,进而抑制肿瘤细胞的生长、分化和转移。因为EGFR作为抗肿瘤靶点的生化过程正在被逐步阐明,其晶体结构和活性部位也已经比较清楚,以此为靶点的药物吉非替尼(Gefitinib)和埃罗替尼(Erlotinib)已经应用于临床,所以EGFR抑制剂的研究具有较好的前景。通过设计、合成新的化合物,然后进行筛选,我们希望从中能够发现活性好、选择性高的新型结构的先导化合物。人们在以EGFR为靶点设计、合成EGFR抑制剂的探索中发现,苯胺基喹唑啉类化合物有较好的活性和选择性,并总结出了其构效关系。特别是PD0153035的发现,为进一有研究喹唑啉类EGFR抑制剂的构效关系起到了至关重要的作用。以后的许多化合物都是以PD 0153035为先导化合物进行结构改造和修饰的。然而喹唑啉环并非EGFR抑制剂所必须的,在随后的研究中,人们发现许多氮杂喹唑啉类也有很好的活性,如吡啶并[2,3-d]嘧啶类、吡啶并[3,2-d]嘧啶类、吡啶并[4,3-d]嘧啶类、吡啶并[3,4-d]嘧啶类、嘧啶并[5,4-d]嘧啶类,也就是在喹唑啉环的5,6,7,8-位都可以氮杂,且都有活性。另外五元环也可和嘧啶环稠和,如吡咯并[2,3-d]嘧啶类、吡唑并[3,4-d]嘧啶类也有较好的前景。上述研究成果使我们想到了蝶啶环,因为蝶啶可看作是喹唑啉环的5,8-位氮杂环,而且取代基在6-位是天然蝶啶化合物的普通模式。鉴于此,根据该类化合物的构效关系,以PD 0153035为先导化合物,利用生物电子等排理论,设计了两类蝶啶类衍生物——6-烷氧基-4-芳胺基蝶啶类化合物Ⅰ和6,7-双烷氧基-4-芳胺基蝶啶类化合物Ⅲ,结构如下图所示:其中,R1,R2=烷基,R=Cl,Br,F,CH3等。蝶啶类化合物在生物体内有着广泛的生理活性,从而为新药开发提供了新的母核,如在抗肿瘤药物、腺苷激酶抑制剂、一氧化氮合成酶抑制剂等中都有报道。目前,蝶啶类化合物国外研究较多,但国内研究较少,特别是烷氧基取代的蝶啶衍生物的合成很少见报道。由于未检索到该类化合物的类似合成报道,我们对设计的目标化合物进行逆合成分析,经反复实验探索,不断对合成工艺进行修改和调整,最终找到了切实可行的合成路线。在合成Ⅲ类化合物的过程中,我们意外发现N4-芳基-4,5,6-三氨基嘧啶在和草酸环合时,具有区域选择性,最终导致了N8-芳基-6-烷氧(胺)基-4-氨基-7(8H)蝶啶酮类化合物Ⅱ的发现(如上图所示)。采用柔性分子对接方法对所设计的三类蝶啶化合物以及参考化合物Iressa与EGFR进行了分子对接研究,了解了设计化合物与EGFR的结合方式及相互作用机制,结果显示,设计的化合物能进入到ATP的结合区,并与ATP的结合位点有着较强的疏水作用和静电相互作用,为针对性设计或改善酪氨酸酶抑制剂提供了科学依据。对Ⅰ类化合物的合成,我们用3-氨基吡嗪-2-甲酸经酯化、酯氨解、溴化、环合、烷氧基取代、氯化和芳胺取代7步反应而得到。总收率达39%以上。根据烷氧基和芳胺的不同,我们制备了20个未见文献报道的新化合物。对Ⅱ类化合物的合成,我们以丙二酸二乙酯为原料,经环合、硝化、氯化、芳胺取代、氨取代、还原、草酸环合、氯代、烷氧基或胺取代9步反应而得到。总收率达22%以上。根据芳胺和侧链的不同,我们合成了13个未见文献报道的新化合物。对Ⅲ类化合物的合成,我们用3-氨基吡嗪-2-甲酸经酯化、氯化、烷氧基取代、酯水解、内酯化、氨解环合、烷氧基取代、氯化和芳胺取代9步反应而得到。总收率达26%以上。根据芳胺的不同,我们制备了5个未见文献报道的新化合物。上述所有化合物的结构均经1H NMR、13C NMR、ESI-MS和元素分析确证。在合成各类化合物的过程中,共得到未见文献报道的新型中间体50多个,并根据其结构特征,用相应的光谱对其结构进行确证。在对Ⅱ类化合物的合成中,N4-芳基-4,5,6-三氨基嘧啶在和草酸环合时,可能得到两种异构体,因为结构的相似性,用1H NMR、13C NMR、MS和元素分析不易确定,而其本身的溶解性较差,其氯化后的产品有较好的溶解性,我们对氯化产品培养了单晶,通过对单晶的分析,了解了环合的方式,发现了该环合反应的区域选择性。同时通过对脂肪族取代的三氨基嘧啶与草酸的环合反应的研究,发现两种环合方式都存在,这又说明了该环合反应的局限性,只能用于N4-芳基-4,5,6-三氨基嘧啶与草酸的环合。用MTT法对Ⅱ类化合物进行了体外培养的人肿瘤细胞的细胞增殖毒性试验,选取人早幼粒细胞白血病HL-60细胞、人胃腺癌SGC-7901细胞和人结肠癌SW-480细胞三种癌细胞为试验对象,用5-氟尿嘧啶为阳性对照。结果表明,所设计的Ⅱ类化合物对SGC-7901有较好的抑制作用,部分化合物对HL-60细胞也有明显的抑制作用,个别化合物在相似浓度下对SGC-7901和HL-60细胞的抑制作用和对照药物5-氟尿嘧啶相当。对SW-480细胞的抑制作用很弱。Ⅰ和Ⅲ类化合物的药理实验正在进行中。
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