專利名稱：一種具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物的制備及其用途的制作方法
技術領域：
本申請涉及基于葉酸類化合物的結構，根據蛋氨酸合成酶的作用機理，設計、合成了一類具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物，并進行了生物活性測試。本發明人設計及合成的該類具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物的反應活性強于甲基四氫葉酸，經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。本發明屬于醫藥技術領域。
背景技術：
癌癥是危害人類生命和健康的重大疾病，據WHO統計，全世界每年因患癌癥死亡的人數高達790萬，新發病例為870萬，且數字還在逐年增加，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病機理缺乏深入的了解，目前尚無有效的預防、早期診斷和治療方法。雖然臨床上應用的抗癌藥物已有相當數量，新藥亦在不斷出現，但療效好、毒副作用小、不產生交叉耐藥性，特別是治療實體瘤的藥物不多，與根治癌癥的目標相差甚遠。因此研究癌癥的發病機制及研制針對機制的多環節作用的新型抗腫瘤藥物具有重要的科學意義。近十年來，隨著分子生物學、分子腫瘤學和分子藥理學等多學科知識和研究手段的快速發展，特別是隨著人類基因譜的完成，科學家發現了正常細胞轉變成癌細胞或防止細胞癌變的一些新機制和新靶點。目前國內外學者正利用這些新發現，將腫瘤藥物研究的注意力由傳統方式轉向腫瘤病因學和病理學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，發現作用靶點新、類型新的抗腫瘤藥物，以克服現有的治療藥物在發揮抗腫瘤活性的同時對人體正常細胞造成的一定損害。細胞內葉酸循環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靶點。葉酸在細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構相似，利用人體細胞和其它細胞中葉酸循環圈中的酶對藥物敏感性不同， 干擾葉酸代謝有關的酶，潛在地阻斷嘌呤和嘧啶前體的生物合成，抑制腫瘤細胞的增長。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胞和腫瘤細胞敏感性差別更大的靶酶，并進行有效的結構設計。蛋氨酸合成酶(MS)作為這樣一個靶點，催化如下的反應以甲基四氫葉酸(CH3-THF)為底物，通過、2反應將甲基四氫葉酸分子中的甲基轉移到酶分子中，然后再將甲基轉移到高半胱氨酸(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，將甲基四氫葉酸的甲基轉移到高半胱氨酸中，生成蛋氨酸，同時恢復四氫葉酸的活性體形式，重新參與葉酸循環。
過去數年的研究證明①MS是人類細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，同時提供葉酸進入細胞的代謝途徑，也為嘌呤及嘧啶的合成提供單碳單位；②快速裂分的癌細胞所需的蛋氨酸是正常細胞所需要的5 6倍；③癌細胞中蛋氨酸合成酶的活性要比正常細胞中該酶的活性高21倍左右；④抑制蛋氨酸合成酶可能會使癌細胞的快速生長受到抑制，而對正常細胞無大的影響。從研究結果可以看出，蛋氨酸合成酶是腫瘤細胞生長的重要催化啟動因子，抑制其活性，可干擾癌細胞的生長、代謝和增殖過程，誘導腫瘤細胞調亡，達到治療目的。以MS作為新靶點發展抗腫瘤藥物，也是符合目前抗腫瘤藥物研究正在從傳統的細胞毒藥物轉向針對機制的多環節作用的新型抗腫瘤藥物方向發展。因此蛋氨酸合成酶是抗癌藥物設計的優秀新靶點。可以預測該酶的抑制劑應該是抗癌譜廣、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報道，因此以蛋氨酸合成酶為新靶點，研發其抑制劑，有可能克服目前臨床上使用的抗腫瘤藥物的缺點。本發明主要針對蛋氨酸合成酶的兩點特性來設計其機理抑制劑。首先，鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶是體內唯一一個可以利用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，如果能夠設計并合成穩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合，阻斷N5-甲基四氫葉酸與蛋氨酸合成酶的結合，從而導致蛋氨酸的合成受阻、 轉甲基作用不能正常進行以及四氫葉酸不能被重新釋放和循環再利用，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來達到殺死快速裂分的癌細胞的作用；而本發明所設計并合成的具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物的穩定性明顯強于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合時的結構位點，故能與N5-甲基四氫葉酸競爭蛋氨酸合成酶并與其結合，從而發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-甲基四氫葉酸結合的一價鈷胺素具有極強的親核性，所以，如果所設計的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生不可逆的結合，則可造成鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶失活，導致其在體內的相關生物活性受阻，并最終起到殺死癌細胞的作用；通過對一價鈷胺素模擬物CcAaloxime的研究發現，Cobaloxime與環氧化合物、烷基鹵代物、烷基磷酸酯以及磺酸酯等均能發生很好的親核加成或親核取代反應，而氮雜環丙烷結構與環氧化物的氧雜環丙烷結構具有相似的理化性質，故應該也能與強親核性的一價鈷胺素發生反應，使鈷胺素依賴的蛋氨酸合成酶失活。
發明內容
發明人根據蛋氨酸合成酶的作用機理及葉酸類化合物的結構，設計了一類具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物，并成功完成了該類化合物方便的制備、分離、純化、 結構鑒定及活性測定工作。本發明的目的是通過引入反應活性強于甲基四氫葉酸的氮雜三元環結構，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)形成共價鍵而發生不可逆的結合，導致酶的失活。因此，推測該類新化合物應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據與我們預測的結果有較好的吻合。此外，由于這類化合物是基于四氫葉酸母體結構設計的，因此應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酰基轉移酶(GARTF)和氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基轉移酶(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明，但并不限制本發明的內容。
權利要求
1.具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物化合物通式
2.如權利要求1所述的通式I化合物的氮雜環丙烷的開環衍生物，即
3.保護化合物舉例4- {N-甲基-N-[N- (2,4- 二甲氧基嘧啶-5-基)]-(2，3-環氮丙基)}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}苯甲酰基-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}苯甲酰基-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} 苯甲酰基-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}苯甲酰基-L-谷氨酸二乙酯。
4.權利要求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.如權利要求5的用途，其中所述的抗腫瘤藥物為抑制葉酸循環中的蛋白酶的藥物。
7.權利要求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酰基轉移酶(GARTF)和氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基轉移酶(AICARTF)等。
全文摘要
本發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構，設計了一類具有氮雜環丙烷結構的四氫葉酸開環類似物作為蛋氨酸合成酶抑制劑，提供了親核反應活性強于甲基四氫葉酸的氮雜三元環結構(通式I)，能夠與超強親核性的蛋氨酸合成酶(一價鈷胺素)形成共價鍵而發生不可逆的結合，導致該酶的失活。通式I中各個基團的定義如權利要求書所述。經生物活性測試，發現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 優先權日2010年4月23日
發明者劉俊義, 鄧喜玲 申請人:北京大學