(核苷类似物结构改造研究

'摘要核苷类似物作为临床抗病毒及抗肿瘤的药物研究已有较长历史，诞生了如齐多夫定（Zidovudine,AZT）、拉米夫定（Diethylamine）等抗艾滋病及病毒性肝炎的药物，对于此类疾病治疗有着重要的应用价值。但与此同时，在核苷类似物的开发及临床应用过程中，毒性及长期用药所产生的耐药性依然制约着相关疾病的治愈。因此，开发新型高效低毒的核苷类药物一直是人们研究的热点。核苷类化合物的修饰改造部位包括糖基和碱基部分，其中大部分为糖基修饰改造的产物。糖基改造修饰的类型包括无环核苷，脱氧核苷，杂原子引入，构型变化，糖环大小的变化等。在阅读文献并总结前人研究的基础上，本文的结构修饰方案是在对糖基修改的基础上，接不同的碱基使其有不同的效果。关键词：核苷类化合物；碱基；三叠氮第11页 AbstractAsaclinicaldrugstudiesofantiviralnucleosideanaloguesandanti-tumorhasalonghistory,bornaszidovudine(Zidovudine,AZT),(Diethylamine)andotheranti-AIDSandhepatitisdrugs,forthetreatmentofthesediseaseshasimportantapplicationvalue.Atthesametime,intheprocessofdevelopmentandclinicalapplicationofthenucleosideanalogs,chemicalresistanceandlong-termtoxicityofthedrugremainsaconstraintgeneratedtocurediseases.Therefore,thedevelopmentofnewandefficientlowtoxicitynucleosidedrugshasbeenahottopicofresearch.Modifiednucleosidecompoundsreconstructionsite,includingglycosylationandthebaseportion,mostofwhichisthetransformationofthesugar-modifiedproducts.ModifiedGlycosylationtypetransformationincludeacyclicnucleosides,deoxynucleosidheteroatomintroducedconfigurationchanges,changesinthesizeofthesugarringandthelike.Inreadingtheliteratureandonthebasisofpreviousstudies,structuralmodificationprogramsonthebasisofthispaperistomodifytheglycosylation,pickadifferentbaseithasadifferenteffect.Keywords:Nucleosidecompounds；Base；Triassicnitrogen第11页 1.引言1.1核苷类化合物的简介核苷作为生物体细胞中核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)的基础组成成分，参与了生物体基因信息的保留、复制和转录。在制药领域，开发核苷类似物模拟天然核苷，抑制病毒和肿瘤细胞的生长，已成为有效的临床治疗手段。目前核苷类药物的开发应用集中在抗病毒和抗肿瘤领域。病毒是病原微生物中最小的一种。蛋白质衣壳内包裹着病毒的DNA或RNA。核苷类抗病毒药物主要是酶抑制剂和DNA链终止剂。与病毒基因组复制有关的酶包括存在于某些种类的病毒颗粒中病毒结构酶，当病毒感染细胞时转录和翻译产生的病毒诱导酶和可被病毒用来复制的细胞结构酶。能够选择性干扰病毒复制过程中的任何一个阶段的药物都可能有抗病毒活性，其中的一些能特异性干扰其中某一阶段，从而中止病毒复制和侵染宿主细胞。阿昔洛韦是目前治疗疱疹病毒的首选药物，广泛用于治疗疱疹性角膜炎、生殖器疱疹、全身带状疱疹及疱疹性脑炎。核苷类似物同样可以作为恶性肿瘤的化疗药物。糖基改造的核苷类抗肿瘤药物通过干扰肿瘤细胞的嘌呤、嘧啶核苷酸的合成以及链的延伸从而干扰肿瘤细胞存活和复制必不可少的代谢途径，从而达到杀死肿瘤细胞的作用。目前临床批准的核苷类抗恶性肿瘤药物主要有：氟铁龙，用于治疗胃癌、直肠癌、结肠癌和乳腺癌[2]。除抗病毒及抗肿瘤活性外，核苷类化合物还常用于抗菌抗寄生虫领域的研究，也有核苷类似物具有镇静催眠作用的报道。同时，许多核苷类化合物同时具有多种抗病毒和抗肿瘤作用。如齐多夫定不但对HIV和HBV病毒有良好的抑制效果，对肿瘤细胞也有一定的抑制作用[3]。拉米夫定不但是抗乙肝病毒的常用药，同样也可以与齐多夫定搭配，作为临床治疗艾滋病病毒的逆转录酶抑制剂。可见，开发新型高效核苷类似物具有广泛的应用范围和临床价值[4]。不同结构化合物的作用机制略有差别，但普遍认为主要以下列两种方式发挥作用：①作为DNA/RNA复制酶（主要是聚合酶、转录酶、逆转录酶等等）的竞争性抑制剂，抑制酶的活性，阻断病毒或肿瘤细胞基因的复制。②第11页 模拟天然核苷嵌入DNA/RNA复制链中，利用其结构上与天然核苷的差异阻断链的延长，从而终止细胞的生长[1]。2.核苷类似物的结构改造研究2.1核苷类化合物的结构改造策略核苷类化合物的结构由糖基和碱基构成，通过糖苷键进行连接。依据其连接方式可以分为α,β糖苷键，依糖的构型分又可以分为D/L构型核苷。由于核苷所接的碱基不同，所以将核苷分为两部分，一部分为嘧啶类核苷，另一部分为嘌呤类核苷。其中嘧啶又称间二嗪，属于芳香类氮杂环化合物，主要包括：胞嘧啶，胸腺嘧啶和尿嘧啶。嘌呤包括腺嘌呤和鸟嘌呤（图1）。胸腺嘧啶核苷只存在于DNA分子中，而尿嘧啶核苷只存在于RNA分子中[6]。嘧啶类核苷是嘧啶或脱氧N碱基与核糖或脱氧核糖形成N-1糖苷键，嘌呤类核苷是碱基是碱基与-9糖（图2）。图1核酸碱基种类第11页 图2嘧啶类核苷和嘌呤类核苷此外，对于碱基杂环以及糖环部分的取代、扩增、或缩减也都是常用的核苷类似物设计方法（如图3）。图3核苷的结构改造策略2.2碱基结构的修饰碱基的结构改造修饰可以分为：五元环碱基，六元杂环碱基，多环碱基，双环碱基和含硫杂环，杂原子天然碱基的环外取代基引入等。碱基修饰改造的核苷化合物应用于临床治疗的药物和被批准进行临床试验的化合物有：5-碘尿嘧啶核苷，5-乙基尿嘧啶核苷，5-三氟甲基尿嘧啶核苷，利巴韦林，阿巴卡韦第11页 ，泛昔洛韦，恩曲他滨，5-氟胞苷，5-氟尿苷，5-氟脱氧尿苷等在上述化合物中碱基的种类和碱基引入取代基及环中原子的改造，对核苷类化合物的抗病毒种类和药效影响较大[7]。2.2.17-去氮类核糖核苷7-去氮类核糖核苷的碱基结构相当于将正常的嘌呤碱基的N-7置换为C原子，故称7-去氮嘌呤，其是由吡咯环与嘧啶环组合而成[8]。（图4）图4吡咯并[2,3-d]嘧啶类化合物7-去氮嘌呤类核苷是天然的，并已被分离作和作的成分。其中一部分从ngivamyStreptomyces海生洋物tubercidicus中分离1a，以及它的7-取代衍生物toyocamycin(1b)sacin(1c)，他们分别是从Streptonsis和Streptomycesstrains中提取的。其它7-去氮嘌呤核然存在苷作3-d]嘧为从提取的代谢物或抗代谢物核苷中被发现，其中一些在7-去氮嘌呤部分的7-位含有mycestoyocae卤素，如为单体的5′-脱氧-7-碘为核酸代tubercidi抗生素An(1d)[9]。7-去氮嘌呤核糖核苷也已经发现是tRNA的成份：Q苷(Queuosine,2b)或者古嘌苷嘌呤核的(Archaeosine,2c)代表了7-取apiram代7-去氮鸟嘌呤核糖核苷，是由修饰后的核酸合成的。目16(kana前自然界中不存在化合物7-去氮鸟苷(2a)，但Frank苷类抗Seela实验室已经于1980年合成了。其他天然存在的7-去氮生素，包括mycalisinesA(1e)和B(1f)，cadeguomycin2d，B-1gawamicin，2e)，和dicin(2f)已被分离。第11页 许多天然存在的7-去氮嘌呤核苷或化学合成的相关类似物都显示出抗菌，抗真菌，抗病毒或抗肿瘤的活性。科学家们一直积极研究其合成的原因是他们具有天然存在性，显著的生物化学活性以及药理特性[10]。2.3糖基部分的修饰核苷衍生物的抗病毒活性与糖基密切相关，糖基的修饰改造可筛选出有更高活性的药物和改进已知药物的药效、药理性质，并降低毒副作用。大部分临床应用的核苷类药物都是糖基改造的衍生物。天然核苷的糖基为D构型的呋喃核糖或2’-脱氧核糖。核苷衍生物的抗病毒活性与糖基结构密切相关，对糖基进行改造可筛选出高活性的药物，并降低相应化合物的毒性。目前大部分临床应用的核苷类药物都是糖基改造的衍生物。按改造位点分，主要分为构型改造，取代基改造和环结构改造。第11页 糖环上取代基改造的核苷类似物糖基部分改造的化合物包括杂环(糖)核苷衍生物，碳苷衍生物，开环核苷衍生物，脱氧核苷衍生物，不饱和(糖)核苷衍生物和L一核苷衍生物以及(糖)环外取代基的引入等多种形式。AZT、3TC、Ara-A等糖基修饰改造的核苷化合物已经作为治疗药物应用于临床，其他一些糖基改造的核苷如L-I-OddU等也被批准进行临床试验。其中，核糖构型的变化对化合物活性有很大的影响，主要包括L构型核苷，吡喃核糖核苷，阿拉伯糖核苷等。一批L-核苷衍生物已广泛应用于临床。而对环结构的改造带来了碳环核苷、硫杂环核苷，含烯核苷，以及另一大类无环核苷化合物的发展[11]。第11页 齐多夫定(AZT)作为第一个被美国FDA批准的临床抗艾滋病病毒的药物，其结构中特有的叠氮基团一直以来被认为对其抗病毒活性起着关键的作用。近年来，围绕AZT和含叠氮基团核苷的抗HIV活性研究依然很活跃；同时其抗肿瘤活性的研究也屡有报道。3新型核苷类似物的设计思路及制作通过对核苷糖基和碱基部分的修饰，具有良好的抗肿瘤和抗病毒活性的核苷类化合物更多地进入到临床。同时，也为核苷类化合物的合成研究不断增添着动力。叠氮核苷类化合物是一种重要的杂原子取代的核苷类衍生物，在最近几十年来，叠氮核苷类化合物受到了学术界人士广泛的关注和研究。叠氮核苷类衍生物的主要开发方向是抗病毒研究。同时在单环碱基核苷类化合物的修饰中，降低杂环电子云密度会有效提高化合物生物活性，所以调节碱基电子密度进行修饰以改进碱基核苷化合物的生物活性[12]。基于以上叠氮核苷所表现出来的现象，我们对糖处理时主要采用叠氮化，同时对碱基进行修饰，使其产生预期良好活性的核苷类似物。4、实验部分4.1主要实验仪器与试剂（1）实验试剂：2-碘苯胺、无水THF、TEA、三氟乙酸酐、乙酸乙酯、饱和食盐水、无水Na2SO4、石油醚、DMSO、丙二腈、水、K2CO3、氩气、CuI、L-脯氨酸、无水乙腈、原甲酸三乙酯、饱和甲醇氨溶液。（2）实验仪器：北京泰兴有限公司生产的X-4数字显示显微熔点仪(温度计未校正);BrukerAdvanceDPX400MHz核磁共振仪，以TMS为内标，氘代氯仿（CDCl3）或者氘代二甲亚砜(DMSO-d6);电喷雾质谱（ESI-MS）为BrukerAmazonSL离子阱质谱仪（正离子模式）。常规试剂从北京东方龙顺公司购买。所有溶剂均为分析纯。薄层色谱（TLC）使用青岛化学工业公司的薄层板（GF-254），在紫外254nm波长或者用10%硫酸显色进行检测。硅胶柱色谱使用青岛化学工业公司的硅胶（200-300目）。4.2合成路线第11页 核苷2核苷1碱基B糖2糖14.3实验步骤①在圆底烧瓶（250ml）中加入硫酸（2.0ml），醋酸（80.0ml）和酸酐（8.0ml）的混合液，在冰水浴中加入化合物糖1（5.0g,14.4mmol）,常温搅拌约6h，TLC检测反应结束，加100.0ml的冰水稀释，加二氯甲烷（200.0ml）,分别用饱和的碳酸氢钠（80ml×3），饱和氯化钠（80ml×2）萃取，有机相用无水硫酸钠干燥3h，减压浓缩，残余物硅胶柱层分离纯化得白色晶体糖2（3.9g,84%）;Rf0.292(石油醚／乙酸乙酯，8:1)。②将碱基B(312.4mg,2.20mmol)溶解于乙腈（5ml）,BSA（2.2ml,8.80mmol）加入溶液中混合搅拌15min。加入糖2（704mg,2.0mmol）加TMSOTF（2.20lm,3.3mmol）室温搅拌10min,放入油浴中80℃反应3h。将反应冷却到室温。冰水（10mL）溶液中小心加入以淬灭该反应。用乙酸乙酯萃取后（50ml×3），将有机相用依次用饱和碳酸氢钠水溶液，水和盐水洗涤。将得到的有机层，用无水硫酸钠干燥，过滤并蒸发至干并在真空下浓缩。将残余物用硅胶上凝胶柱分离纯化得核苷1（790mg，58％），为白色固体。第11页 ③将核苷1（200mg，0.443mmol）悬浮在新鲜制备饱和的氨的甲醇溶液（20mL）中。室温下搅拌12h后，将溶剂在真空中除去。将反应产物用硅胶色谱法分离纯化得到的核苷2（146mg，95％），为白色固体。第11页'