专利名称：一种具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物的制备及其用途的制作方法
技术领域：
本申请涉及基于叶酸类化合物的结构，根据蛋氨酸合成酶的作用机理，设计、合成了一类具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物，并进行了生物活性测试。本发明人设计及合成的该类具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物的反应活性强于甲基四氢叶酸，经活性测试显示出较高的蛋氨酸合成酶抑制活性，同时具有一定的二氢叶酸还原酶抑制作用。本发明属于医药技术领域。
背景技术：
癌症是危害人类生命和健康的重大疾病，据WHO统计，全世界每年因患癌症死亡的人数高达790万，新发病例为870万，且数字还在逐年增加，已成为仅次于心血管疾病的第二大杀手。多年来由于对不同癌症的发病机理缺乏深入的了解，目前尚无有效的预防、早期诊断和治疗方法。虽然临床上应用的抗癌药物已有相当数量，新药亦在不断出现，但疗效好、毒副作用小、不产生交叉耐药性，特别是治疗实体瘤的药物不多，与根治癌症的目标相差甚远。因此研究癌症的发病机制及研制针对机制的多环节作用的新型抗肿瘤药物具有重要的科学意义。近十年来，随着分子生物学、分子肿瘤学和分子药理学等多学科知识和研究手段的快速发展，特别是随着人类基因谱的完成，科学家发现了正常细胞转变成癌细胞或防止细胞癌变的一些新机制和新靶点。目前国内外学者正利用这些新发现，将肿瘤药物研究的注意力由传统方式转向肿瘤病因学和病理学过程中起作用的特异分子及生物靶点上，探索抗肿瘤药物研究的新途径，发现作用靶点新、类型新的抗肿瘤药物，以克服现有的治疗药物在发挥抗肿瘤活性的同时对人体正常细胞造成的一定损害。细胞内叶酸循环和一碳单位的代谢一直是癌症化疗的一个重要的有吸引力的的研发靶点。叶酸在细胞的增殖过程中起着很重要的作用，其活性体形式四氢叶酸在N5和 (或)Nki位结合一碳单位，参与嘌呤和嘧啶等核酸碱基的生物合成。叶酸拮抗剂与叶酸或叶酸衍生物结构相似，利用人体细胞和其它细胞中叶酸循环圈中的酶对药物敏感性不同， 干扰叶酸代谢有关的酶，潜在地阻断嘌呤和嘧啶前体的生物合成，抑制肿瘤细胞的增长。已知的抗叶酸化合物其作用靶点主要为二氢叶酸还原酶、甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶、多聚谷氨酸合成酶，但是都有选择性差，毒副作用大的缺点。提高抗叶酸类化合物的一个有效途径是寻找正常细胞和肿瘤细胞敏感性差别更大的靶酶，并进行有效的结构设计。蛋氨酸合成酶(MS)作为这样一个靶点，催化如下的反应以甲基四氢叶酸(CH3-THF)为底物，通过、2反应将甲基四氢叶酸分子中的甲基转移到酶分子中，然后再将甲基转移到高半胱氨酸(Hcy)分子中，生成蛋氨酸(Met)，即(1) CH3"THF+MS — CH3-MS+THF (2) CH3-MS+Hcy — Met+MS。即通过两次亲核取代反应，将甲基四氢叶酸的甲基转移到高半胱氨酸中，生成蛋氨酸，同时恢复四氢叶酸的活性体形式，重新参与叶酸循环。
过去数年的研究证明①MS是人类细胞中唯一以甲基四氢叶酸为底物的蛋白酶， 在催化形成蛋氨酸过程中，同时提供叶酸进入细胞的代谢途径，也为嘌呤及嘧啶的合成提供单碳单位；②快速裂分的癌细胞所需的蛋氨酸是正常细胞所需要的5 6倍；③癌细胞中蛋氨酸合成酶的活性要比正常细胞中该酶的活性高21倍左右；④抑制蛋氨酸合成酶可能会使癌细胞的快速生长受到抑制，而对正常细胞无大的影响。从研究结果可以看出，蛋氨酸合成酶是肿瘤细胞生长的重要催化启动因子，抑制其活性，可干扰癌细胞的生长、代谢和增殖过程，诱导肿瘤细胞调亡，达到治疗目的。以MS作为新靶点发展抗肿瘤药物，也是符合目前抗肿瘤药物研究正在从传统的细胞毒药物转向针对机制的多环节作用的新型抗肿瘤药物方向发展。因此蛋氨酸合成酶是抗癌药物设计的优秀新靶点。可以预测该酶的抑制剂应该是抗癌谱广、疗效高、选择性好、毒副作用低的抗癌新药。但是到迄今为止，尚无以蛋氨酸合成酶为靶点的抑制剂的文献报道，因此以蛋氨酸合成酶为新靶点，研发其抑制剂，有可能克服目前临床上使用的抗肿瘤药物的缺点。本发明主要针对蛋氨酸合成酶的两点特性来设计其机理抑制剂。首先，钴胺素依赖的蛋氨酸合成酶是体内唯一一个可以利用N5-甲基四氢叶酸的酶，N5-甲基四氢叶酸无论在体内还是在合成过程中，或是在其它温和条件下均易被氧化，如果能够设计并合成稳定性和生物活性均比甲基四氢叶酸更高的N5-甲基四氢叶酸类似物，则可竞争性地与蛋氨酸合成酶结合，阻断N5-甲基四氢叶酸与蛋氨酸合成酶的结合，从而导致蛋氨酸的合成受阻、 转甲基作用不能正常进行以及四氢叶酸不能被重新释放和循环再利用，使叶酸停留在没有活性的N5-甲基四氢叶酸阶段，即最终通过切断叶酸循环来达到杀死快速裂分的癌细胞的作用；而本发明所设计并合成的具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物的稳定性明显强于N5-甲基四氢叶酸，而且该类化合物分子具有所有N5-甲基四氢叶酸与蛋氨酸合成酶结合时的结构位点，故能与N5-甲基四氢叶酸竞争蛋氨酸合成酶并与其结合，从而发挥自杀性抑制或致死性合成作用。其次，钴胺素依赖的蛋氨酸合成酶需要钴胺素作为辅助因子，而与 N5-甲基四氢叶酸结合的一价钴胺素具有极强的亲核性，所以，如果所设计的N5-甲基四氢叶酸类似物能够与一价钴胺素形成共价键而发生不可逆的结合，则可造成钴胺素依赖的蛋氨酸合成酶失活，导致其在体内的相关生物活性受阻，并最终起到杀死癌细胞的作用；通过对一价钴胺素模拟物CcAaloxime的研究发现，Cobaloxime与环氧化合物、烷基卤代物、烷基磷酸酯以及磺酸酯等均能发生很好的亲核加成或亲核取代反应，而氮杂环丙烷结构与环氧化物的氧杂环丙烷结构具有相似的理化性质，故应该也能与强亲核性的一价钴胺素发生反应，使钴胺素依赖的蛋氨酸合成酶失活。
发明内容
发明人根据蛋氨酸合成酶的作用机理及叶酸类化合物的结构，设计了一类具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物，并成功完成了该类化合物方便的制备、分离、纯化、 结构鉴定及活性测定工作。本发明的目的是通过引入反应活性强于甲基四氢叶酸的氮杂三元环结构，使其能够与超强亲核性的一价钴胺素(蛋氨酸合成酶的辅酶)形成共价键而发生不可逆的结合，导致酶的失活。因此，推测该类新化合物应该具有很好的蛋氨酸合成酶抑制活性，且最终活性测定的实验数据与我们预测的结果有较好的吻合。此外，由于这类化合物是基于四氢叶酸母体结构设计的，因此应该对二氢叶酸还原酶(DHFR)、胸苷酸合成酶(TS)、甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰基转移酶(GARTF)和氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基转移酶(AICARTF)等亦有一定的抑制活性，从而有可能成为潜在的多靶点抗肿瘤药物。本发明的部分化合物可按照如下合成路线制备，通过此路线将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
权利要求
1.具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物化合物通式
2.如权利要求1所述的通式I化合物的氮杂环丙烷的开环衍生物，即
3.保护化合物举例4- {N-甲基-N-[N- (2,4- 二甲氧基嘧啶-5-基)]-(2，3-环氮丙基)}氨基_3_溴-苯甲酸甲酯N-{4-{N-甲基-N-[N-(2-特戊酰氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶_5_基)]-(2，3-环氮丙基)}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-羟基-6-甲基嘧啶_5_基)]-(2，3-环氮丙基)}氨基-3-溴}苯甲酰基-L-谷氨酸4-{N-甲基-N-[2-羟基-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-羟基-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-羟基-3-(2-特戊酰氨基_4_羟基-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-羟基-3-(2-特戊酰氨基_4_羟基-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-羟基-3-(2-氨基-4-羟基-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-羟基-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-羟基-3-(2，4-二氧代-1，2，3，4-四氢嘧啶_5_基)氨基]丙基} 氨基-3-溴-苯甲酸甲酯N-{4-{N-甲基-N-[2-羟基-3-(2，4-二氧代-1，2，3，4-四氢嘧啶_5_基)氨基]丙基}氨基-3_溴}苯甲酰基-L-谷氨酸二乙酯。
4.权利要求1-3中任一项所述的化合物的制备方法，其包括步骤
5.如权利要求1-2中任一项所述的化合物在制备抗肿瘤药物中的用途。
6.如权利要求5的用途，其中所述的抗肿瘤药物为抑制叶酸循环中的蛋白酶的药物。
7.权利要求6所述的药物，其中所述的蛋白酶为蛋氨酸合成酶(MQ、二氢叶酸还原酶 (DHFR)、胸苷酸合成酶(TS)、甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰基转移酶(GARTF)和氨基咪唑碳酰氨核糖核苷酸甲酰基转移酶(AICARTF)等。
全文摘要
本发明涉及基于蛋氨酸合成酶的作用机理及叶酸类化合物的结构，设计了一类具有氮杂环丙烷结构的四氢叶酸开环类似物作为蛋氨酸合成酶抑制剂，提供了亲核反应活性强于甲基四氢叶酸的氮杂三元环结构(通式I)，能够与超强亲核性的蛋氨酸合成酶(一价钴胺素)形成共价键而发生不可逆的结合，导致该酶的失活。通式I中各个基团的定义如权利要求书所述。经生物活性测试，发现具有较强的蛋氨酸合成酶抑制活性，同时显示一定强度的二氢叶酸还原酶抑制活性，因此这类化合物很有可能成为新一类潜在的多靶点抗肿瘤药物。
文档编号C07D239/48GK102234266SQ20101015343
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者刘俊义, 邓喜玲 申请人:北京大学