抗癌药物喜树碱及其衍生物的研究概况

发布时间:2011-04-01 信息来源:admin 发布人:admin 点击次数:3437

【关键词】抗癌药物喜树碱　衍生物

　喜树为山茱萸目珙桐科乔木植物，是我国特有的一种高大落叶乔木，广泛分布于长江流域及西南各省区［1］。1966 年美国的Monroe E.Wall首次从喜树茎的提取物中分离出喜树碱(camptothecin,CPT)，随后人们研究发现喜树碱对胃肠道肿瘤、膀胱癌、肝癌和白血病等恶性肿瘤均有一定疗效。但它也产生了一定的副作用包括骨髓抑制、呕吐、腹泻［2］和严重的出血性膀胱炎等［3］，在随后的十多年间相关研究大大减少，临床应用几乎陷入停顿［4］。直到1985年发现喜树碱能阻断拓扑异构酶Ⅰ(Topo I)的合成，Topo I是一种与细胞分裂密切相关的一种酶，阻断这种酶的产生即可阻止癌细胞的生长，说明喜树碱的作用靶标是Topo I而不是拓扑异构酶Ⅱ(TopoⅡ)，这正是喜树碱独特的抗癌机制［5］，从而使喜树碱的研究进入了一个全新的阶段。喜树碱衍生物类化合物已成为继紫杉醇之后另一种天然植物来源的最重要的抗癌药，目前美国、日本、法国、德国、韩国和意大利的喜树碱及其衍生物研究在世界上处于领先地位。笔者就喜树碱及其衍生物的作用机制、化学合成方面进行了综述，并对未来的研究方向进行了展望。

　　1 喜树碱的理化性质

　　1.1 喜树碱的分子结构

　　喜树碱的分子式为C2OH16N2O4，分子量348.34；由4个六元环和1个五元环构成，且在E环有1个不对称中心(20 S 构型)(图1)。化学名为(S)4，9二羟基4乙基1H吡喃 (3′，4′，6，7)氮茚(1，2 b)喹啉3，14(4H，12H)二酮，属喹啉类生物碱。

　　1.2 CPT的理化性质

　　喜树碱为淡黄色针状晶体，熔点高达264～267 ℃；喜树碱类生物碱不溶于水，难溶于一般溶剂，可溶于氯仿、乙醇、乙酸、乙酸乙酯。喜树碱的化学性质也不同于普通的生物碱，其没有明显的碱性，属于中性的喜树碱。与一般生物碱试剂无反应，如常用的检测试剂：得拉盖道夫(Dragendorft用碘化铋钾试验生物碱形成特性及加成化合物的结晶)和苯酚(FeCl3)试剂，呈阴性；吲哚分析，负反应；与各种酸不形成结晶盐；也不能用重氮甲烷或二甲基硫酸酯进行甲基化；其内酯环可被氢氧化钠在室温下打开生成盐，酸化后又重新生成喜树碱，溶于硫酸显黄绿色，紫外线下显黄绿色荧光。喜树碱易转化成乙酯或氯代乙酯，氯代乙酯与碘化钠－丙酮反应形成碘代乙酯［1，6］。

　　2 CPT及其衍生物的抗肿瘤作用机制

DNA拓扑异构酶是广泛存在于生物体内的一类必需酶，通过调节超螺旋、连锁、去连锁以及核酸解节作用，影响DNA拓扑结构，其主要分为拓扑异构酶Ⅰ(Topoisomerase Ⅰ，Topo Ⅰ)与拓扑异构酶Ⅱ(Topoisomerase Ⅱ，Topo Ⅱ)。相比TopoⅡ抑制剂，TopoⅠ抑制剂疗效高，抗瘤谱广，已成为设计新型抗肿瘤药物的重要靶酶。同时，多种肿瘤细胞如结肠癌、宫颈癌、卵巢癌等的TopoⅠ含量大大高于正常组织，且在S期肿瘤细胞中活性大幅提高，因此抑制TopoⅠ的药物可选择性抑制增殖期肿瘤细胞DNA复制，具有较好的选择性［7，8］。试验证明TopoⅠ是CPT及其类似物的主要靶点。

CPT的产生细胞毒性机制是多方面的，但是一般主要由复制冲突模型来解释，在这个模型中，CPT是通过与TopoⅠDNA可裂解复合物(Cleavable complex)可逆结合，形成CPTTopoⅠDNA三元复合物，从而稳定了可裂解复合物；随着可裂解复合物的形成，抑制了最初由TopoⅠ介导的DNA裂解和重新连接反应，S期DNA复制时形成的复制叉(Replication fork)与已断裂的DNA链冲突造成不可逆的复制叉阻滞、双链DNA断裂(DSB)和可逆的可解离复合物转变成不可逆的复合物，导致细胞死亡［9］。现在还有人提出转录冲突模型来解释S期非依赖的作用。据Ullmannova［10］和Zhou［11］等人的报道，短期暴露于CPT对RNA和DNA的损伤是可逆的，但是随着浓度的增加和暴露时间的延长，对DNA的抑制进展为非可逆性，表现为剂量和时间依赖的双相性。

　　3 CPT及其衍生物的合成进展

　　3.1 CPT的化学合成

　　自从CPT被分离出来，尤其具抗癌活性被证实后，引起了一些合成化学家的兴趣，CPT由A、B、C、D、E五环骈合而成，A、B为喹啉环，C环为吡咯环，D环为吡咯酮结构，E环为一个具有S型手性碳的α羟基内酯(图1)。可通过不同的建环方法进行合成。Tang等［12］和Bennasar等［13］报道用邻氨基苯甲醛为原料与双环酮酸合成ABCD环酸，酯化得(dl)CPT；蔡俊超等［14］报道用2氨基5甲氧基苯甲醛缩乙二醇与并吡啶酮衍生物合成ABCD环，通过水解、环合等5步得(dl)CPT；Mansukh等［15］将(dl)CPT拆分为S、R型，同时将CDE中间体与氨基苯甲醛缩合得ABCDE环；Henegar等［16］从2,6二羟基4羧基吡啶开始，先合成CDE环再与氯甲酮基氨基苯反应，得(S)CTP。用吡啶酮(为D环)与溴丙炔、溴化锂等反应得ABCD环，再经两步制得CPT(图2)。

　　通过不对称氧化法得到CPT，主要反应过程是：经AlderDiels缩合、水解、酯的格氏反应和Wittig反应，再通过改进的Sharpless不对称双羟基化。再经亚氯酸钠氧化、溴化氢溴代从而引入手性中，最后在碳酸钾存在下闭C、E环得到(S)CPT(图3)：Leus等［17］报道了(S)CPT的中间体E环的合成(图4)。

　　3.2 CPT的衍生物的研究进展

　　为了克服CPT的副作用和提高其抗肿瘤活性，许多合成家分别对CPT的A、B、C、D和E环进行结构修饰，得到一系列CPT的衍生物。大量试验证明：对A环和(或)B环进行结构修饰后得到的衍生物具有很好的抗肿瘤活性［18-21］，如伊立替康(Irinotecan,CPT11)和拓扑替康(Topotecan,TPT)，它们与母体化合物CPT相比疗效确切，抗瘤谱广，分别于1994年和1996年在日本和美国首先上市［21］。其他化合物如9硝基喜树碱(Rubitecan),SN38,exatecan,karetinecin (BNP1350)，CKD602，gimatecan(ST1481)等，它们的活性也很好，正在临床前期和临床应用［22］；对于C环和D环的CPT衍生物，它们大多数没有抗癌活性［21］；E环的取代要保持CPT活性的特定结构，研究表明α羟基内酯和20位C的立体构型都是CPT表现抗肿瘤活性的关键基团，若衍生物的结构中没有α羟基内酯或20位C的立体构型发生变化，一般均无抗肿瘤活性［23，24］。

　　4 展望

当前，国内外对于喜树碱及其衍生物的一系列研究，已经显示出令人瞩目的抗癌作用和良好的临床应用前景。喜树碱的全合成已经取得了一定进展，但多数合成仍存在路线过长，总产率太低，因此仍有很大的改进余地。我国是喜树碱的特产地，应该充分利用好天然资源，特别是可以从喜树的嫩叶中持续提取喜树碱技术的问世，更为提取天然的喜树碱及其衍生物提供了既可保护森林资源又经济实用的方法。

DNA Topo I作为重要的细胞核内酶，在生物体内发挥至关重要的作用。实践表明以它作为靶酶设计的抗肿瘤药物，不仅活性高，而且选择性好，对于癌症化疗具有重要的意义。喜树碱是Topo I的特异性抑制剂，因此喜树碱及其衍生物的开发利用具有光辉灿烂的前景。

　　癌症是我国死亡率第一高疾病，而且我国西南部省份盛产富含喜树碱的植物，因此开发具有自主知识产权的新喜树碱衍生物抗癌药物，不仅是重大疾病治疗的需要，同时也有利于西部农业资源产业化开发。

【参考文献】

　　1 李丽源,张冬燕,白凤武.喜树碱及其衍生物的研究进展.大连民族学院学报,2001,3:1722.

　　2 Ikegami T，Ha L，Arimori K，et al.Intestinal alkalization as a possible preventive mechanism in irinotecan(CPT11)induced diarrhea.Cancer Res，2002，62：17987.

　　3 Ulukan H，Swaan PW.Camptothecins：A review of their chemotherapeutic potential.Drugs，2002，62：20392057.

　　4 中国科学院中国植物志编辑委员会主编.中国植物志.第1版.北京:科学出版社,1982.144145.

　　5 雷英杰,刘鸿.喜树碱的全合成研究进展.合成化学,2000,8:124129.

　　6 Wall ME,Wall MC.Camptothecin.Discovery to clinic.J Ethnophamacol,1996,803:112

　　7 Takimoto CH，Wright J，Arbuck SG.Clinical applications of the camptothecins.Biochim Biophys Acta,1998,1400:107.

　　8 Oguma T.Antitumor drugs possessing topoisomerase I inhibition：applicable separation methods.J Chromatogr B Biomed Sci Appl，2001，764：4958.

　　9 Laco GS，Collins JR，Luke BT，et al.Human topoisomerase I inhibition：docking camptothecin and derivatives into a structurebased active site mode.Biochemistry，2002，41：142835.

　　10 Ullmannova V,Haskovec C.Gene expression during camptothecininduced apoptosis in human myeloid leukemia cell line ML2.Neoplasma，2004，51：175180.

　　11 Zhou Y，Gwadry FG，Reinhold WC，et al.Transcriptional regulation of mitotic genes by camptothecininduced DNA damage：microarray analysis of doseand timedependent effects.Cancer Res，2002，62：16881695.

　　12 Tang CS,Morrow CJ,Rapoport H.A total syntheses of dlcamptothecin.J Am Chem Soc,1975,97:159167.

　　13 Bennasar ML,Zulaica E,Juan C,et al.Addition of ester enolates to Nalkyl2fluoropuridinium salts: total synthesis of(±)20deoxycamptothecin and (＋)camptothecin.J Org Chem,2002,67:74657474.

　　14 蔡俊超，冯大为，殷孟光，等.dl10羟基喜树碱及dl10甲氧基喜树碱的全合成.化学学报，1981,39:171178.

　　15 Mansukh C,Allan W，Monroe EW,et al.Plant antitumor agents.28. Resulution of a key tricyclic synthon, 5’(RS)1,5dioxo5’ethyl5’hydroxy2’H,5’H,6’H6’oxopyrano［3’,4’f］.delta6,8tetrahydro indolizine:total synthesis and antitumor activity of 20(S)and 20(R)camtothecin.J Med Chem,1987,30:23172319.

　　16 Henegar K,Ashford S,Baughman T,et al.practical asymmetric synthesis of(S)4ethyl7,8dihydro4hydroxy1Hpyrano［3,4f］indolizine3,6,10(4H)trione,a key intermediate for the synthesis of irinotecan and other camptothecin analogs.J Org Chem,1997,62:65886597.

　　17 Leue S,Miao W,Kanazawa A,et al.Short synthesis of the optically active Ering portion of (S)camptothecin.J Chem Soc，2001,22:2903.

　　18 Lerchenh GB,Aumgartenj,B RUCHK,et al.Design and optimization of 2 00linked camptothecin glycoconjugates as anticancer agent s.J Med Chem,2001,44:41864195.

　　19 Baill YC.Homocamptothecins:potent topoisomerase I inhibitors and promising anticancer drugs.Crit Rev Oncol Herrtaml,2003,45:91108.

　　20 Zunino F,Pratesi G.Camptothecins inclinical development.Expert Opin Investig Drugs，2004,13:269284.

　　21 牟王番松，罗猛，祖元刚，等.喜树碱及其衍生物结构修饰及构效关系的研究.中国药学杂志，2006，41:804806.

　　22 孟繁浩,巩丽颖,佟馨.抗癌药物喜树碱类衍生物研究进展.生命的化学，2002，22：265268.

　　23 Yang SC,Zhu JB.Preparation and characterization of camptothecin solid lipid nanoparticles.Drug Dev Ird Pharm,2002,28:265274.

　　24 Wang X,Zhou X,Hecht SM.Role of the 20hydroxyl group in camptothecin binding by the topoisomerase I DNA binary complex.Biochemistry,1999,38:43744381.

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