一类单线态氧-喜树碱衍生物前药分子的设计和应用

本发明属于生物医药，涉及一类单线态氧-喜树碱衍生物前药分子的设计和应用。

背景技术：

1、喜树碱(cpt)是一种五环喹啉类生物碱，由喜树的茎、叶中分离得到，并在动物模型中具有良好的抗肿瘤作用。现代医学证明其作为广谱dna拓扑异构酶i抑制剂的抗肿瘤机制，临床上应用于白血病和各种实体癌(如结肠癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌和黑色素瘤)。cpt作为抑制细胞增殖的化疗药物，没有直接的细胞毒性，这也是其在临床上很容易出现耐药性的原因。而当其作为光动力治疗(pdt)后的“清除剂”，可以有效地协同pdt产生的活性氧(ros)杀伤癌细胞，实现癌细胞的彻底死亡。

2、单线态氧(1o2)是pdt中主要的细胞毒性物质，因此对于pdt来说，氧是关键元素之一。在光动力疗法中，光敏剂在几分钟内消耗细胞中的溶解氧产生1o2，此外，pdt介导的肿瘤抑制源于不同的途径，包括破坏肿瘤供血血管。在pdt期间，这种对血管的损害可能导致肿瘤组织内氧水平的急剧下降，因此，缺氧会降低治疗过程中光动力作用的效率。然而，这种损伤不应被视为需要克服的障碍，因为它是肿瘤破坏的主要方式之一。为了提高pdt效果，在治疗过程中必须保持尽可能高的氧气水平。基于以上研究，研究者们提出：1o2不一定由光敏剂在肿瘤中产生。在肿瘤外将产生的1o2“存储”起来，并释放到所需的组织中用于治疗目的，而这种1o2传递与释放系统可以通过使用富电子芳香结构来实现。

3、1,4-二甲基萘、9,10-二苯基蒽以及2-吡啶酮衍生物作为高效的1o2储存和释放单元，这类结构与1o2反应较快，可以在193k下长时间存储；同时储存在这类结构中的1o2又可以在温和升温的条件下释放出来。

4、作为新兴的1o2载体，5,8-二甲基喹啉也是一种具有前景的1o2存储载体。一方面，喹啉环上的氮原子通过烷基取代成盐后可以有效地延长内过氧化物的半衰期(>100h)，而在一定条件下消除这种取代后，内过氧化物半衰期将恢复至1～2h，可以实现1o2的控制释放。另一方面，喹啉环是天然产物中常见的结构，通过对天然产物进行结构修饰得到可以搭载1o2的结构，天然产物的内过氧在肿瘤细胞、组织内释放1o2后，原位生成具有抗癌活性的前体化合物，实现1o2与天然产物对癌症的协同治疗。

5、cpt作为具有喹啉结构的天然产物，其与1o2的联用具有很大的前景。1o2作为协助cpt抗癌的得力助手，其产生形式多种多样，包括外源性的光敏剂、声敏剂或者内源性的诱导产生等，而以内过氧化物为载体的1o2与cpt联合应用并无报道。

6、喜树碱衍生物的平面结构在内过氧化物形成后被破坏，因此喜树碱内过氧失去了拓扑异构酶的抑制活性。在未释放单线态氧时，喜树碱内过氧不具有抗癌活性，而在温度控制下的内过氧结构的逆环化反应释放出具有毒性的单线态氧后，原位生成具有拓扑异构酶抑制活性的喜树碱衍生物。这种前药设计还可以通过对喜树碱的结构改造或者取代基控制实现可控触发释放。考虑到内过氧化物的优点，开发一种包含cpt的内过氧化物的就显得十分急迫。

技术实现思路

1、基于内过氧化合物和喜树碱类化合物的抗癌性能，本发明设计出内过氧化物-喜树碱联合治疗分子：该分子在细胞内通过内过氧结构的逆环化反应释放出具有毒性的单线态氧，同时原位生成具有抗癌活性的二甲基喜树碱化合物，实现单线态氧与化疗药物的联合治疗。

2、本发明的技术方案：一类具有喹啉内过氧的喜树碱衍生物前药分子，具有如下结构：

3、

4、其中，r2和r3各自独立的选自氢、羟基、三甲基硅基、氨基、碳原子数为2-6的烯基、碳原子数为2-6的炔基、碳原子数为1-5的烷氧基、碳原子数为1-6的烷胺基、碳原子数为2-6的烷氧基烷基、碳原子数为1-10的烷基、三氟甲基、卤素、碳原子数为2-6的烷氧基羰基、碳原子数为6-14的芳基、碳原子数为3-10的环烷基或者

5、r1、r4各自独立的选自羟基、三甲基硅基、氨基、碳原子数为2-6的烯基、碳原子数为2-6的炔基、碳原子数为1-5的烷氧基、碳原子数为1-6的烷胺基、碳原子数为2-6的烷氧基烷基、碳原子数为1-10的烷基、三氟甲基、卤素、碳原子数为2-6的烷氧基羰基、碳原子数为6-14的芳基、碳原子数为3-10的环烷基或者

6、其中，x为1-2000的整数。

7、一些具体的喜树碱衍生物前药分子，r2和r3各自独立的选自氢、碳原子数为1-2的烷氧基、碳原子数为2-6的烷氧基烷基、碳原子数为1-10的烷基、三氟甲基。

8、r1、r4各自独立的选自碳原子数为1-2的烷氧基、碳原子数为2-6的烷氧基烷基、碳原子数为1-10的烷基、三氟甲基。

9、一些具体的喜树碱衍生物前药分子，r2和r3各自独立的选自氢、碳原子数为1-2的烷氧基、碳原子数为1-6的烷基、三氟甲基。

10、r1、r4各自独立的选自碳原子数为1-2的烷氧基、碳原子数为1-6的烷基、三氟甲基。

11、一些具体的喜树碱衍生物前药分子，r2和r3各自独立的选自氢、碳原子数为1-6的烷基；r1、r4各自独立的为碳原子数为1-6的烷基。

12、一些具体的喜树碱衍生物前药分子，r1和r4各自独立的为碳原子数为1-6的烷基，r2和r3为氢。

13、一些具体的喜树碱衍生物前药分子，r1和r4各自独立的为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基或者正己基，r2和r3为氢。

14、所述的喜树碱衍生物在制备释放单线态氧材料中的应用。

15、所述的喜树碱衍生物在制备为细胞、组织或器官输送单线态氧的药物中的应用。

16、所述药物为片剂、胶囊剂、颗粒剂、散剂、口服制剂、注射剂、微囊制剂、栓剂、丸剂、气雾剂、喷雾剂、粉末吸入剂、糖浆剂、酒剂、酊剂、露剂、膜剂中的一种或多种。

17、一种脂质体或者胶束形式药物，所述脂质体或者胶束形式药物包括上述所述喜树碱衍生物前药分子中的至少一种；

18、和/或载体；

19、和/或药用辅料；

20、所述载体选自金属纳米载体、非金属纳米载体、胶束、脂质体、乳糖、蔗糖、明胶、硬质硫酸镁、硬脂酸中的一种或者几种。

21、所述药用辅料选自稀释剂、粘合剂、崩解剂、润滑剂、助流剂、矫味剂、包衣剂、明胶胶囊壳、潜溶剂、抛射剂、表面活性剂、防腐剂、冻干保护剂中的一种或者几种。

22、一种具体的喜树碱衍生物前药分子，具有如下的结构：

23、

24、本发明的喜树碱衍生物前药分子的制备步骤和反应式如下：

25、

26、惰性气体保护下，化合物9、化合物a、无机碱在有机溶剂中加热反应，脱去hbr得到化合物b。

27、惰性气体保护下，化合物b、醋酸钾和双(三苯基膦)醋酸钯(ii)的混合物在有机溶剂中加热反应，反应混合物中加入25％的naoh，分离有机相，水相用meoh-chcl3的混合溶液萃取后逐滴加入浓hcl至ph＝2，用meoh-chcl3(1:10，2×50ml)萃取有机物。将有机层合并、干燥、柱色谱法纯化、重结晶(1,4-二氧六环)，得到化合物c。

28、将化合物c溶解在有机溶剂中，在冰浴中冷却至0℃，加入催化量的亚甲基蓝，在氧气氛围下搅拌混合物。反应过程中，使用18w、630nm的红光全程照射反应液得到目标化合物。

29、其中，r1-r4的定义同上述喜树碱衍生物前药分子结构中的定义。

30、化合物a的制备过程如下：

31、

32、惰性气体氛围下，苯胺化合物、tea、ac2o在有机溶剂中室温搅拌反应得到苯甲酰胺化合物。

33、将苯甲酰胺化合物室温下加入含有pocl3的dmf溶液中，加热回流得到化合物a-2。

34、室温下，化合物a-1在有机溶剂中通过nabh4还原得到化合物a-2。

35、在0℃下，化合物a-2在有机溶剂中与pbr3搅拌反应得到化合物a。

36、其中，r1-r4的定义同上述喜树碱衍生物前药分子结构中的定义。

37、本发明的有益效果：本发明将内过氧化物与喜树碱进行联合设计，开发了一种喹啉母核的喜树碱内过氧衍生物前药分子。该喜树碱内过氧衍生物前药分子在细胞内通过内过氧结构的逆环化反应释放出具有毒性的单线态氧，同时原位生成具有抗癌活性的二甲基喜树碱化合物，实现单线态氧与化疗药物的联合治疗。本发明成功建立了单线态氧-cpt联合抗癌体系，具有广泛的应用前景。通过在9号和12号位置引入取代基对喜树碱(cpt)的a环进行了结构修饰。这允许将喜树碱衍生物转化为内过氧化物(dmc-endo)。内过氧化物形成后，热释放单线态氧，在37℃下半衰期为1小时，还原为原始的9，12-二甲基喜树碱(dmc)。与cpt和dmc相比，内过氧化物修饰对mdr细胞系的细胞毒性显著提高。