(核苷類似物結(jié)構(gòu)改造的研究

1、摘要核苷類似物作為臨床抗病毒及抗腫瘤的藥物研究已有較長歷史， 誕生了如齊多夫 定(Zidovudine, AZT)、拉米夫定(Diethylamine )等抗艾滋病及病毒性肝炎的藥物， 對(duì)于此類疾病治療有著重要的應(yīng)用價(jià)值。 但與此同時(shí)， 在核苷類似物的開發(fā)及臨床應(yīng) 用過程中， 毒性及長期用藥所產(chǎn)生的耐藥性依然制約著相關(guān)疾病的治愈。 因此，開發(fā) 新型高效低毒的核苷類藥物一直是人們研究的熱點(diǎn)。核苷類化合物的修飾改造部位包括糖基和堿基部分， 其中大部分為糖基修飾改造 的產(chǎn)物。糖基改造修飾的類型包括無環(huán)核苷，脫氧核苷，雜原子引入，構(gòu)型變化，糖 環(huán)大小的變化等。在閱讀文獻(xiàn)并總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上， 本文的

2、結(jié)構(gòu)修飾方案是在對(duì)糖基修改的基 礎(chǔ)上，接不同的堿基使其有不同的效果。關(guān)鍵詞： 核苷類化合物；堿基；三疊氮第2 頁AbstractAs a clinical drug studies of antiviral nucleoside analogues and anti-tumor has a long history, born as zidovudine (Zidovudine, AZT), (Diethylamine) and other anti-AIDS and hepatitis drugs, for the treatment of these diseases has import

3、ant application value.At the same time, in the process of development and clinical application of the nucleoside analogs, chemical resistanceand long-term toxicity of the drug remains a constraint generated to cure diseases.Therefore,the development of new and efficient low toxicity nucleoside drugs

4、 has been a hot topic of research.Modified nucleoside compounds reconstruction site, including glycosylation and the base portion, most of which is the transformation of the sugar-modified products. ModifiedGlycosylation type transformation include acyclic nucleosides, deoxynucleosid heteroatom intr

5、oduced configuration changes, changes in the size of the sugar ring and the like.In reading the literature and on the basis of previous studies, structural modification programs on the basis of this paper is to modify the glycosylation, pick a different base it has a different effect.Keywords: Nucle

6、oside compounds ；Base ； Triassic nitrogen1.引言1.1 核苷類化合物的簡介核苷作為生物體細(xì)胞中核糖核酸(RNA)與脫氧核糖核酸(DNA)的基礎(chǔ)組成成分，參與了生物體基因信息的保留、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。在制藥領(lǐng)域，開發(fā)核苷類似物模擬天然核苷， 抑制病毒和腫瘤細(xì)胞的生長， 已成為有效的臨床治療手段。 目前核苷類藥物的開發(fā)應(yīng)用集中在抗病毒和抗腫瘤領(lǐng)域。DNA 或病毒是病原微生物中最小的一種。蛋白質(zhì)衣殼內(nèi)包裹著病毒的RNA。核苷類抗病毒藥物主要是酶抑制劑和DNA鏈終止劑。與病毒基因組復(fù)制有關(guān)的酶包括存在于某些種類的病毒顆粒中病毒結(jié)構(gòu)酶， 當(dāng)病毒感染細(xì)胞時(shí)轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)生

7、的病毒誘導(dǎo)酶和可被病毒用來復(fù)制的細(xì)胞結(jié)構(gòu)酶。 能夠選擇性干擾病毒復(fù)制過程中的任何一個(gè)階段的藥物都可能有抗病毒活性， 其中的一些能特異性干擾其中某一階段， 從而中止病毒復(fù)制和侵染宿主細(xì)胞。 阿昔洛韋是目前治療皰疹病毒的首選藥物， 廣泛用于治療皰疹性角膜炎、 生殖器皰疹、 全身帶狀皰疹及皰疹性腦炎。核苷類似物同樣可以作為惡性腫瘤的化療藥物。 糖基改造的核苷類抗腫瘤藥物通過干擾腫瘤細(xì)胞的嘌呤、 嘧啶核苷酸的合成以及鏈的延伸從而干擾腫瘤細(xì)胞存活和復(fù)制必不可少的代謝途徑， 從而達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的作用。 目前臨床批準(zhǔn)的核苷類抗惡性腫瘤藥物主要有：氟鐵龍 ，用于治療胃癌、直腸癌、結(jié)腸癌和 乳腺癌 2。除抗病

8、毒及抗腫瘤活性外，核苷類化合物還常用于抗菌抗寄生蟲領(lǐng)域的研究，也有核苷類似物具有鎮(zhèn)靜催眠作用的報(bào)道。 同時(shí)，許多核苷類化合物同時(shí)具有多種抗病毒和抗腫瘤作用。 如齊多夫定不但對(duì) HIV 和 HBV 病毒有良好的抑 制效果，對(duì)腫瘤細(xì)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藥，同樣也可以與齊多夫定搭配，作為臨床治療艾滋病病毒的逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑?？梢?，開發(fā)新型高效核苷類似物具有廣泛的應(yīng)用范圍和臨床價(jià)值 4。不同結(jié)構(gòu)化合物的作用機(jī)制略有差別， 但普遍認(rèn)為主要以下列兩種方式發(fā)揮作用：作為DNA/RNA復(fù)制酶(主要是聚合酶、轉(zhuǎn)錄酶、逆轉(zhuǎn)錄酶等等)的競爭性抑制劑，抑制酶的活性， 阻斷病毒或腫瘤細(xì)

9、胞基因的復(fù)制。 模擬天然核苷嵌入DNA/RNA復(fù)制鏈中，利用其結(jié)構(gòu)上與天然核苷的差異阻斷鏈的延長, 從而終止細(xì)胞的生長。2.核苷類似物的結(jié)構(gòu)改造研究2.1核苷類化合物的結(jié)構(gòu)改造策略核苷類化合物的結(jié)構(gòu)由糖基和堿基構(gòu)成， 通過糖苷鍵進(jìn)行連接。依據(jù)其連接 方式可以分為a , P糖苷鍵，依糖的構(gòu)型分又可以分為D/L構(gòu)型核苷。由于核苷所接的堿基不同，所以將核苷分為兩部分，一部分為嘧啶類核苷，另一部分為嘌呤類核苷。其中嘧啶又稱間二嗪，屬于芳香類氮雜環(huán)化合物，主要包括：胞嘧嘌呤類核苷是堿基是堿啶，胸腺嘧啶 和尿嘧啶。嘌呤包括腺嘌呤和鳥嘌呤（圖 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

10、RNA分子中。嘧啶類核苷是 嘧啶或脫氧N堿基與核糖或脫氧核糖形成 N-1糖苷鍵，43N0 5Py rimiidinePurine6N7>83圖()2G第 9 頁o卿昔HO尿昔oOH RHO鳥昔DNA: R=HRNA; R=OHN<匕OH R圖2嘧啶類核苷和嘌呤類核苷腕昔DNA: R=HRNA: R=OHDNA： R二H RNA: R=OH此外，對(duì)于堿基雜環(huán)以及糖環(huán)部分的取代、 擴(kuò)增、或縮減也都是常用的核苷Atom alternationRing open, enlargmenl, reductio nSubstitution,Heterocyclic alternationD

11、9;L configuralionAnomeric inversionOH OHInversion, elimination orSubstitution by other function groups圖3核苷的結(jié)構(gòu)改造策略2.2堿基結(jié)構(gòu)的修飾堿基的結(jié)構(gòu)改造修飾可以分為：五元環(huán)堿基，六元雜環(huán)堿基，多環(huán)堿基，雙 環(huán)堿基和含硫雜環(huán)，雜原子天然堿基的環(huán)外取代基引入等。堿基修飾改造的核苷化合物應(yīng)用于臨床治療的藥物和被批準(zhǔn)進(jìn)行臨床試驗(yàn)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，利巴韋林 ，阿巴卡韋，泛昔洛韋，恩曲他濱，5-氟胞苷，5-氟尿苷，5-氟脫氧尿苷等在上述化合物中

12、堿基的 種類和堿基引入取代基及環(huán)中原子的改造，對(duì)核苷類化合物的抗病毒種類和藥效 影響較大。2.2.1 7-去氮類核糖核苷N-7置換為C原7-去氮類核糖核苷的堿基結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將正常的嘌呤堿基的子，故稱7-去氮嘌呤,3n如5N7aN75N3 purine1NN9其是由吡咯環(huán)與嘧啶環(huán)組合而成 。(圖4)pyrrolo2,3- dpyrimidine(7-deaze purine)圖4吡咯并2,3-d嘧啶類化合物7-去氮嘌呤類核苷是天然的，并已被分離作和作的成分。其中一部分從 ngivamyStreptomyces海生洋物tubercidicus中分離1a,以及它的7-取代衍生物 toyocamycin

13、(1b)sacin(1c)，他們分別是從 Streptonsis和 Streptomyces strains 中提 取的。其它7-去氮嘌呤核然存在苷作3-d嘧為從提取的代謝物或抗代謝物核苷中 被發(fā)現(xiàn)，其中一些在7-去氮嘌呤部分的7-位含有myces toyocae鹵素，如為單體 的5'-脫氧-7-碘為核酸代tubercidi抗生素An(1d)。7-去氮嘌呤核糖核苷也已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)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-去氮鳥嘌呤核糖核苷，是由修飾后的核酸合成的。目 16(kana前自然界中不存在

14、化合物7-去氮鳥苷(2a)，但Frank苷類抗Seela實(shí)驗(yàn)室 已經(jīng)于1980年合成了。其他天然存在的 7-去氮生素，包括 mycalisines A(1e)和B(1f)，cadeguomycin 2d, B-1gawamicin，2e)，和 dicin(2f)已被分離。HONHj XNHj£NN£ 玉 HO OHOH OHHNOMeOH° RHNNHcZ帖 Hla: X=CM (toy oca my dn) b: X=H (tubercidin) c： X=CONH2 (ongicamycin)O1卜ow出N人忖人NHOOH2e： R=NH2H00H細(xì)H入a b

15、: RUiNfZ 丫Oc: R=d： R=C6HOHO匕N N2fOIIHO-P-O-P-O-P-0'OH OH OH許多天然存在的7-去氮嘌呤核苷或化學(xué)合成的相關(guān)類似物都顯示出抗菌，抗 真菌，抗病毒或抗腫瘤的活性?？茖W(xué)家們一直積極研究其合成的原因是他們具有 天然存在性，顯著的 生物化學(xué)活性 以及藥理特性10。2.3糖基部分的修飾核苷衍生物的抗病毒活性與糖基密切相關(guān)，糖基的修飾改造可篩選出有更高 活性的藥物和改進(jìn)已知藥物的藥效、 藥理性質(zhì)，并降低毒副作用。大部分臨床應(yīng)用的核苷類藥物都是糖基改造的衍生物。天然核苷的糖基為D構(gòu)型的呋喃核糖或2'-脫氧核糖。核苷衍生物的抗病毒活性與糖

16、基結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，對(duì)糖基進(jìn)行 改造可篩選出高活性的藥物，并降低相應(yīng)化合物的毒性。目前大部分臨床應(yīng)用的 核苷類藥物都是糖基改造的衍生物。 按改造位點(diǎn)分，主要分為構(gòu)型改造，取代基HONH2NaraANNH?NJOHNHNNH,OHOHHOL-Fd4CEntecavir NHo AnL-FMAU豹FGemcitabine糖環(huán)上取代基改造的核苷類似物糖基部分改造的化合物包括雜環(huán)（糖）核苷衍生物，碳苷衍生物，開環(huán)核苷衍 生物，脫氧核苷衍生物，不飽和（糖）核苷衍生物和L 一核苷衍生物以及（糖）環(huán)外 取代基的引入等多種形式。AZT、3TC、Ara-A等糖基修飾改造的核苷化合物已經(jīng)作為治療藥物應(yīng)用于臨床，其他一

17、些糖基改造的核苷如L-1-OddU等也被批準(zhǔn)進(jìn)行臨床試驗(yàn)。其中，核糖構(gòu)型的變化對(duì)化合物活性有很大的影響，主要包括L構(gòu)型核苷，吡喃核糖核苷，阿拉伯糖核苷等。一批L核苷衍生物已廣泛應(yīng)用于臨床。而對(duì)環(huán)結(jié)構(gòu)的改造帶來了碳環(huán)核苷、硫雜環(huán)核苷，含烯核苷，以及另一大 類無環(huán)核苷化合物的發(fā)展11。齊多夫定（AZT）作為第一個(gè)被美國FDA批準(zhǔn)的臨床抗艾滋病病毒的藥物,其結(jié)構(gòu)中特有的疊氮基團(tuán)一直以來被認(rèn)為對(duì)其抗病毒活性起著關(guān)鍵的作用。近年 來,圍繞 AZT 和含疊氮基團(tuán)核苷的抗 HIV 活性研究依然很活躍；同時(shí)其抗腫 瘤活性的研究也屢有報(bào)道。3 新型核苷類似物的設(shè)計(jì)思路及制作通過對(duì)核苷糖基和堿基部分的修飾， 具有

18、良好的抗腫瘤和抗病毒活性的核苷 類化合物更多地進(jìn)入到臨床。 同時(shí)，也為核苷類化合物的合成研究不斷增添著動(dòng) 力。疊氮核苷類化合物是一種重要的雜原子取代的核苷類衍生物, 在最近幾十年 來,疊氮核苷類化合物受到了學(xué)術(shù)界人士廣泛的關(guān)注和研究。 疊氮核苷類衍生物 的主要開發(fā)方向是抗病毒研究。 同時(shí)在單環(huán)堿基核苷類化合物的修飾中, 降低雜 環(huán)電子云密度會(huì)有效提高化合物生物活性, 所以調(diào)節(jié)堿基電子密度進(jìn)行修飾以改 進(jìn)堿基核苷化合物的生物活性 12 ?；谝陨席B氮核苷所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象, 我們對(duì)糖處理時(shí)主要采用疊氮化, 同時(shí)對(duì)堿基進(jìn)行修飾,使其產(chǎn)生預(yù)期良好活性的核苷類似物。4、實(shí)驗(yàn)部分4.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

19、1）實(shí)驗(yàn)試劑： 2-碘苯胺、無水 THF、TEA 、三氟乙酸酐、乙酸乙酯、飽和食鹽水、無水Na2SO4、石油醚、DMSO、丙二腈、水、K2CO3、氬氣、Cui、L脯氨酸、無水乙腈、原甲酸三乙酯、飽和甲醇氨溶液。（ 2）實(shí)驗(yàn)儀器：北京泰興有限公司生產(chǎn)的 X-4 數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)儀 （溫度計(jì)未校正 ）; Bruker Advance DPX 400MHz 核磁共振儀,以 TMS 為內(nèi)標(biāo),氘代氯 仿（CDC13）或者氘代二甲亞砜 （DMSO-d6）;電噴霧質(zhì)譜（ESI-MS ）為BrukerAmazon SL 離子阱質(zhì)譜儀（正離子模式）。常規(guī)試劑從北京東方龍順公司購買。所有溶劑均為分析純。薄層色譜TLC ）使用青島化學(xué)工業(yè)公司的薄層板（GF-254）,在紫外254nm波長或者用10%硫酸顯色進(jìn)行檢測。硅膠柱色譜使用青島化學(xué)工業(yè)公司的硅膠（ 200-300 目）。4.2 合成路線ClBzO、JN3 OacCIBzO堿基B、BN3OacHO核苷2BN3 oh核苷1ClBzO、4.3實(shí)驗(yàn)步驟 在圓底燒瓶（250 ml）中加入硫酸（2.0 ml）,醋酸（