CN101269087B - 果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物及制备方法 - Google Patents

果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物及其制备方法,主要是利用抗癌药物5-氟尿嘧啶(5-FU)与果胶合成结肠癌双靶向前体药物,用于结肠癌的治疗,其特征是:利用果胶的6位羧基与5-FU直接或以不同桥连基连接合成一系列结肠癌双靶向前体药物。该前体药首先是利用果胶将5-FU靶向到结肠,实现结肠定位释放;然后通过结肠癌高表达的galactin-3识别5-FU-半乳糖,将5-FU靶向到结肠癌细胞,实现结肠癌双靶向,治疗结肠癌。该前体药物大大提高了5-FU的选择性,增强了疗效,减少了不良反应;同时果胶水解片段具有抗肿瘤转移的作用,能与5-FU具有协同作用。本发明集中了递药、靶向与协同等药物设计理念,使该前体药物达到高选择性、高效能、低毒性目的。

Description

果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物及制备方法
技术领域
本发明涉及结肠癌靶向治疗药物及其制备方法,主要是关于抗癌药物5-氟尿嘧啶(5-FU)与果胶通过6位羧基合成的结肠癌靶向前体药物及制备方法。
背景技术
由于生活方式的改变和环境污染的加剧,我国结肠癌的发病率急剧上升,年发病率已达20/10万以上,结肠癌病死率已跃居恶性肿瘤的第二位,然而尚无特异性治疗方法。采用外科手术治疗,术后复发率达50%,5年存活率小于5%。5-FU是临床治疗结肠癌的基本药物,但是常规治疗的有效率仅为15~21%。其原因是5-FU静脉给药到达结肠浓度低,且毒副作用大,病人难以耐受。如果采用适当的载体将药物定量释放到结肠,继而将药物靶向癌细胞,使之在肿瘤组织细胞浓集,方可提高疗效,降低毒副反应。
Galectin-3,半乳糖凝集素家族的一员,广泛存在于正常细胞,并高表达于肿瘤细胞,在癌症转移及肿瘤浸润期明显升高。Galectin-3的最大特点是能与含有半乳糖残基的糖配体结合,体内许多癌基因如MUC2,癌胚抗原如Tn抗原都带有半乳糖残基,均能与Galectin-3结合从而产生作用。Galectin-3可调节MUC2粘液在人类结肠癌细胞中的表达,即结肠癌细胞拥有高表达的galectin-3,也会有高表达的MUC2粘液;而低表达galectin-3的结肠癌细胞,其MUC2粘液表达量也较低。
果胶:一种由半乳糖醛酸构成的多糖,多数为半乳糖醛酸甲酯,酯化程度大于50%为高酯果胶,低于50%为低酯果胶。由于果胶1,4β糖苷键结构在上消化道不吸收,而在结肠可被细菌分解的果胶酶水解,因此可作为结肠靶向递药载体。尤其是,水解后的果胶片断是galectin-3的良好配体,可明显抑制肿瘤转移。
果胶的结构模式:
Figure S2007100189916D00011
发明内容
本发明的目的旨在提供一种果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物及制备方法,该前体药物大大提高了5-FU的选择性,增强了疗效,减少了不良反应。
Figure S2007100189916D00021
果胶-5-FU前体药结构模式
果胶-5-FU前体药首先将5-FU靶向到结肠,通过结肠细菌酶水解果胶,实现结肠定位释放,使药物在结肠癌组织浓集;然后再通过结肠癌高表达的galactin-3识别5-FU-半乳糖苷,介导前体药物进入肿瘤细胞,实现结肠癌双靶向治疗。
本发明的技术方案涉及果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物的制备方法,其特征是:式I所示的化合物:
Figure S2007100189916D00022
果胶-5-FU前体药结构模式
上述结构为果胶与5-FU通过果胶6位羧基直接或以不同桥连基连接得到的结肠癌双靶向前体药物。
所述化合物中的结肠递药载体是果胶。
所述化合物是果胶-5-FU或果胶-R-5-FU,其中的R可用以下官能团替代:R=-CH2-,-CO-,-COCH2-,-CO(CH2)nCO-,n=1,2,3,4。
所述的果胶经过果胶酶(pH=4-5)水解或者通过甲醇皂化(1N NaOH,24小时),或者通过碱(pH=9-10)与酸(pH=3-5)水解,或者通过硼氢化钠还原,通过HPLC检测酯化度,使酯化度小于20%,醇沉、透析,获得目的分子量的含有半乳糖醛酸的果胶与5-FU直接连接或通过桥键连接。
所述目的分子量果胶的获得方法可通过凝胶层析或分子量截流。
所述的果胶同时作为结肠递药载体和结肠癌高表达的galectin-3的配体,呈现双靶向作用。
所述的药物化合物的合成方法是将5-FU直接与果胶的6位羧基成酰胺,或将果胶的6位羧基衍生化与5-FU成酰胺或成酯,或将5-FU衍生化与果胶的6位羧基成酯或成酰胺进行连接。
所述的成酯是通过酰氯法或者DCC法进行的,成酰胺是通过酰氯的氨解得到的。
本发明的特点:本发明以结肠癌高表达的galectin-3为指导,设计合成含有galectin-3配体半乳糖(半乳糖醛酸、半乳糖胺)结构的5-FU糖苷,同时以菌群触发型结肠定位递药系统理论为指导,选择半乳糖醛酸聚合物果胶,以不同桥连基合成果胶-R-5-FU前药。在上消化道,果胶-R-5-FU前药不能水解,到达结肠后可被肠道细菌酶水解释放出5-FU或5-FU-半乳糖,后者可作为galectin-3的寻靶器,实现结肠癌细胞的靶向。因此,以果胶做为5-FU的载体不仅可实现结肠定位释放,而且实现结肠癌细胞的双靶向作用。该药物可增加5-FU的治疗效果,提高选择性,减少剂量,降低毒副作用。此外,果胶的水解片段已被证明具有抗肿瘤转移作用,并具有一定的免疫调节作用,可与5-FU发挥协同抗肿瘤作用,并能降低5-FU的免疫抑制。本发明集中了递药、靶向与协同等药物设计理念,使该前体药物达到高效、低毒目的。
本发明较前一发明的优点在于:
1.果胶与5-FU的连接方式:
果胶的羧基与5-FU的N-1位直接相连,形成果胶-5-FU大分子糖苷(II),合成更为方便、价廉。原申请专利分子结构(I)为果胶分子的-OH通过桥健与5-FU结合(见下式结构比较)。
Figure S2007100189916D00041
前体药结构的比较
Figure S2007100189916D00042
2.5-FU与果胶的结合位点明确,结合位点在果胶半乳糖醛酸的6位羧基。原申请专利果胶与5-FU的结合位点是2位或3位羟基(见上式结构比较)。
3.载药量稳定。
4.细胞靶向作用更为明显,进入肿瘤细胞的5-FU糖苷所需要的时间比5-FU明显缩短(见附图1,2),细胞内药物停留时间明显延长(见附图3,4)。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。
图1是5-FU与SW-1116细胞孵育9h,细胞内5-FU含量(细胞数为1.3×105)示意图。
图2是前体药水解物与SW-1116细胞孵育9h,细胞内5-FU含量(细胞数为1.2×105)示意图。
图3是5-FU与SW-1116细胞孵育22h,细胞内5-FU含量(细胞数为1.2×105)示意图。
图4是前体药水解物与SW-1116细胞孵育23h,细胞内5-FU含量(细胞数为1.3×105)示意图。
具体实施方式
以下描述涉及本发明前体药的制备方法、结肠释药特性及高表达galectin-3的SW-1 116结肠癌细胞摄药,以及对结肠癌移植小鼠的治疗作用。需要说明的是本发明前体药的制备方法并不局限于以下述实施例。
实施例化合物的合成方法是将5-FU直接与果胶的6位羧基成酰胺,或将果胶的6位羧基衍生化与5-FU成酰胺或成酯,或将5-FU衍生化与果胶的6位羧基成酯或成酰胺进行连接。所述的成酯是通过酰氯法或者DCC法进行的,成酰胺是通过酰氯的氨解得到的。
结肠癌双靶向前体药物的制备方法是:
将果胶通过碱(pH=9-10)与酸(pH=3-5)水解后(实施例1),或者经过果胶酶(pH=4-5)水解后(实施例2),或者通过甲醇皂化(1N NaOH,24小时)(实施例3),或者通过硼氢化钠还原(实施例4),再通过HPLC检测酯化度,使酯化度小于30%,醇沉、透析,通过凝胶层析或分子量截流获得目的分子量的果胶与5-FU直接连接或通过桥键连接。
所述化合物的合成方法实施例1-4是将5-FU直接与水解果胶的羧基成酰胺,或者实施例5是将5-FU衍生化与果胶中的羧基成酰胺或成酯进行连接。
具体实施例如下:
实施例1
将15g果胶加3N NaOH的水溶液,37℃搅拌过夜,冷却至室温,乙醇沉淀,加入浓盐酸调pH值为3,37℃搅拌过夜,调pH值至中性,减压蒸除溶剂,浓缩混悬液加适量蒸馏水溶解,移至透析袋(截流分子量8000)内,以蒸馏水为透析外液,至透析内液颜色不再变化为止,浓缩后冷冻干燥24h,得13.6g浅棕色粉末;HPLC检测酯化度小于30%;称取0.5g改性果胶溶于20mL DMSO中,加DCC 0.25g和DAMP15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到如下产物;
Figure S2007100189916D00051
实施例2
取15g果胶在枸橼酸缓冲液(pH=4-5)中加入果胶酶,50℃搅拌4-6h,冷却至室温,减压蒸除溶剂,浓缩混悬液加适量蒸馏水至全溶,移至透析袋(截流分子量8000)内,以蒸馏水为透析外液,至透析内液颜色不再变化停止透析,浓缩后冷冻干燥24h,得13.6g浅棕色粉末。HPLC检测酯化度小于30%。称取0.5g改性果胶溶于20mLDMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物。
Figure S2007100189916D00061
实施例3
将15g果胶加2mol/L NaOH的甲醇溶液,强力搅拌,60-80℃加热回流4-6h,冷却至室温,加入浓盐酸调pH值为3,强力搅拌,50-70℃加热回流7-10h,减压蒸除溶剂,浓缩混悬液加适量蒸馏水至全溶,移至透析袋(截流分子量8000)内,以蒸馏水为透析外液,至透析内液颜色不再变化停止透析,浓缩后冷冻干燥24h,得13.6g浅棕色粉末。HPLC检测酯化度小于30%。称取0.5g改性果胶溶于20mLDMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物。
Figure S2007100189916D00062
实施例4
将2g果胶分批加入400mL 0.5M的HCl/咪唑溶液(pH=7),强力搅拌至溶液各相均匀,称取10g NaBH4少量多次加入到上述溶液中,室温下强力搅拌4h,加入25 mL乙酸终止反应,继续搅拌30min后加入足量无水乙醇出现胶状沉淀,过滤,60%乙醇和5%HCl洗涤沉淀2次,60%乙醇洗涤沉淀2次,5倍量无水乙醇再次沉淀,减压抽滤至干,60℃烘箱干燥过夜,得干燥粉末1.62g,为改性果胶。HPLC检测酯化度小于30%。称取0.5g改性果胶溶于20mL DMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物。
Figure S2007100189916D00071
实施例5
将0.78g 5-FU加入5ml六甲基硅烷胺中,升温至145℃,缓慢滴加三甲基氯硅烷,搅拌回流4h后,蒸出过量的六甲基硅烷胺,得无色透明2,4-二(三甲硅氧基)-5-氟尿嘧啶待用。将1.2g氨基丁酸加入二氯亚砜8ml,60℃搅拌回流3h后,减压蒸出过量的二氯亚砜,得氨基丁酰氯,用无水乙腈8ml溶解后,在N2保护下加入上述2,4-二(三甲硅氧基)-5-氟尿嘧啶中,并加入三乙胺1.68ml,75℃回流4h,减压蒸去溶剂后,得淡棕色固体,甲苯重结晶两次,得0.5g白色固体化合物(A),将白色固体化合物(A)0.5g溶于无水THF中,加入10%Pd-C,室温搅拌常压通氢24h后,过滤、减压浓缩得0.36g白色固体化合物(B)。取0.5g改性果胶溶于20mL DMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入白色固体化合物(B)1.8g,35℃搅拌48h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥。
Figure S2007100189916D00081
本发明不仅局限于说明书中所举的实施例,实施例仅限于举例说明。本发明的药物剂型可以是片剂、胶囊,供口服使用。
果胶5-FU前体药的药代动力学特性:
5-FU给大鼠口服后,主要分布在胃、小肠近端粘膜中,小肠远端、回盲部、结肠粘膜中分布较少(表1)。果胶5-FU前体药口服后,在大鼠胃、小肠近端粘膜中未检测到游离的5-FU/5-FU-半乳糖,但可在回盲部和结肠中测得,在血浆中有少量(表2)。表明果胶5-FU前体药主要在回肠和结肠释放,具有结肠靶向作用。
表1大鼠口服5-FU(22.5 mg/kg)后在胃肠道不同部位的分布(n=6,)
  时间(h)                                5-FU(μg/g粘膜)
  胃   小肠近端   小肠远端     回盲部   结肠
    12.53.54.56   3.04±0.491.97±0.311.12±0.460.97±0.230.63±0.31   1.75±0.240.64±0.420.53±0.320.42±0.910.37±0.05   0.42±0.210.43±0.240.62±0.120.35±0.210.31±0.09     ---0.37±0.120.42±0.210.37±0.120.21±0.11   ---0.25±0.120.4 1±0.240.56±0.060.17±0.04
    91215     0.33±0.180.06±0.03---     0.17±0.040.03±0.01---     0.17±0.060.07±0.04---     0.03±0.010.04±0.02---     0.08±0.050.05±0.02---
---表示未检测到
表2大鼠口服果胶-5-FU前体药(300mg/kg,相当于5-FU 22.5mg/kg)后5-FU//5-FU-半乳糖在胃肠道不同部位的分布(n=6,
Figure S2007100189916D00091
)
时间(h)                               5-FU(μg·mL-1)
    血浆     胃   小肠近端   小肠远端     回盲部     结肠
    123579122436     00000.72±0.3214.48±0.649.25±1.179.88±0.570     00000----     00000000-    0002.79±1.5311.37±3.8114.41±4.2700-     00010.48±5.45*50.33±7.98*35.19±11.84*30.43±12.59*2.24±1.63*0     00010.74±5.18*32.83±10.09*53.86±17.92*51.46±20.23*8.81±3.64*0
---表示未检测到
果胶5-FU前药经过果胶酶水解后与分别高表达galectin-3的SW-1116结肠癌细胞和低表达galectin-3的肺癌A549细胞孵育24小时,用HPLC检测细胞内药物量。结果表明,5-FU与细胞孵育12小时后,可在细胞内检测到药物浓度,22h后药物浓度达到高峰,30小时后细胞内药物开始减少。果胶5-FU前药经过果胶酶水解后,与SW-1116细胞孵育6h后,即可在细胞内检测到药物,15h后药物浓度达到高峰,继续孵育24h未见细胞内药物减少,以上结果说明,果胶5-FU前体药过果胶酶水解后,具有癌细胞靶向作用(见附图1-4)。
前体药的毒副作用:
采用7.5,22.5,67.5mg/kg/d的5-FU和载药量相当于5-FU药量的果胶5-FU前体药分别给予正常小鼠,每天一次,连续7天,连续观察14天。表3显示,果胶5-FU前体药明显降低了5-FU的毒性。
表3  5-FU和5-FU前体药对正常小鼠存活率的影响(n=10)
  5-FU(mg/kg/d)     小鼠存活率(%)
5-FU     果胶5-FU前体药
  7.5 100     100
  22.5     75     100
  67.5     10     100
采用22.5mg/kg/d 5-FU治疗结肠癌小鼠,其存活率(50%)明显低于相同剂量的果胶5-FU前体药(100%),而5-FU的疗效(35%)则明显低于5-FU前体药(81%)。查新表明,目前尚无同类药物问世。
果胶5-FU前药治疗结肠癌的作用:
采用SW-1116细胞悬液接种裸鼠,形成裸鼠结肠肿瘤,给予5-FU与果胶5-FU前体药治疗;1次/天,共7天,为一个疗程。结果表明5-FU前体药可明显降低小鼠死亡率,减少瘤重,5-FU前体药的剂量为5-FU的1/3时,其治疗作用相当于5-FU的治疗作用。5-FU前体药的剂量与5-FU向当时,则小鼠全体存活,肿瘤明显减小,毒副作用明显减轻。说明5-FU前体药治疗结肠癌的作用明显优于5-FU(表4)
表4果胶5-FU前药对裸鼠移植瘤治疗作用(n=10,
Figure S2007100189916D00101
)
    组别   药物剂量mg/kg/d     存活率   瘤重指数(mg/g)
    对照组模型组5-FU前药前药     0022.57.522.5     10/102/106/108/1 010/10     -4219±96.3238±103.1271±96.4119.7±82.2

Claims (5)

1.果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物,其特征是:果胶6位羧基与5-FU的N1位直接连接得到的结肠癌双靶向前药,其化合物表达式如下所示:
2.根据权利要求1所述的果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物的制备方法,其特征是:
将15g果胶加3N NaOH的水溶液,37℃搅拌过夜,冷却至室温,乙醇沉淀,加入浓盐酸调pH值为3,37℃搅拌过夜,调pH值至中性,减压蒸除溶剂,浓缩混悬液加适量蒸馏水溶解,移至透析袋内,截流分子量为8000,以蒸馏水为透析外液,至透析内液颜色不再变化停止透析,浓缩后冷冻干燥24h,得13.6g浅棕色粉末;HPLC检测酯化度小于30%;称取0.5g改性果胶溶于20mL DMSO中,加DCC 0.25g和DAMP15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物;
Figure FSB00000595735700012
3.根据权利要求1所述的果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物的制备方法,其特征是:取15g果胶在枸橼酸缓冲液pH=4-5中加入果胶酶,50℃搅拌4-6h,冷却至室温,减压蒸除溶剂,浓缩混悬液加适量蒸馏水至全溶,移至透析袋内,截流分子量为8000,以蒸馏水为透析外液,至透析内液颜色不再变化停止透析,浓缩后冷冻干燥24h,得13.6g浅棕色粉末;HPLC检测酯化度小于30%;称取0.5g改性果胶溶于20mLDMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物;
Figure FSB00000595735700021
4.根据权利要求1所述的果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物的制备方法,其特征是:将15g果胶加2mol/L NaOH的甲醇溶液,强力搅拌,60-80℃加热回流4-6h,冷却至室温,加入浓盐酸调pH值为3,强力搅拌,50-70℃加热回流7-10h,减压蒸除溶剂,浓缩混悬液加适量蒸馏水至全溶,移至透析袋内,截流分子量为8000,以蒸馏水为透析外液,至透析内液颜色不再变化停止透析,浓缩后冷冻干燥24h,得13.6g浅棕色粉末;HPLC检测酯化度小于30%;称取0.5g改性果胶溶于20mLDMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物;
Figure FSB00000595735700031
5.根据权利要求1所述的果胶-5-氟尿嘧啶结肠癌双靶向前体药物的制备方法,其特征是:将2g果胶分批加入400mL 0.5M的HCl/咪唑溶液pH=7,强力搅拌至溶液各相均匀,称取10gNaBH4少量多次加入到上述溶液中,室温下强力搅拌4h,加入25mL乙酸终止反应,继续搅拌30min后加入足量无水乙醇出现胶状沉淀,过滤,60%乙醇和5%HCl洗涤沉淀2次,60%乙醇洗涤沉淀2次,5倍量无水乙醇再次沉淀,减压抽滤至干,60℃烘箱干燥过夜,得干燥粉末1.62g,为改性果胶;HPLC检测酯化度小于30%;称取0.5g改性果胶溶于20mL DMSO中,加DCC 0.25g和DAMP 15mg,再加入5-FU 0.5g,40℃搅拌24h,反应结束后,反应物倾入乙醇中,胶状物析出,过滤,甲醇淋洗,真空干燥,得到产物:
Figure FSB00000595735700032
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