Raf和HDAC小分子双重抑制剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及药物化学领域,具体涉及可作为Raf和HDAC的双重抑制剂的小分子有机化合物或其药学上可接受的盐及其制备方法,还涉及包含该抑制剂或其药学上可接受盐的药用组合物,以及该抑制剂或其药学上可接受盐及其药用组合物的医疗用途,尤其涉及在预防、延缓或治疗Raf或HDAC单独或两者同时参与介导的疾病,特别是肿瘤的药物中的用途。
背景技术
Ras/Raf/MAPKs(mitogen-activated protein kinases)信号转导通路存在于大多数细胞内,在将细胞外刺激信号转导至细胞及其核内,引起细胞生物学反应(如细胞增殖、分化、转化及凋亡等)的过程中具有至关重要的作用。
目前已知,所有真核细胞中均存在Raf/MEK/ERK这一转导通路,通过通路中Ras、Raf、MEK及ERK等激酶的特异性级联磷酸化将信号由细胞外传入细胞核内。Raf为该通路中的一个关键激酶,可通过依赖或不依赖Ras的方式发挥其信号转导调节作用。作为Raf激酶的下游底物,激活的MEK磷酸化ERK,而ERK通过作用多种底物以调节细胞功能。一旦该通路发生过度激活,引起的细胞增殖的加速与细胞生存期的延长可导致肿瘤的形成及发展。
研究发现,包括VEGF、PDGF-β、表皮生长因子(EGF)及转化生长因子-α(TGF-α)等多种生长因子一旦与其同源受体结合以后,即可通过受体酪氨酸激酶自体磷酸化的方式激活Raf/MEK/ERK通路。此外,作为该通路的上游基因,ras基因在多种肿瘤中发生突变,可直接参与Raf/MEK/ERK通路的激活过程(Schulze A,Lehmann K,Jefferies HB,et al.Genes Dev,2001,15:981-994;Downward J.Nat Rev Cancer,2003,3:11-22)。
Raf激酶的三种亚型包括Raf-1(C-Raf)、A-Raf和B-Raf,各亚型间具有较高的序列相似性,与细胞增殖、分化、生存、附着及血管生成的调节密切相关。迄今已发现的Raf激酶在肿瘤中的异常激活主要涉及B-Raf与Raf-1。B-Raf基因的突变在许多人类肿瘤中被检测到,包括超过60%的恶性黑色素瘤和40-70%的甲状腺乳突瘤(Kimura ET,Nikiforova MN,Zhu Z,et al.Cancer Res.2003,63:1454-1457)。B-Raf最常见的突变为600位的缬氨酸的突变,这会导致加强B-Raf激酶活性的活性环区发生假磷酸化变异。Raf-1激酶在生物过程中除了传递增殖信号外,大量的证据显示,此激酶还能调控细胞的存活及血管的生成,例如在内皮细胞中,当DNA破坏型药物产生凋亡效应时,血管内皮生长因子能通过Raf-1激酶传递信号保护细胞。与此相似,基础纤维原细胞生长因子也能通过Raf-1激酶传递信号,防止死亡受体诱导的细胞死亡。SiRNA的研究进一步证实了Raf激酶在肿瘤细胞抵御细胞凋亡中的重要作用。Raf-1的SiRNA能在体内和体外诱导HUVEC,MDA-MB-435及C6细胞凋亡而抑制细胞的增殖。B-Raf的SiRNA能够阻断ERK的活性抑制DNA的合成并诱导细胞凋亡(Leng Q,Mixson AJ.Cancer Gene Ther.2005,12:682-690)。
肿瘤转移亦与Raf激酶相关。目前已知50%的转移性肿瘤存在ras基因的突变,进而通过Raf/MEK/ERK通路发挥作用。动物研究结果显示:转染了突变ras基因的肿瘤细胞较易发生转移,该过程伴有Raf-1的激活,而正常ras基因的肿瘤细胞则无此现象(Webb CP,Van AelstL,WiglerMH,et al.Proc Natl Acad Sci USA,1998,95:8773-8778.)。针对恶性黑色素瘤和乳头状甲状腺癌的研究同样发现:B-Raf的激活与肿瘤的高转移性相关(Vasko V,Hu S,Wu G,et al.JClin Endocrinol Metab,2005,90:5265-5269)。
除了可能参与肿瘤形成外,Raf与新生血管的生成也密切相关。动物实验发现,缺乏B-Raf与Raf-1基因的小鼠会在胚胎期间死于血管形成障碍(Mikula M,Schreiber M,Husak Z,et al.EMBO J,2001,20:1952-1962)。血管生长因子如VEGF与基本纤维母细胞生长因子(bFGF)均可通过对于Raf-1的磷酸化来抑制血管内皮细胞的凋亡,前者需要MEK/ERK通路的参与,而后者则为直接作用(Alavi A,Hood JD,Frausto R,et al.Science,2003,301:94-96)。
在药物研发方面,靶向Raf的抑制剂已经取得了较大成功,已有多种结构类型的抑制剂被报道。Onyx(Emeryville,CA,USA)与Bayer(Leverkusen,Germany)合作研发了双芳基脲类Raf抑制剂Sorafenib,于2005年12月作为肾癌的治疗药物首次上市,成为第一个临床应用的Raf激酶抑制剂。Sorafenib还是一个广谱抗肿瘤药物,其对黑色素瘤、肝癌、非小细胞肺癌等肿瘤细胞作用的研究也进入了三期临床阶段。
综上所述,Raf激酶不但参与了肿瘤的形成及发展,且与肿瘤新生血管的生成密切相关,其抑制剂表现出较好的肿瘤治疗效果。因此,抑制Raf激酶成为靶向治疗肿瘤的有效途径之一。
基因转录的有序调控是机体细胞维持正常功能的前提,如果基因转录调控功能紊乱,细胞则可能发生癌变。组蛋白乙酰化酶(histone acetylation,HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)是真核细胞中控制染色质中组蛋白尾部乙酰化水平的两个家族,核心组蛋白氨基末端尾部包含的赖氨酸残基,是HAT和HDAC乙酰化和去乙酰化底物,赖氨酸残基的ε-氨基的乙酰化和去乙酰化,代表控制基因表达的主要分子表观遗传机制。HAT催化乙酰辅酶A上的乙酰基转移到组蛋白N-末端赖氨酸残基,中和正电荷,使DNA与组蛋白之间的相互作用减弱,染色体呈转录活性的松散状态,有利于转录因子与DNA结合。HDAC与HAT活性竞争,催化组蛋白赖氨酸残基的去乙酰化,使组蛋白带正电荷,与带负电荷的DNA紧密结合,导致染色体结构聚集和基因转录抑制。HDAC和HAT的动态平衡对真核细胞中基因转录和基因表达有准确的调节作用,而两者的不平衡带来细胞增殖和分化的失调,容易引发肿瘤并对肿瘤发展起到促进作用(Glozak MA,Seto E.Oncogene,2007,26:5420-5432;MottetD,Castronovo V.Clin Exp Metastasis,2008,25:183-189)。
HDAC通过移去乙酰基,使组蛋白去乙酰化,染色质处于一种紧密的超螺旋结构,基因表达受到抑制。通过抑制HDAC,某些重要基因得以转录,可以退出细胞周期,促进细胞分化,以及诱导细胞凋亡。因而通过抑制HDAC活性,阻碍组蛋白的去乙酰化,可使组蛋白的高度乙酰化,使染色体处于松散状态,促进转录因子和DNA结合,从而使被抑制的基因能够表达,诱导肿瘤细胞的分化,提高放化疗的敏感性,发挥治疗肿瘤的作用。
通过对进入临床研究阶段的HDAC抑制剂与其他作用机制的抗肿瘤药物联合使用的研究发现,HDAC抑制剂能够增加肿瘤细胞对化疗药物、干扰素、放射治疗以及免疫调节剂的敏感度,将表现遗传调控机制的药物与其他作用机制的抗肿瘤药物联合使用是肿瘤治疗的新趋势。因此,HDAC抑制剂的相关研究已经成为抗肿瘤药物研究的非常活跃的一个领域。目前,FDA已经批准了首个HDAC抑制剂Zolinza(SAHA)上市,用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤。此外,还有10余种HDAC抑制剂,已经进入临床研究的不同阶段。
HDAC的催化区由390个氨基酸残基组成,其活性区域为一个底部较宽的弯曲管状口袋,通过电荷传递移去乙酰基,其中一个重要部分是口袋底部的锌结合位点,对该位点的锌离子进行螯合是目前HDAC抑制剂作用机制中的一个重要因素,如异羟肟酸衍生物(包括SAHA)、环肽类抑制剂、短链脂肪酸类、吡啶氨基甲酸盐衍生物、苯甲酰胺衍生物及甲基酮类化合物等。这些化合物通常含有极性末端,与催化口袋的锌离子螯合,其他部分通过活性位点的连接单元发挥作用,占据酶的活性区,阻止底物靠近锌离子从而抑制了HDAC的活性。由于现有的抑制剂均含有可与锌离子螯合的结构,而HDAC具有不同的亚型且体内的蛋白酶等也含有锌等金属离子,因此目前HDAC抑制剂的选择性尚不充分。避免和锌离子直接螯合且能区分不同HDAC亚型的新型抑制剂是目前靶向HDAC的抑制剂研究的热点方向。
发明内容
本发明通过计算机辅助药物设计手段及经典药物化学原理研究了Raf和HDAC与各自抑制剂作用的结构特点,设计并合成了一类脲类化合物,生物活性测试的结果表明该类化合物对Raf和HDAC均具有较好的体外抑制活性,同时对肿瘤细胞株也表现一定的抗增殖活性。
因此,本发明的目的在于,提供具有Raf和HDAC的双重抑制活性的小分子有机化合物或其药学上可接受的盐。
本发明的另一目的是提供上述化合物的制备方法。
本发明的又一目的是提供包含上述化合物或其药学上可接受的盐的药物组合物。
本发明的还一目的在于,提供上述化合物或其药学上可接受盐及其药用组合物的医疗用途,尤其是在预防、延缓或治疗Raf或HDAC单独或两者同时参与介导的疾病,特别是肿瘤的药物中的用途。
为实现上述目的,本发明提供具有通式I所示结构的化合物或其药学上可接受的盐:
其中,X代表取代苯基,取代基选自氢、卤素、全卤代、硝基、腈基或卤代C1-10烷基,取代基优选自氢、卤素、三氟甲基或甲基。
根据本发明,药学上可接受的盐包括通式I化合物与下列酸形成的酸加成盐:盐酸、氢溴酸、硫酸、磷酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸、丙酮酸、乙酸、马来酸或苯磺酸、琥珀酸、富马酸、水杨酸、苯基乙酸、杏仁酸。
上述通式的化合物优选的是具有结构式II或III的化合物:
本发明还提供了一种上述化合物的制备方法:
其中X的定义同前。
本发明化合物都可以用上述或类似上述的制备方法制备得到,根据取代基的不同和取代基位置的不同选用相应的原料即可。以上反应的反应时间根据反应物而定,一般以TLC跟踪检测反应的完成程度,反应完毕后通常采用的后处理方法包括抽滤、浓缩反应液除尽溶剂、重结晶、萃取、柱层析分离等。产物结构由核磁共振谱图、红外光谱谱图和质谱谱图来检测确定。
生物活性测试结果表明,本发明所提供化合物具有Raf和HDAC双重抑制效果,同时对肿瘤细胞株的生长有一定的抑制作用。本发明化合物可用于治疗各种实质性器官癌,其中包括黑色素瘤、肝癌、肾癌、肺癌、前列腺癌、甲状腺癌、皮肤癌、结肠直肠癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌、睾丸癌、骨癌、脑癌、食管癌、胃肠道癌、软组织瘤、血癌、淋巴癌等,其中可以是由Raf或HDAC单独或两者共同介导的癌症,也可以是不依赖于上述机制的癌症。因此,本发明提出,本发明化合物可用于抗癌药物的制备。
部分化合物的药理活性试验如下:
一、Raf抑制活性测试
本发明化合物在体外对Raf的抑制活性。
以荧光共振能量转移(fluoresence resonance energy transfer,FRET)测试化合物在体外对Raf激酶的抑制活性。c-raf(active)、MEK1(inactive)、ERK2(inactive)、ERK2肽底物、ERK2磷酸肽底物、Development Reagent A、Stop Reagent等购自Invitrogen公司;Tris、MgCl
2、DTT、Glycerol、BSA、
X-100、HEPES、BRIJ-35、EGTA等购自SIGMA公司。
测试时,Raf、MEK1、ERK2用激酶稀释液(含20mM Tris(pH 7.5),0.05%
X-100,10%Glycerol,1mM DTT,0.1mg/mL BSA)稀释至合适浓度后使用。激酶反应总体积为10μL,反应混合物中含0.002ng raf、10ng MEK1、100ng ERK2、2μM ERK2肽底物、50mM HEPES(pH 7.5)、0.01%BRIJ-35、10mM MgCl
2和1mM EGTA。ERK2磷酸肽底物用作100%磷酸化对照,不加ATP用作0%磷酸化对照。室温下反应1h后,向反应体系中加入5μL适度稀释的Development Reagent A。室温下继续反应1h,加入Stop Reagent中止反应。激发波长400nm,同时检测波长为445nM(香豆素荧光波长)和520nM(荧光素荧光波长)的荧光强度。
受试化合物抑制率=1-受试化合物组的磷酸化率/磷酸化对照组的磷酸化率,其中磷酸化率=1-((emission ratio*F100%-C100%)/(C0%-C100%+emission ratio*(F100%-F0%)),Emission Ratio=香豆素的荧光信号强度/荧光素的荧光信号强度,C100%=磷酸化对照组的香豆素荧光信号强度的平均值,C0%=0%磷酸化对照组的香豆素荧光信号强度的平均值,F100%=磷酸化对照组的荧光素荧光信号强度的平均值,F0%=0%磷酸化对照组的荧光素荧光信号强度的平均值。
结果如下表所示:
其中化合物II、III对应的化学结构式同前。
二、HDAC抑制活性测试
本发明化合物在体外对HDAC的抑制活性。
采用ELISA酶联免疫测试化合物在体外对HDAC的抑制活性。EpiQuikTM HDACActivity/Inhibition Assay Kit购自Epigentek公司,其中还包含下述试剂,H1(10x washbuffer),H2(HDAC assay buffer),H3(biotinylated HDAC substrate),H4(HDAC inhibitor,0.5mM),H5(HDAC standard,20μg/ml),H6(capture antibody 100μg/ml),H7(detectionantibody 200μg/ml),H8(developing solution)和H9(stop solution)。细胞核蛋白和细胞浆蛋白抽提试剂盒由碧云天生物技术研究所提供,其中包含细胞蛋白抽提试剂A和细胞蛋白抽提试剂B。PBS由下述方法配制:0.2g KCL,0.2g KH2PO4,8.0g NaCL,2.0gNa2HPO4.12H2O依次溶解在三蒸水中,待前一个完全溶解后加下一成分,最后用水补足到1000mL。
用含10%小牛血清的RPMI1640培养液培养HELA细胞株,每隔3-4天用新鲜的含10%小牛血清的RPMI1640培养液换液,当细胞长到全部细胞培养瓶80%以上时传代。提取HELA细胞核蛋白时,首先用PBS清洗一遍细胞,以细胞刮刀刮下细胞,并用移液器吹打下细胞,离心收集上清,留下细胞沉淀备用。每20微升细胞沉淀加入200μL的添加了苯甲基磺酰氟(PMSF)细胞蛋白抽提试剂A,(对于二百万个HELA细胞其体积大约为20μL。),高速涡旋5秒后,把细胞沉淀完全悬浮并分散开,冰浴5-10分钟,加入细胞浆蛋白抽提试剂B10微升,高速涡旋5秒钟后,冰浴1分钟,高速剧烈涡旋5秒后,4℃,12000-16000g离心5分钟。对于沉淀,完全吸尽残余的上清后,加入50μL的添加了PMSF的细胞核蛋白抽提试剂A,高速剧烈涡旋15-30秒,把细胞完全悬浮并分散开,然后放回冰中,每隔1-2分钟再高速剧烈涡旋15-30秒,共30分钟,4℃,12000-16000g,离心10分钟。立即吸取上清至一预冷的塑料管中,即为抽提得到的细胞核蛋白,可立即使用,也可-70℃保存。
测试活性时,用三蒸水将H1稀释10倍,调节PH到7.2-7.5。用H1将H3以1∶50的比例稀释,向96孔板的孔中加入50μL。用H1梯度稀释H5后在分别每个孔中加入1μL HELA细胞核蛋白提取物后,用封口膜密封所有孔后,室温孵化45分钟。吸出液体后用150μL的H1洗两遍,加入30μL的H2后37℃孵化45分钟。吸出液体后用150μL的H1洗三遍。用H1将H6以1∶100的比例稀释到1μg/mL,每孔加入H6 50μL室温摇床孵化1个小时。吸出液体后用150μL的H1洗四遍。用H1将H7以1∶100的比例稀释到0.2μg/mL,每孔加入50μL室温孵化半个小时。吸出液体后用150μL的H1洗五遍。每孔加入H8 100μL,室温孵化5分钟。待孔中溶液呈现蓝色,每孔加入H9 50μL,使用酶标仪在450nm处测试吸光度。每个化合物均以DMSO配制为0.01mmol/l、0.001mmol/L和0.0001mmol/l等三个浓度的溶液,每一浓度的下化合物重复三次测试。受试化合物的抑制率=(1-OD(inhibitorsample-blank)/OD(no inhibitor sample-blank))×100%。受试化合物的IC50在Excel中以浓度和对应抑制率,经非线性回归拟合而得。
结果如下表所示:
三、体外肿瘤细胞抑制活性测试
本发明化合物在体外对肿瘤细胞株的抑制活性。
采用四甲基偶氮唑盐(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)比色法测试本发明化合物对体外肿瘤细胞增殖的抑制活性,所选细胞株为人肺癌细胞A549,人低分化胃腺癌细胞BGC-823,人肝癌细胞SMMC-7721和人早幼粒细胞白血病细胞HL-60,阳性对照药为阿霉素和羟基喜树碱。
测试时,取处于指数生长期、状态良好的细胞一瓶,加入浓度为0.25%的胰蛋白酶消化液,消化使贴壁细胞脱落,计数2~4×104个/ml,制成细胞悬液。取细胞悬液接种于96孔板上,180μl/孔,置恒温CO2培养箱中培养24h。然后换液,加入受试药物,20μl/孔,培养48h。将MTT加入96孔板中,20μl/孔,培养箱中反应4h。吸去上清液,加入DMSO,150μl/孔,平板摇床上振摇10min。
用酶联免疫检测仪在波长为570nm处测定每孔的光密度(OD值),细胞抑制率=(阴性对照组OD值-受试物组OD值)/阴性对照组OD值×100%。
结果如下表所示:
具体实施方式
下述制备例中,熔点用b形熔点管测定,介质为浓硫酸,温度计未校正;IR谱用NicoletImpact 410型红外光谱仪测定,KBr压片;1HNMR用JEOL FX90Q型傅立叶变换核磁共振仪、BRUKER ACF-300型核磁共振仪和BRUKER AM-500型核磁共振仪完成(TMS内标);MS用Nicolet 2000型傅立叶变换质谱仪和MAT-212型质谱仪测定。薄层色谱所用硅胶为青岛海洋化工有限公司生产的GF254薄层色谱硅胶;柱色谱所用硅胶为青岛海浪硅胶干燥剂厂生产,规格为160~200目。所用化学试剂均为分析纯或化学纯。
实施例1:
将5-氯-2-硝基-苯甲酸100g(0.5mol),SOCl2 200ml,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)2ml依次加入反应瓶,回流5小时,反应液变澄清,稍冷,减压蒸去过量SOCl2,剩余液体冷却固化,得粗品101g,收率98.3%,未经纯化直接用于下一步反应。
将化合物2粗品加入干燥二氧六环500ml溶解,0~5℃通入甲胺气体,至混合物pH为碱性。室温反应1小时。浓缩至约150ml,倾入冰水中,待产物析出后抽滤,烘干,用乙酸乙酯重结晶,得到淡黄色晶体(化合物3)87g,收率82%,MP:134~136℃。
50ml三颈瓶中,加入对氨基酚0.96g(8.8mmol),干燥DMF(用分子筛干燥)15ml,氮气保护下加入叔丁醇钾1.03g(9.2mmol),室温搅拌2h。再加入化合物3 1.5g(7.0mmol),无水碳酸钾0.8g(8.0mmol),加热到80℃,反应6小时,冷却至室温,倒入100ml饱和食盐水中。用乙酸乙酯100ml×3萃取,水相用乙酸乙酯提取一次,合并有机层,用无水硫酸镁干燥。柱层析,展开体系:乙酸乙酯-石油醚(V∶V=1∶2),得到化合物4 1.25g,收率62%。MP:147~148℃。
在反应瓶中加入对4-氯-3-三氟甲基-苯胺0.254g(1.3mmol)与CH2Cl2 4ml,氮气保护。溶解后,加入CDI 0.316g(2.0mmol),常温下反应16h后,滴加化合物40.5g(1.7mmol),继续搅拌18h,有类白色沉淀析出。抽滤后,滤饼用CH2Cl2 6ml×2洗涤。真空干燥,得产物。产物用THF重结晶,得到化合物50.39g,收率50%。MP:234~235℃。
反应瓶中加入化合物5 150mg,还原铁粉500mg,氯化铵400mg,THF2ml,水0.5ml,缓慢升温至75℃,TLC检测,三小时后反应完全,加入5ml乙酸乙酯,抽滤,得滤液。分液,水相用乙酸乙酯提取三次。有机相用无水硫酸镁干燥。抽滤,浓缩滤液得粗品133mg,柱层析分离纯化得精品(化合物II)118mg,收率84%。
1HNMR[DMSO-d6]数据:δ2.70(d,J=4.5,3H,H-17,CH3),6.97(d,J=2.7Hz,1H,13-H),7.10(d,J=2.7Hz,1H,12-H),7.14,7.58(AA’BB’,q,J=8.9Hz,4H,H-5、6、7、8,芳氢),7.63(s,1H,9-H,芳氢),7.66(m,1H,3-H,芳氢)8.08(s,1H,4-H,芳氢),8.12(s,1H,2-H,芳氢),8.52(q,1H,NHCH3),8.76(s,1H,脲基氢),9.11(s,1H,脲基氢)。
IR(KBr,cm-1)数据:3394,3338,3294,3136,3078,2947,2881,2569,1706,1635,1602,1554,1487,1419,1332,1311,1274,1224,1174,1130,1033,933,883,821,682,536,511,437。
MS(m/z)数据:509[M+H]+。
实施例2
用类似于实施例1的方法制备得到本实施例的最终产物,即化合物III,化合物III的部分检测数据如下:
1HNMR[DMSO-d6]:δ2.21(s,6H,AR-CH3),2.69(d,J=4.5,3H,N-CH3),3.29(s,2H,NH2),6.59(s,1H,芳氢),6.72(d,J=2.7Hz,1H,芳氢),6.82,7.37(AA’BB’,q,J=8.9Hz,4H,芳氢),6.89(m,1H,芳氢)7.05(s,2H,芳氢),7.40(s,1H,芳氢),8.18(q,1H,NHCH3),8.40(s,1H,脲基氢),8.51(s,1H,脲基氢)。
IR(KBr,cm-1)数据:3469,3386,3311,2916,1641,1558,1502,1417,1294,1224,1155,935,842,635,516。
MS(m/z)数据:452[M+H]+。