CN105440021A - 一种肺癌细胞靶向化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种肺癌细胞靶向化合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物及其制备方法和应用。该化合物的结构通式如式（I）所示：，式中，R1为烷基，R2、R3或R4为烷基或氢。本发明的化合物能够选择性进入肺癌活细胞，为肺癌细胞相关的病理学研究提供了简单有效直观的手段，也预示本发明所述香豆素咪唑鎓盐化合物在肺癌靶向研究中具有十分广泛的应用。而且，本发明的化合物双光子性能好、显色强、毒性低、靶向性高的特点，在肺癌的靶向药物、探针设计以及荧光生物标记领域具有潜在的应用价值。此外，制备该化合物的原料便宜易得、成本低廉、制备过程简单，适于大规模工业推广应用。

Description

一种肺癌细胞靶向化合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于分析及药物化学领域。更具体地，涉及一种肺癌细胞靶向化合物及其制备方法和应用。
背景技术
癌症是正严重危害人类生命，是仅次于心脑血管疾病的第二大杀手。根据《中国居民营养与慢性病状况报告(2015年)》，报告显示，十年来中国癌症发病率呈上升趋势，其中肺癌和乳腺癌分别位居男、女性发病首位。
在目前癌症治疗过程中，由于化疗药物的选择性差引起的毒副作用限制了其进一步的应用。近年来，肿瘤靶向治疗的进展随着分子生物学技术的发展和对发病机制从细胞、分子水平的进一步认识已经进入了一个全新的时代。
但是，为了实现药物的靶向性，针对某些特定细胞标志物的单克隆抗体通常被用作靶向基团，高昂的成本阻碍了此类药物的广泛应用。因此，寻找一种成本低廉、生物相容性好并且能够靶向某种特定癌细胞的小分子化合物，对该癌症的诊断与治疗具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有癌症尤其是肺癌治疗技术的缺陷和不足，提供一种肺癌细胞靶向的化合物，具体是一种肺癌线粒体靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物，该化合物能够选择性进入肺癌细胞，而且双光子性能好、显色强、毒性低、靶向性高的特点，在肺癌的药物和探针设计领域具有潜在的应用价值。
本发明的目的是提供一种肺癌细胞靶向化合物。
本发明另一目的是上述肺癌细胞靶向化合物的制备方法。
本发明的再一目的是提供上述肺癌细胞靶向化合物的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物，其结构通式如式（I）所示：
式中，R1为烷基，R2、R3或R4为烷基或氢。
优选地，该通式中，R1为1～6个C的烷基，R2、R3或R4为1～6个C的烷基或氢。
更优选地，R1为甲基，R2、R3或R4为氢。即所述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物为3-（（7-羟基-2-氧代-2H-色烯-4-基）甲基）-1-甲基-1H-咪唑-3-鎓氯化物。
本发明还提供了上述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物的制备方法，，概述如下：为增加生物相容性和强荧光，本发明在1-烷基咪唑的氮上引入7-羟基-4-氯甲基香豆素，生成相应的咪唑氯盐；然后在弱碱氧化银存在下脱掉氯化氢，生成强荧光的香豆素咪唑鎓盐，即为目标化合物。
上述咪唑鎓盐类化合物的制备方反应式如下：
具体地，作为一种优选的可实施方案，制备方法包括如下步骤：
S1.将化学计量比为1：3的7-羟基-4氯甲基香豆素和不同烷基取代的咪唑混合，在60～70℃的第一溶剂中反应24～48小时，冷却至室温，过滤，得白色固体，即得相应的咪唑氯盐；
S2.将化学计量比为2：1的咪唑氯盐和氧化银混合，在第二溶剂和第三溶剂的混合液中于室温避光反应24～48小时，反应结束后，硅藻土过滤，减压蒸馏浓缩溶剂，然后加入大量第四溶剂，有大量黄色固体析出，过滤，干燥，即得目标化合物；
其中，步骤S1所述第一溶剂为四氢呋喃；S2所述第二溶剂为二氯甲烷，第三溶剂为无水甲醇，第四溶剂为无水乙醚。
其中，优选地，步骤S1所述不同烷基取代的咪唑为1-甲基咪唑、1-乙基咪唑或1-丁基咪唑。
优选地，步骤S1中先将所述7-羟基-4氯甲基香豆素先溶于四氢呋喃，所述不同烷基取代的咪唑溶于THF溶液，再将两个溶液混合。
优选地，步骤S2中先将咪唑氯盐溶于二氯甲烷和甲醇的混合溶液中，再加入氧化银。
优选地，步骤S1所述7-羟基-4氯甲基香豆素和不同烷基取代的咪唑的化学计量比为1：3。
优选地，步骤S2所述于室温避光反应24小时。
优选地，步骤S1所述反应是在65℃反应48小时。
优选地，步骤S2所述咪唑氯盐和氧化银的化学计量比为2：1。
另外，上述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物在制备癌症活细胞特异性标记物中的应用，或在制备防治癌症细胞的药物中的应用，或在制备癌症细胞靶向药物、靶向分子或探针（如荧光探针）设计中的应用，以及，都应在本发明的保护范围之内。
优选地，所述癌症活细胞为肺癌细胞，所述癌症细胞为肺癌细胞。
更优选地，所述肺癌细胞为A549人肺癌细胞株。
本发明具有以下有益效果：
本发明的化合物能够选择性进入肺癌活细胞，为肺癌细胞相关的病理学研究提供了简单有效直观的手段，也预示本发明所述香豆素咪唑鎓盐化合物在肺癌靶向研究中具有十分广泛的应用。
而且，本发明的化合物双光子性能好、显色强、毒性低、靶向性高的特点，在肺癌的靶向药物、探针设计以及荧光生物标记领域具有潜在的应用价值。
此外，制备该化合物的原料便宜易得、成本低廉、制备过程简单，适于大规模工业推广应用。
附图说明
图1是本发明香豆素咪唑鎓盐化合物1对不同类型细胞的选择性。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1制备香豆素咪唑鎓盐化合物1
1、称取7-羟基-4-氯甲基香豆素（211mg，1mmol）溶于20mL四氢呋喃中，向其中加入含有1-甲基咪唑（246mg，3mmol）的THF溶液，于65℃回流反应48小时，反应过程中白色固体生成，反应结束后，冷却至室温，过滤，THF洗涤，干燥，得白色固体270mg，即为1-甲基咪唑氯盐（产率92.2%）。
核磁氢谱（300MHz,d6-DMSO,TMS）δ10.90(s,1H),9.25(s,1H),7.83(s,1H),7.78(s,1H),7.66(d,J=8.4Hz,1H),6.88(d,J=8.9Hz,1H),6.82(s,1H),5.79(s,1H),5.75(s,2H),3.89(s,3H)。核磁碳谱（75MHz,d6-DMSO，TMS）δ163.87，161.74，156.85，151.41，139.60，127.55，126.06，124.83，115.23，110.90，104.49，50.14，37.96。电喷雾质谱m/z（ESI-MS）257.0[M-Cl]+。元素分析：实验值C，55.82；H，4.67；N，9.18。拟合分子式C14H13ClN2O3·0.5H2O理论值：C，55.73；H，4.68；N，9.28。
2、称取1-甲基咪唑氯盐（293mg，1mmol）溶于20mL二氯甲烷和甲醇的混合溶液中，加入Ag2O（116mg，0.5mmol），室温避光反应24小时，反应结束后，硅藻土过滤，减压蒸馏浓缩至2mL左右，向其中加入20mL乙醚，有大量黄色固体析出，过滤，干燥，得黄色固体240mg（产率60.1%），该化合物命名为3-（（7-羟基-2-氧代-2H-色烯-4-基）甲基）-1-甲基-1H-咪唑-3-鎓氯化物。
核磁氢谱（300MHz,d6-DMSO,TMS）δ9.17(s,1H),7.80(s,1H),7.74(s,1H),7.14(d,J=9.0Hz,1H),6.05(dd,J=9.0,2.2Hz,1H),5.80(d,J=2.1Hz,1H),5.50(s,2H),4.99(s,1H),3.87(s,3H)。核磁碳谱（75MHz,d6-DMSO，TMS）δ177.47，163.41，159.51，150.97，139.35，125.91,124.99，120.67，105.11，103.31，101.06，50.28，37.88。元素分析：实验值C，55.90；H，5.43；N，9.19。拟合分子式C14H12N2O3·2.5H2O理论值：C，55.81；H，5.69；N，9.30。
实施例2制备香豆素咪唑鎓盐化合物2
1、称取7-羟基-4-氯甲基香豆素（211mg，1mmol）溶于20mL四氢呋喃中，向其中加入含有1-乙基咪唑（288mg，3mmol）的THF溶液，于65℃回流反应48小时，反应过程中白色固体生成，反应结束后，冷却至室温，过滤，THF洗涤，干燥，得白色固体257mg，即为1-乙基咪唑氯盐（产率83.1%）。
核磁氢谱（300MHz,d6-DMSO,TMS）δ11.04(s,1H),9.42(s,1H),7.92(s,1H),7.88(d,J=1.5Hz,1H),7.67(d,J=8.7Hz,1H),6.90(dd,J=8.7,2.3Hz,1H),6.84(d,J=2.3Hz,1H),5.80(s,1H),5.76(s,2H),4.23(q,J=7.3Hz,2H),1.44(t,J=7.3Hz,3H)。核磁碳谱（75MHz,d6-DMSO，TMS）δ163.90，161.74，156.86，151.25，138.80，127.54，125.01，124.54，115.24，111.29，110.80，104.51，50.18，46.41，16.62。电喷雾质谱m/z（ESI-MS）271.1[M-Cl]+。元素分析：实验值C，58.29；H，4.99；N，8.97。拟合分子式C15H15ClN2O3·0.2H2O理论值：C，58.05；H，5.00；N，9.03。
2、称取1-乙基咪唑氯盐（307mg，1mmol）溶于20mL二氯甲烷和甲醇的混合溶液中，加入Ag2O（116mg，0.5mmol），室温避光反应24小时，反应结束后，硅藻土过滤，减压蒸馏浓缩至2mL左右，向其中加入20mL乙醚，有大量黄色固体析出，过滤，干燥，得黄色固体272mg，即为化合物2（产率65.7%），该化合物命名为3-（（7-羟基-2-氧代-2H-色烯-4-基）甲基）-1-乙基-1H-咪唑-3-鎓氯化物。
核磁氢谱（300MHz,d6-DMSO,TMS）δ9.32(s,1H),7.87(d,J=1.5Hz,1H),7.85(d,J=1.5Hz,1H),7.22(d,J=9.0Hz,1H),6.19(dd,J=8.9,2.2Hz,1H),5.96(d,J=2.2Hz,1H),5.54(s,2H),5.11(s,1H),4.23(q,J=7.3Hz,2H),1.44(t,J=7.3Hz,3H)。核磁碳谱（75MHz,d6-DMSO，TMS）δ174.48，161.78，157.71，149.68，137.22，124.80，123.76，122.97，118.51，103.87–103.75(m),103.34，101.41，48.94，45.00，15.33。元素分析：实验值C，58.06；H，5.87；N，8.95。拟合分子式C15H14N2O3·2.2H2O理论值：C，58.13；H，5.98；N，9.04。
实施例3制备香豆素咪唑鎓盐化合物3
1、称取7-羟基-4-氯甲基香豆素（211mg，1mmol）溶于20mL四氢呋喃中，向其中加入含有1-丁基咪唑（373mg，3mmol）的THF溶液，于65℃回流反应48小时，反应过程中白色固体生成，反应结束后，冷却至室温，过滤，THF洗涤，干燥，得白色固体327mg，即为1-丁基咪唑氯盐（产率96.9%）。
核磁氢谱（300MHz,d6-DMSO,TMS）δ11.02(s,1H),9.42(s,1H),7.90(s,1H),7.89(d,J=1.6Hz,1H),7.65(d,J=8.7Hz,1H),6.89(dd,J=8.7,2.3Hz,1H),6.84(d,J=2.3Hz,1H),5.80(s,1H),5.76(s,2H),4.20(t,J=7.2Hz,2H),1.80(dt,J=14.7,7.4Hz,2H),1.25(td,J=14.7,7.3Hz,2H),0.90(t,J=7.3Hz,3H)。核磁碳谱（75MHz,d6-DMSO，TMS）δ163.98，161.74，156.85，151.19，139.09，127.49，125.06，124.82，115.25，111.33，110.73，104.51，50.74，50.21，32.94，20.63，15.08。电喷雾质谱m/z（ESI-MS）299.1[M-Cl]+。元素分析：实验值C，60.59；H，5.77；N，8.25。分子式C17H19ClN2O3理论值：C，60.99；H，5.72；N，8.37。
2、称取1-丁基咪唑氯盐（335mg，1mmol）溶于20mL二氯甲烷和甲醇的混合溶液中，加入Ag2O（116mg，0.5mmol），室温避光反应24小时，反应结束后，硅藻土过滤，减压蒸馏浓缩至2mL左右，向其中加入20mL乙醚，有大量黄色固体析出，过滤，干燥，得黄色固体277mg，即为化合物3（产率60.0%），该化合物命名为3-（（7-羟基-2-氧代-2H-色烯-4-基）甲基）-1-丁基-1H-咪唑-3-鎓氯化物。
核磁氢谱（300MHz,d6-DMSO,TMS）δ9.34(s,1H),7.86(s,1H),7.86(d,J=1.5Hz,1H),7.21(d,J=9.0Hz,1H),6.20(dd,J=8.9,2.2Hz,1H),5.99(d,J=2.2Hz,1H),5.54(s,2H),5.12(s,1H),4.20(t,J=7.1Hz,2H),1.78(dt,J=14.7,7.4Hz,2H),1.24(dq,J=14.6,7.3Hz,2H),0.89(t,J=7.3Hz,3H)。核磁碳谱（75MHz,d6-DMSO，TMS）δ174.18，161.70，157.67，149.64，137.53，124.82，123.80，123.28，118.35，103.64，103.16，101.75，49.34，49.16，31.61，19.25，13.69。元素分析：实验值C，61.74；H，6.31；N，8.52。拟合分子式C17H18N2O3·1.8H2O理论值：C，61.73；H，6.58；N，8.47。
实施例4香豆素咪唑鎓盐化合物的抗肿瘤活性及对肿瘤细胞的光毒性
1、本实施例对本发明制备的化合物1-3抗肿瘤活性进行评价
（1）以药物cisplatin为对照，分组情况如下：
对照组：药物cisplatin（顺铂）；实验组：（化合物1-3）香豆素咪唑鎓盐化合物。
（2）细胞毒性采用四唑盐（MTT）比色法测定，具体测定方法如下：
将细胞用质量体积比为0.25%的胰蛋白酶消化成单细胞悬液，采用血球计数板进行活细胞数记录，调整活细胞浓度为5×104/mL，接种于96孔培养板，每孔160μL，培养24h后，再分别加入不同浓度药物，置37℃，在含5%（体积浓度）CO2的培养箱中孵育48h，于结束前4h加入MTT20μL/孔，4h后弃上清液，加入DMSO150μL/孔，振荡10分钟左右，酶标仪测定OD值，波长设置为595nm，按下列公式计算存活率，同时作图并求得半数杀伤浓度（IC50），评价药物的细胞毒性。存活率%=加药孔平均OD值/对照孔平均OD值×100%。
（3）受试细胞株分别为HepG2（人肝癌细胞株）、HeLa（人宫颈癌细胞株）、A549（人肺癌细胞株）、A549R（耐顺铂人肺癌细胞株）、MCF-7（人乳腺癌细胞株）和LO2（人正常细胞株）。
（4）结果显示，实施例1-3制备所得化合物1-3对多种细胞株增殖的IC50值如表1所示。
表1化合物1-3对各种癌细胞的IC50值
表1的数据显示，本发明所述化合物对受试细胞株基本上无毒性，适合应用于活细胞。
2、本发明还研究了化合物1-3对肿瘤细胞的光毒性
光毒性实验过程与细胞毒性实验过程类似，区别在于在光毒性实验过程中，加入不同浓度药物12h后，将细胞于20mW/cm2、365nm下光照10分钟，后续处理与细胞毒性实验完全一致。
结果显示，本发明所得化合物1-3对多种细胞株增殖的光毒性如表2所示。
表2化合物1-3对各种细胞的光毒性
表2的数据显示，本发明所述化合物对受试细胞株基本上无光毒性，适合用于活细胞光成像。
实施例5香豆素咪唑鎓盐化合物1对不同种类细胞的选择性实验
1、通过激光共聚焦荧光显微镜测定本发明制备的化合物1对不同种类细胞的选择性，受试细胞株分别为：A549（人肺癌细胞株），MCF-7（人乳腺癌细胞株），SHG-44（人星形胶质细胞瘤细胞），ECV304（人脐静脉内皮细胞），ED25（人肝静脉内皮细胞），Ealy926（肠系膜下腔动脉血管内皮细胞）。
测定方法如下：
将不同种类的细胞用0.25%胰蛋白酶消化成单细胞悬液，采用血球计数板进行活细胞数记录，按照每孔约20万细胞接种于共聚焦培养皿中，培养24h后，加入50μM化合物1，于37℃在含5%（体积浓度）CO2的培养箱中共孵育1小时。然后吸取弃去旧培养基，用磷酸盐缓冲液（PBS）洗涤2次，加入1mLPBS，立即于仪器参数完全相同的激光共聚焦显微镜下观察。
2、观察结果，化合物1进入对不同种类细胞的共定位情况如附图1所示。结果表明，在同样实验条件下，化合物1能够选择性地进入A549细胞，显示强荧光，但是在其它类型的细胞，只有非常微弱的荧光，说明化合物可以选择性地靶向A549细胞。

Claims (10)

1.一种肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物，其特征在于，其结构通式如式（I）所示：
式中，R1为烷基，R2、R3或R4为烷基或氢。
2.根据权利要求1所述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物，其特征在于，R1为1～6个C的烷基，R2、R3或R4为1～6个C的烷基或氢。
3.根据权利要求1所述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物，其特征在于，R1为甲基，R2、R3和R4均为氢。
4.根据权利要求3所述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物，其特征在于，所述化合物是3-（（7-羟基-2-氧代-2H-色烯-4-基）甲基）-1-烷基-1H-咪唑-3-鎓氯化物。
5.权利要求1～4任一所述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将化学计量比为1：3的7-羟基-4氯甲基香豆素和不同烷基取代的咪唑混合，在60～70℃的第一溶剂中反应24～48小时，冷却至室温，过滤，得白色固体，即得咪唑氯盐；
S2.将化学计量比为2：1的咪唑氯盐和氧化银混合，在第二溶剂和第三溶剂的混合液中于室温避光反应24～48小时，反应结束后，硅藻土过滤，减压蒸馏浓缩溶剂，然后加入大量第四溶剂，有大量黄色固体析出，过滤，干燥，即得目标化合物；
其中，步骤S1所述第一溶剂为四氢呋喃；S2所述第二溶剂为二氯甲烷，第三溶剂为无水甲醇，第四溶剂为无水乙醚。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述不同烷基取代的咪唑为1-甲基咪唑、1-乙基咪唑或1-丁基咪唑。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤S1中先将所述7-羟基-4氯甲基香豆素先溶于四氢呋喃，所述不同烷基取代的咪唑溶于THF溶液，再将两个溶液混合；步骤S2中先将咪唑氯盐溶于二氯甲烷和甲醇的混合溶液中，再加入氧化银。
8.权利要求1～4任一所述肺癌细胞靶向的香豆素咪唑鎓盐化合物在制备癌症活细胞特异性标记物中的应用，或在制备防治癌症细胞的药物中的应用，或在制备癌症细胞靶向的药物或探针设计中的应用。
9.根据权利要求8所述应用，其特征在于，所述癌症活细胞为肺癌细胞，所述癌症细胞为肺癌细胞。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述肺癌细胞为A549人肺癌细胞株。
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