CN106177977B - 一种抗肿瘤药物三元偶联物及合成和应用 - Google Patents

一种抗肿瘤药物三元偶联物及合成和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一类抗肿瘤疏水药物的靶向传递系统，主要指含二硫键的不同链接桥连接的E选择素多肽配体‑聚乙二醇‑抗肿瘤药物偶联物，包括偶联物的合成、抗肿瘤活性评价、偶联物在水溶液中自聚为纳米粒子的粒径大小和形态特征，及其不同条件下抗肿瘤药物的释放情况。这些偶联物可通过E选择素肽配体主动靶向肿瘤部位血管，同时还可在水溶液中自聚为纳米粒子从而通过EPR效应被动靶向于肿瘤部位。结果显示这类化合物有着显著的抗肿瘤活性，而对正常细胞的毒性较小，且可抑制肿瘤细胞与血管内皮细胞的黏附从而具有抗肿瘤转移的潜力，在抗肿瘤药物开发应用方面具有广阔的前景。

Description

一种抗肿瘤药物三元偶联物及合成和应用
技术领域
本发明属于新化合物合成和药物应用领域，尤其是一种抗肿瘤药物三元偶联物及合成和应用，涉及一类新型谷胱甘肽敏感的两亲性E选择素多肽配体-聚乙二醇-羟基喜树碱偶联物的合成、评价及应用。
技术背景
E-选择素可特异性识别白细胞和肿瘤细胞表面的某些糖蛋白和糖脂分子的末端结构域，通过这种识别作用介导的E-选择素与白细胞或肿瘤细胞间的作用，可使白细胞或肿瘤细胞在内皮细胞黏附，继而随血流发生迁移，分别导致白细胞介导的促炎症反应和肿瘤细胞的扩散迁移。
E-选择素天然配体的结构特征仍未被完全阐明，有研究认为其特异性识别的天然配体可能包含糖类、肽类等多种结构类型，目前被广泛接受的E-选择素的主要天然配体结构为路易斯酸化的四聚糖结构sLex，理论上E-选择素的特异性配体可以作为靶向分子将其它抗肿瘤药物带到肿瘤部位，同时还可以发挥该配体对肿瘤细胞迁移的抑制作用，因此设计和合成E-选择素配体与抗肿瘤药物的偶联物有望达到肿瘤靶向和抑制肿瘤转移的双重作用。
纳米载体已经被广泛用于抗癌药物的转运来提高药物在水中溶解度和通过EPR效应提高肿瘤的被动靶向性，从而改善治疗效果。通常在高分子前药的制备中，常见的载体有右旋糖酐、血清蛋白、聚乙二醇等，其中聚乙二醇因其高亲水性、生物相容性好、无毒等优良特性，是FDA批准的可药用聚合物之一，它经常被应用于连接抗癌药物和治疗性蛋白，以提高药物的溶解度、生物利用度等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗肿瘤药物三元偶联物及合成和应用，具体涉及一种E选择素多肽配体-聚乙二醇—抗肿瘤药物三元偶联物的合成及应，将E选择素多肽配体、聚乙二醇以及疏水抗肿瘤药物三者有机偶联起来，提供一种新型抗肿瘤药物靶向递送系统，该系统可通过其结构上的两亲性在水溶液中自组装为纳米胶束，从而通过EPR效应实现被动靶向于肿瘤部位，同时利用E选择素配体将药物主动靶向于肿瘤新生血管。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
Figure BDA0001045883690000021
抗肿瘤药物三元偶联物结构IX中PP为E选择素多肽配体；m＝4-1200；n＝1-3。
Figure BDA0001045883690000022
抗肿瘤药物三元偶联物XII结构中PP为E选择素多肽配体；m＝4-1200；C1与C2原子可能相连，形成5-7元芳香环。
化合物IX的通用制备方法如下：
Figure BDA0001045883690000023
化合物XII的通用制备方法如下：
Figure BDA0001045883690000031
其中mPEG分子量从300～50000。E选择素肽配体PP可为已报道的肽类配体：IELLQAR、IDLMQAR、DITWDQLWDLMK、DITWDELWKIMN、RNMSWLELWEHMK、DLWDWVVGKPAG等，抗肿瘤药物包括：喜树碱、羟基喜树碱、SN-38等疏水性药物，R选自烷基，烷氧基，或者芳基，mPEG-E选择素肽配体的偶联物与喜树碱类抗肿瘤药物的偶联位点包括喜树碱类药物的10位或20位羟基等。
中间体VI的合成如下：
Figure BDA0001045883690000041
化合物IX和XII的体外抗肿瘤活性结果如表1所示。
表1体外抗肿瘤活性
Figure BDA0001045883690000042
表1结果表明，该类偶联物具有与HCPT相当的活性，抗肿瘤效果明显。
上述的抗肿瘤药物三元偶联物作为靶向药物递送系统的应用。
上述靶向药物递送系统为抗肿瘤药物递送系统。
上述系统通过其结构上的两亲性在水溶液中自组装为纳米胶束，从而通过EPR效应实现被动靶向于肿瘤部位。
上述的抗肿瘤药物三元偶联物作为制备治疗或抑制或抗肿瘤转移的药物的应用。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明所涉及的递药系统合成简便，适用于多种疏水性抗肿瘤药物。
2、本发明通过引入亲水端PEG，不但使偶联药物在水溶液中可自组装为纳米粒子，进而通过EPR效应来被动靶向于肿瘤部位，同时有望同时提高药物溶解 度、延长体内循环时间、改善生物利用度等。
3、本发明通过引入E选择素多肽配体，可使药物主动靶向于肿瘤部位新生血管，降低药物对正常组织毒性。另外，药物可同时对肿瘤新生血管及临近的肿瘤细胞发挥杀伤作用，有望获得更好地治疗效果。
4、本发明中E选择素多肽配体除了发挥肿瘤靶向作用以外，还可以抑制肿瘤细胞与血管内皮细胞之间的黏附作用，进而抑制肿瘤细胞的转移。
附图说明
图1化合物9的MALDI-TOF图谱；
图2为化合物9在氘代二甲基亚砜中的核磁氢谱图；
图3为化合物9在重水中的核磁氢谱图；
图4为化合物9体外抗THP-I与HUVECs(ATCC)的粘附实验结果。
具体的实施方式
为了理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明的目的在于将E选择素多肽配体、聚乙二醇以及疏水抗肿瘤药物三者有机偶联起来，提供一种新型抗肿瘤药物靶向递送系统，该系统可通过其结构上的两亲性在水溶液中自组装为纳米胶束，从而通过EPR效应实现被动靶向于肿瘤部位，同时利用E选择素配体将药物主动靶向于肿瘤新生血管，因为E选择素特异性的高表达于肿瘤新生血管内皮细胞。另一方面偶联物到达肿瘤部位后，本发明所设计的连接桥可被肿瘤细胞微环境中高浓度的谷胱甘肽(GSH)切断，释放出原药从而杀伤肿瘤新生血管内皮细胞和临近的肿瘤细胞，而E选择素配体还可通过与肿瘤细胞竞争结合E选择素从而阻断或抑制肿瘤细胞的迁移。综上，该靶向递药系统具有双重靶向机制(被动与主动靶向)、双重肿瘤杀伤机制(肿瘤新生血管和临近肿瘤细胞)以及双重治疗效果(抑制肿瘤生长和肿瘤转移)等优势，在疏水性抗肿瘤药物的新应用方面有着巨大的应用潜力。
一种抗肿瘤药物三元偶联物，其特征在于：所述三元偶联物为E选择素多肽配体-聚乙二醇-抗肿瘤药物，其中E选择素多肽配体为IELLQAR、IDLMQAR、DITWDQLWDLMK、DITWDELWKIMN、RNMSWLELWEHMK或DLWDWVVGKPAG，所述抗肿瘤药物包括：喜树碱、羟基喜树碱或SN-38，PEG-E选择素肽配体的偶联物与喜树碱类抗肿瘤药物的偶联位点包括喜树碱类药物的10位或20位羟基。
采用经典固相Fmoc策略，使用2-氯三苯甲基氯树脂(2-Chlorotrityl ChlorideResin)合成E选择素配体IELLQAR，并在其一端增加半胱氨酸(C)作为连接位点，获得八肽NH2-CIELLQAR-COOH。
偶联物IX和XII的合成方法基本一致，目标偶联物之一的结构示意：
Figure BDA0001045883690000061
在IX的一些实施方式中，所述制备方法包括以下步骤：
Figure BDA0001045883690000062
(e)HBTU,HOBT,DIEA；DMF；(f)Phenol,1,2-Ethanedithiol,Thioanisole,H2O,TFA.
Figure BDA0001045883690000063
试剂：(a)DCM；(b)EDCI,DMAP,DCM,DMF；(c)DCM.
(1)化合物1的合成
称取5g(2.5mmol)聚乙二醇单甲醚2000溶于15ml无水二氯甲烷中，冰浴下加入1.43g(7.5mmol)对甲基苯磺酰氯和2.1ml(15mmol)三乙胺，室温反应过夜。TLC检测反应完全，用二氯甲烷稀释反应液，加饱和氯化铵溶液萃取2次，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，乙醚重结晶得5.1g白色粉末，产率94％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ(ppm):7.78(d,J＝8.0Hz,2H),7.48(d,J＝8.0Hz,2H),4.11(t,J＝4.4Hz,2H),3.51(s,mPEG),3.24(s,3H),2.44(s,3H).
(2)化合物2的合成
称取10.2g(4.7mmol)化合物1溶于50ml无水N，N-二甲基甲酰胺中，冰浴下加入1.85g(28.2mmol)叠氮化钠，60℃反应24小时。TLC检测反应完全，用二氯甲烷稀释反应液，加水萃取3次，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，乙醚重结晶得8.6g白色粉末，产率89％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ(ppm):3.61(t,J＝5.2Hz,2H),3.52(s,mPEG),3.25(s,3H).
(3)化合物3的合成
称取3.8g(1.9mmol)化合物2溶于20ml四氢呋喃中，加入0.97g(3.8mmol)三苯基膦和1.7ml(95mmol)水，45℃反应过夜。TLC检测反应完全，用水稀释反应液，加乙酸乙酯萃取3次，收集水相，用二氯甲烷萃取6次，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，乙醚重结晶得3.2g白色粉末，产率85％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ(ppm):3.51(s,mPEG),3.24(s,3H).
(4)化合物4的合成
称取3.8g(1.9mmol)化合物3溶于16ml乙腈中，依次加入0.48g(4.8mmol)丁二酸酐，0.06g(0.5mmol)4-二甲氨基吡啶，0.95ml(5.7mmol)N，N-二异丙基乙胺，60℃反应2小时。TLC检测反应完全，用二氯甲烷稀释反应液，加饱和氯化铵溶液萃取3次，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，用二氯甲烷:甲醇＝100:1，200-300目硅胶柱层析纯化，再用乙醚重结晶得3g白色粉末，产率76％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ(ppm):12.05(s,1H),7.91(t,J＝5.6Hz,1H),3.51(s,mPEG),3.24(s,3H),3.20-3.16(m,2H),2.40(m,2H),2.31(m,2H).
(5)化合物5的合成
称取0.2g(0.17mmol)八肽-树脂溶于4ml N，N-二甲基甲酰胺中，依次加入1.42g(0.68mmol)化合物4，0.26g(0.68mmol)苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，0.09g(0.68mmol)1-羟基苯并三唑，0.2ml(1.4mmol)N，N-二异丙基乙胺，28℃反应2小时。用茚三酮反应法检测，树脂呈无色，反应完全。用N，N-二甲基甲酰胺，异丙醇，N，N-二甲基甲酰胺各10ml依次洗涤树脂5分钟并抽干，得化合物5。
(6)化合物6的合成
裂解液的配制:
苯酚：乙二硫醇：苯甲硫醚：水：三氟乙酸＝5：5：2.5：5：82.5(V/V)
称取0.68g(0.58mmol)化合物5，冰浴加入6ml裂解液中，30℃反应2小时。将反应液滤入冷乙醚中，冷藏过夜。离心，所得固体用乙醚洗3次，氩气吹干，得50mg白色粉末，产率40％。
(7)化合物7的合成
称取6.2g(28.2mmol)2,2'-二硫二吡啶溶于20ml二氯甲烷中，称0.42ml(9.4mmol)巯基丙酸溶于60ml二氯甲烷中，冰浴下滴加到2,2'-二硫二吡啶溶液中，滴加完后反应液用二氯甲烷稀释，加水萃取6次，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，用石油醚:乙酸乙酯＝3:1，100％乙酸乙酯，200-300目硅胶柱层析纯化，得1.3g粉末，产率64％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):10.54(s,1H),8.47(t,J＝1.2Hz,1H),7.65(m,2H),7.16-7.12(dd,1H),3.05(t,J＝6.8Hz,2H),2.79(t,J＝6.8Hz,2H).
(8)化合物8的合成
称取0.3g(0.8mmol)10-羟基喜树碱溶于10mlN，N-二甲基甲酰胺中，依次加入0.27g(1.2mmol)化合物7，0.17g(1.4mmol)4-二甲氨基吡啶，0.36ml(2mmol)N，N-二异丙基乙胺，称取0.3g(1.6mmol)1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶于10ml二氯甲烷中，并将其滴加到体系中，室温反应2.5小时。用二氯 甲烷稀释反应液，加饱和氯化铵溶液萃取，合并有机相，再加饱和碳酸氢钠溶液萃取，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，用二氯甲烷:甲醇＝75:1，200-300目硅胶柱层析纯化，再用石油醚重结晶得0.3g白色粉末,产率68％。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ(ppm):8.69(s,1H),8.54-8.49(m,1H),8.22(d,J＝9.1Hz,1H),7.90(d,J＝2.5Hz,1H),7.87–7.80(m,2H),7.69-7.64(m,1H),7.36(s,1H),7.30-7.25(m,1H),6.57(s,1H),5.44(s,2H),5.30(s,2H),3.24(t,J＝7.0Hz,2H),3.13(t,J＝6.4Hz,2H),1.94–1.81(m,2H),0.89(t,J＝7.2Hz,3H).
(9)化合物9的合成
称取0.14g(0.25mmol)化合物8溶于2.5ml无水二氯甲烷中，称取0.15g(0.05mmol)化合物6溶于50ml无水二氯甲烷中，冰浴下将其滴入化合物8中。滴加完后旋干二氯甲烷，加水溶解，加乙酸乙酯萃取，收集水相，用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干二氯甲烷，用葡聚糖凝胶柱纯化，冷冻干燥，得50mg淡黄色粉末，产率30％，HPLC检测纯度为95％。MALDI-TOF结果显示符合理论分子量范围，图谱如图1所示。
化合物9的核磁氢谱如图2和图3所示，可以发现，在水溶液中，HCPT的信号消失，这是因为这类化合物为两亲性结构，在水溶液中，该结构可自聚为纳米胶束，将疏水性结构包裹于内部。该结果与我们前期对PEG与HCPT偶联物的研究结果一致。PEG与HCPT的偶联物同样存在该现象，且经动态光散射和透射电镜确认其可形成200nm左右的纳米球或纳米棒。
如图4所示，化合物9在体外也表现出明显的抗E选择素介导的细胞黏附作用，说明偶联物同样具有E选择素结合作用。
一、抗肿瘤活性测定方法
1、溶液的配制：
DMEM low glucose培养液的配制：购买HyClone MEM low glucose培养基，每瓶500mL，加入10％的胎牛血清和1％的青链霉素溶液，即每瓶培养基加入50mL的胎牛血清和5mL的青链霉素，培养基的配置在超净工作台中进行，后放置冰箱4℃保存。
DMEM/F-12培养液的配制：购买HyClone MEM/F-12培养基，每瓶500mL，加入10％的胎牛血清和1％的青链霉素溶液，即每瓶培养基加入50mL的胎牛血清和5mL的青链霉素，培养基的配置在超净工作台中进行，后放置冰箱4℃保存。
PBS缓冲液的配制：在1000mL锥形瓶中，称取氯化钠8g，氯化钾0.2g，十二水合磷酸氢二钠2.9g，磷酸二氢钾0.2g，加入800mL纯净水充分搅拌溶解后定容至1000mL，高压灭菌后放置冰箱4℃保存。
MTT溶液的配制：称取MTT干粉0.5g，溶于100mL PBS缓冲液中，用0.22μM滤膜过滤除菌后，放置冰箱-12℃保存。
2、抗肿瘤活性测定的具体步骤：
本发明抗肿瘤活性测定所用3种肿瘤细胞：人肝癌细胞(HepG2)、白血病细胞(K562)和人结肠癌细胞(HCT116)。
利用人肝癌细胞HepG2活性测试
HepG2细胞使用的培养液为含1％的青霉素-链霉素溶液，10％的胎牛血清的DMEM细胞培养液，培养条件为37℃、含5％CO2的恒温培养箱。具体步骤：
(1)用血球计数板对细胞进行计数后，用DMEM low glucose培养液将其稀释至5x104个/mL；
(2)在96孔板的每个孔里加入100μL细胞悬液吹打混匀，培养箱37℃温育24h；
(3)将所要测试化合物稀释至5种浓度：2mM,0.2mM,20μM,2μM,0.2μM，按照浓度依次加药0.5μL/孔，培养箱37℃温育48h；
(4)加入浓度为5mg/mL的MTT，培养箱37℃温育4h；
(5)加DMSO将细胞溶解，酶标仪测定在490nm和630nm下的OD值；
(6)处理数据，根据OD值计算IC50值。
利用人白血病细胞K562活性测试
K562细胞使用的培养液为含1％的青霉素-链霉素溶液，10％的胎牛血清的RPMI1640细胞培养液，培养条件为37℃、含5％CO2的恒温培养箱。具体步骤：
(1)用血球计数板对细胞进行计数后，用RPMI培养液将其稀释至5x104个/mL；
(2)在96孔板的每个孔里加入100μL细胞悬液，培养箱37℃温育2h；
(3)将所要测试化合物稀释至5种浓度：2mM,0.2mM,20μM,2μM,0.2μM，按照浓度依次加药0.5μL/孔，培养箱37℃温育48h；
(4)加入浓度为5mg/mL的MTT，培养箱37℃温育4小时；
(5)加异丙醇与盐酸裂解液，酶标仪测定在570nm和630nm下的OD值；
(6)处理数据，根据OD值计算IC50值。
利用人结肠癌细胞HCT116活性测试
HCT116细胞使用的培养液为含1％的青霉素-链霉素溶液，10％的胎牛血清的DMEM/F-12细胞培养液，培养条件为37℃、含5％CO2的恒温培养箱。具体步骤：
(1)用血球计数板对细胞进行计数后，用DMEM/F-12培养液将其稀释至5x104个/mL；
(2)在96孔板的每个孔里加入100μL细胞悬液吹打混匀，培养箱37℃温育24h；
(3)将所要测试化合物稀释至5种浓度：2mM,0.2mM,20μM,2μM,0.2μM，按照 浓度依次加药0.5μL/孔，培养箱37℃温育48h；
(4)加入浓度为5mg/mL的MTT，培养箱37℃温育4h；
(5)加DMSO将细胞溶解，酶标仪测定在490nm和630nm下的OD值；
(6)处理数据，根据OD值计算IC50值。
二、化合物抗人急性单核细胞白血病细胞与内皮细胞的粘附实验测定方法
内皮细胞HUVEC细胞株和人急性单核细胞白血病细胞系THP-Ⅰ均购买于ATCC，于37℃，5％CO2饱和湿度的培养中培养，培养基分别为10％胎牛血清，100μg/mL青霉素和100μg/mL链霉素的RPMI 1640和F-12，实验所用为对数生长期细胞。
多聚赖氨酸(20μg/ml)(上海源叶生物科技有限公司)包被黑色96孔细胞培养板(Corning Incorporated costar 3603)，37℃孵育12h。内皮细胞HUVEC以5×107cell/well的浓度接种于黑色96孔细胞培养板，37℃孵育36h后，移去细胞培养板中的培养基，实验组加入含有20ng/ml TNF-α的F-12培养基，对照组加入未添加TNF-α的F-12培养基，37℃孵育6h使其表达E-selectin。同时，收集对数生长期的人急性单核细胞白血病细胞THP-Ⅰ(1×107cell/well)，1000rpm/min,离心5min。加入5ml PBS清洗，1000rpm/min，离心5min，弃上清，加入100μl 1640培养基吹悬，加入20μM钙黄绿素Calcein AM(Life technologies)，避光，37℃孵育45min后，1000rpm/min，离心5min，弃上清，加入1ml PBS清洗，1000rpm/min，离心5min，弃上清，加入1640培养基将沉淀吹悬到所需体积，以1×107cell/well的密度接种于加有HUVEC细胞的96孔细胞培养板中后立即加入不同年浓度的候选化合物，每个浓度设置三个重复孔，对照组只加入缓冲液，37℃避光孵育30min后加入PBS清洗细胞培养板三次以去除未与HUVEC细胞结合的THP-Ⅰ细胞。每孔加入100μl透膜液(BIOSHARP)，用Synergy 4多功能微孔板检测仪(Biotek)测荧光(Ex，485nm；Em，528nm)。候选化合物的黏附抑制作用与荧光强度成反比例关系，荧光值越低，说明化合物的黏附抑制效果越强。

Claims (1)

1.一种抗肿瘤药物三元偶联物，其特征在于：结构式如下
Figure FDF0000009064120000011
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