CN110156816B - 一种四氢吡唑并哌嗪类化合物及其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四氢吡唑并哌嗪类小分子化合物，具体涉及该四氢吡唑并哌嗪类化合物及其制备方法以及该化合物的应用。该化合物为(R)‑6‑甲基‑3‑(4‑(异丙基磺酰基)苯基)‑1H‑吡咯并[2,3‑b]吡啶)‑4,5,6,7‑四氢吡唑并[1,5‑a]哌嗪。本发明提供的这种四氢吡唑并哌嗪类化合物的合成方法克服了合成条件困难、产率较低的缺点，为新型吡唑并哌嗪类衍生物的合成提供了参考。本发明提供的小分子化合物能抑制人乳腺癌细胞的增殖，可与阿霉素联合用于人乳腺癌治疗药物的制备。

Description

一种四氢吡唑并哌嗪类化合物及其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种四氢吡唑并哌嗪类小分子化合物，具体涉及该四氢吡唑并哌嗪类化合物及其制备方法，以及该化合物与抗肿瘤药物联合用于人乳腺癌治疗药物的制备。
背景技术
恶性肿瘤是一种严重威胁人类健康的常见病和多发病，是引起死亡的主要原因之一。目前临床应用最多的肿瘤治疗手段化疗，是利用细胞毒性药物杀死肿瘤细胞、抑制肿瘤细胞的生长繁殖和促进肿瘤细胞分化的一种治疗方式，它是一种全身性治疗手段,对原发灶、转移灶和亚临床转移灶均有治疗作用。但是，化疗治疗肿瘤在杀伤肿瘤细胞的同时，也会将正常细胞和免疫细胞一同杀灭，因此一般用于对其他治疗方案无效或不适合手术和初期放疗的病人。蒽环类抗肿瘤药物是近30年来研究较多、发展较快的一类抗癌药物，而阿霉素是其中最常用、最重要的抗肿瘤药物之一。阿霉素是从波赛链霉菌变种链霉菌的发酵液中提取的一种糖苷类抗生素。阿霉素与柔红霉素在结构上十分相似，柔红霉素14位碳上的氢原子被羟基取代即可得阿霉素，因此，也可由柔红霉素经化学合成制得。阿霉素是细胞周期非特异性药，细胞毒性作用可发生在各期细胞，其中S期细胞对其最敏感。阿霉素抗肿瘤谱广、疗效好，广泛用于治疗各种癌症,但该药毒性较大,长期应用可发生剂量依赖性的不可逆性心肌病变,引起严重的心脏毒性和肝脏损害，这使其在临床的应用受到一定限制，所以希望开发一种新的低毒性的小分子化合物取代阿霉素，或者与阿霉素联合使用从而减少阿霉素的用量，从而能更好的杀死肿瘤细胞同时降低副作用。
而吡唑并哌嗪类化合物生成焓高、热稳定性好，是富氮杂环化合物的理想结构单元，为很多药物的重要组成部分，吡唑并哌嗪类化合物与传统的有机药物相比，具有更好的氮平衡对称结构。在有机合成中引入哌嗪环，作为药物的增效基团，可以改善药物的药代动力学性质，提高药物的生物活性，而广泛应用于抗菌、抗氧化、抗肿瘤、抗精神病、抑制心血管、抗糖尿病、治疗阿尔茨海默病等。而且吡唑并哌嗪类药物大多具有作用起效快、副反应小、毒性低、等特点。在过去的几十年间，现有技术中已经报道了一些哌嗪类化合物吡唑并哌嗪类化合物的合成工艺，例如：Paul A Barsanti等(Barsanti P A,Aversa R J,Jin X,et al.Structure-Based Drug Design of Novel Potent and SelectiveTetrahydropyrazolo[1,5-a]pyrazines as ATR Inhibitors[J].ACS MedicinalChemistry Letters,2015,6(1):37-41.)；Jaclyn L.Henderson等(Henderson J L,Mcdermott S M,Buchwald S L.Palladium-Catalyzed Amination of Unprotected Halo-7-azaindoles[J].Organic Letters,2011,2011(03):0317-0317.)，反应条件需要微波反应和高压等条件，反应条件比较苛刻、产率较低，工业化生产不成熟。
因此，针对阿霉素在临床上毒性较大，长期应用可发生剂量依赖性的不可逆性心肌病变，引起严重的心脏毒性和肝脏损伤，吡唑并哌嗪类化合物合成条件苛刻、产率较低、不适合工业化生产的缺点。本发明提供了一种四氢吡唑并哌嗪类化合物，以及一种合成路线简单、产率较高的该四氢吡唑并哌嗪类化合物的合成路线，而且本发明提供的这种四氢吡唑并哌嗪类化合物在和阿霉素联合使用时具有很好的协同抑制人乳腺癌细胞的作用。
发明内容
为达到上述目的，本发明提供了一种四氢吡唑并哌嗪类化合物，该化合物具有式I的结构：
Figure BDA0002067096960000021
本发明还提供了一种上述的四氢吡唑并哌嗪类化合物的制备方法，该化合物具有式I的结构，通过图1的反应路线制备路线。
其中，该方法包含具体以下步骤：
步骤1：以化合物1(3-醛基-4-溴吡唑)和化合物2((R)-2-(苄基氨基)丙-1-醇)为底物，甲醇为反应溶剂，在室温下加入三乙酰氧基硼氢化钠，化合物1、化合物2和三乙酰氧基硼氢化钠的摩尔比为1:1.2:3，在室温下反应3h后将反应混合物用水稀释，用乙酸乙酯萃取三次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤并减压浓缩后经硅胶柱上纯化，得到化合物3((R)-2-(苄基((4-溴-1H-吡唑-5-基)甲基)氨基)丙-1-醇)。
步骤2：以化合物3((R)-2-(苄基((4-溴-1H-吡唑-5-基)甲基)氨基)丙-1-醇)为底物，二氯甲烷为反应溶剂，在室温下逐滴加入SOCl2，化合物3与SOCl2的摩尔比为1:4，在室温下反应6h后将反应混合物减压浓缩并在高真空下干燥，然后向浓缩的反应混合物中加入N,N-二甲基甲酰胺溶液，在0℃下缓慢加入氢化钠，化合物3与氢化钠的摩尔比为1:1.5，在0℃下反应1h，然后用乙酸乙酯稀释，有机相用盐水萃取并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后得到化合物4((R)-5-苄基-3-溴-6-甲基-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)。
步骤3：以化合物4((R)-5-苄基-3-溴-6-甲基-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)和化合物5(4-(异丙基磺酰基)苯基硼酸)为底物，以1,4二氧六元环溶液和2mol/L K2CO3溶液的混合溶液为反应溶剂(体积比为5:2)，以PdCl2为催化剂，化合物4、化合物5与PdCl2的摩尔比为10:12:1，在110℃和氮气条件下回流反应12h，然后用乙酸乙酯和水萃取后经硅胶柱纯化得到化合物6((R)-5-苄基-6-甲基-3-(4-(异丙基基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)；柱分离溶剂为含25％乙酸乙酯的石油醚，以体积百分数计。
步骤4：以化合物6((R)-5-苄基-6-甲基-3-(4-(异丙基基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)和甲酸铵为底物，Pd/C为催化剂，甲醇为反应溶剂，化合物6、甲酸铵和Pd/C的摩尔比为1:4:1，在90℃氮气条件下反应4h，反应混合物经过减压浓缩、硅胶柱纯化后得到化合物7；柱分离溶剂为4％甲醇的二氯甲烷溶液，以体积百分数计。
步骤5：以化合物7((R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)和化合物8(4-溴-1-对甲苯磺酰基-7-氮杂吲哚)为底物，RuPhospalladacycle和DavePhos为催化剂，化合物7、化合物8、RuPhos palladacycle和DavePho的摩尔比为10:15:1:1，以1,4-二氧六元环为反应溶剂，在85℃和氮气条件下反应16h，反应混合物用乙酸乙酯和水萃取后经硅胶柱纯化得到化合物9((R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-5-(1-甲苯磺酰基-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)；柱分离溶剂为2％甲醇的二氯甲烷溶液，以体积百分数计。
步骤6：以化合物9((R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-5-(1-甲苯磺酰基-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪)为底物，以四氢呋喃溶液为反应溶剂，在室温下滴加10mol/L的氢氧化钠溶液，化合物9与氢氧化钠的摩尔比为1:14，在60℃的条件下反应14h，反应混合物用乙酸乙酯和水萃取后经硅胶柱纯化后得到最终产物化合物Ⅰ，其中文名为(R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪。
上述方法中化合物Ⅰ的粗产物是通过硅胶柱色谱纯化分离得到提纯的化合物Ⅰ，其中柱分离的洗脱剂为含5％甲醇的二氯甲烷溶液(以体积百分数计)。
本发明还提供了一种上述全新设计合成出来的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ的用途，该化合物本身对人乳腺癌MCF-7细胞有一定的抑制作用，其IC50为496μM。而且本发明还将该化合物与阿霉素联用，具有明显协同抑制人乳腺癌细胞的作用。单独使用阿霉素抑制人乳腺癌细胞的IC50为30.368μM，该化合物Ⅰ与阿霉素摩尔比为1:1时IC50降低到18.632μM，两者具有明显的抑制人乳腺癌细胞协同作用；通过固定阿霉素为50μM，以阿霉素与化合物Ⅰ的摩尔比分别为1:1、1:2、1:3、1:3.5、1:4、1:5处理人乳腺癌细胞，得到其最佳协同摩尔比为1:3.5，在最佳协同摩尔比下两者联合使用对人乳腺癌细胞的IC50为13μM。。本发明提供的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ本身对细胞的毒性作用较低，但能够与常见的化疗药物阿霉素联用产生协同作用，更好地杀死人乳腺癌细胞，并能够减少化疗药物的使用、减少毒副作用，为抗乳腺癌药物的制备提供了新的方案。
附图说明
图1是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ的合成路线图。
图2是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ的氢核磁共振谱图。
图3是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ的碳核磁共振谱图。
图4是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ的质谱图。
图5是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ与阿霉素单独作用及以摩尔比1:1联用作用于人乳腺癌细胞(MCF-7)的结果图。本发明中给药组单独用四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ连续孵育MCF-7细胞48h后，其IC50为496μM；在200μM时只能杀死19％的MCF-7细胞。单独使用阿霉素连续孵育MCF-7细胞48h后，其IC50为30.368μM；当化合物Ⅰ与阿霉素的摩尔比为1:1时，两者联用的IC50为18.632μM，两者有明显的协同抑制人乳腺癌细胞作用。
图6是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ与阿霉素不同摩尔比(固定阿霉素)作用于MCF-7细胞的协同作用结果图。当固定阿霉素的用量为50μM时，阿霉素：化合物Ⅰ摩尔比分别以1:1、1:2、1:3、1:3.5、1:4、1:5的比例孵育MCF-7细胞48h，当阿霉素：化合物Ⅰ＝1：3.5时抑制MCF-7细胞的增殖最好，细胞存活率只有17.97％。
图7是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ与阿霉素在最佳协同摩尔比1:3.5时对MCF-7细胞的抑制结果图。当固定阿霉素与化合物Ⅰ的摩尔比为1:3.5时，设置阿霉素与化合物Ⅰ的总摩尔浓度分别为4.5mM、9mM、18mM、36mM、72mM，分别孵育MCF-7细胞48h后，在两者的总摩尔浓度达到18mM时，人乳腺癌MCF-7细胞的存活率只有45％，阿霉素与化合物Ⅰ在最佳协同作用摩尔比为1:3.5下联合使用对MCF-7细胞的IC50为13mM。
图8是本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ与阿霉素单独作用及先后作用于MCF-7细胞的结果图。在本发明中给药组分别设为阿霉素孵育48h后再用阿霉素孵育48h、阿霉素孵育48h后再用培养基孵育48h、化合物Ⅰ孵育48h后再用化合物Ⅰ孵育48h、化合物Ⅰ孵育48h后再用培养基孵育48h、阿霉素孵育48h后再用化合物Ⅰ孵育48h、化合物Ⅰ孵育48h后再用阿霉素孵育48h，结果显示在用化合物Ⅰ连续孵育96h对MCF-7细胞的抑制效果较弱，在200μM的时候只能杀死38％的MCF-7细胞；而在化合物Ⅰ(50μM)先孵育48h然后孵育阿霉素(50μM)48h时，能杀死55％的MCF-7细胞；而在先孵育阿霉素(50μM)48h然后孵育化合物Ⅰ(50μM)48h时，能杀死65％的MCF-7细胞。结果表明化合物Ⅰ本身对于细胞的杀伤(毒性)作用较弱，但能够有效阻止MCF-7细胞的修复从而更有效地协同杀死MCF-7细胞。
具体实施方式：
以下结合附图通过具体的实施例对本发明作进一步描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
将3-醛基-4-溴吡唑(875mg，5mmol)和(R)-2-(苄基氨基)丙-1-醇(996mg，6mmol)分别加入到甲醇(20mL)溶液中，然后向反应混合物中加入三乙酰氧基硼氢化钠(3.18g，15mmol)，在室温下反应3h，将反应混合物用水稀释，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后经硅胶柱纯化后得到产物(R)-2-(苄基((4-溴-1H-吡唑-5-基)甲基)氨基)丙-1-醇(1.13g，收率为70％)。
将(R)-2-(苄基((4-溴-1H-吡唑-5-基)甲基)氨基)丙-1-醇(1.13g，3.5mmol)加入到二氯甲烷溶液(15mL)中，在室温下逐滴加入SOCl2(1.4mL，14mmol)，在室温下反应6h，将反应混合物减压浓缩并在真空下干燥，将浓缩的反应混合物溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液(10mL)中，在0℃下缓慢加入氢化钠(210mmg，5.25mmol)，在0℃下反应1h，然后用乙酸乙酯稀释反应混合物，用盐水萃取3次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后经硅胶柱纯化得到最终产物(R)-5-苄基-3-溴-6-甲基-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(694mg，收率为65％)。
将(R)-5-苄基-3-溴-6-甲基-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(694mg，2.275mmol)加入到4-(异丙基磺酰基)苯基硼酸(615mg，2.73mmol)的1,4-二氧六元环溶液(15mL)中，氮气条件下加入PdCl2(166mg，0.2275mmol)和2mol/L K2CO3(0.45mL，5.625mmol)水溶液，在110℃和氮气条件下回流反应12h，反应混合物用水稀释，然后用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后经硅胶柱纯化得到产物(R)-5-苄基-6-甲基-3-(4-(异丙基基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(634mg，收率为68％)。
将甲酸铵(392.6mg，6.2mmol)和Pd/C(331.5mg，3.1mmol)在氮气条件下加入到(R)-5-苄基-6-甲基-3-(4-(异丙基基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(634mg，1.55mmol)的甲醇溶液(15mL)中，在90℃和氮气条件下反应4h，然后向反应混合物加水冷却，过滤反应混合物，然后用乙酸乙酯萃取三次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后经硅胶柱纯化得到产物(R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(307mg，收率为62％)。
将(R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(307mg，0.96mmol)、4-溴-1-对甲苯磺酰基-7-氮杂吲哚(505mg，1.44mmol)、RuPhospalladacycle(72mg，0.096mmol)和DavePhos(38mg，0.096mmol)在氮气条件下分别加入到1,4-二氧六元环溶液中(15mL)，在85℃和氮气条件下反应16h后加水冷却至室温，然后用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后经硅胶柱纯化得到产物(R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-5-(1-甲苯磺酰基-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶-4-基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(271mg，收率为48％)。
将(R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-5-(1-甲苯磺酰基-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶-4-基)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(271mg，0.46mmol)加入到四氢呋喃(10mL)的溶液中，在室温下加入10mol/L的氢氧化钠溶液(0.644mL，6.44mmol)，在60℃的条件下反应14小时后，用水稀释反应混合物，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相并用无水Na2SO4干燥，有机相过滤、减压浓缩后经硅胶柱纯化得到化合物Ⅰ(R)-6-甲基-3-(4-(异丙基磺酰基)苯基)-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶)-4,5,6,7-四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪(122mg，0.28mmol，收率为61％)，即终产物化合物Ⅰ，为淡黄色粉末。该化合物Ⅰ经氢核磁共振谱图验证(图2)，1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ11.95(s,1H),8.20(d,J＝5.5Hz,1H),7.96(s,2H),7.89(s,1H),7.61(s,2H),7.32(d,J＝3.5Hz,1H),6.53(d,J＝2.6Hz,2H),5.30(s,1H),5.01(d,J＝5.8Hz,1H),4.92(s,1H),4.61–4.58(m,1H),4.32(s,1H),3.27–3.23(m,1H),1.35(s,6H)。该化合物Ⅰ经碳核磁共振谱分析(图3)，13C NMR(101MHz,CDCl3)δ150.42,149.34,143.77,138.51,138.22,134.15,132.70,129.89,126.53,122.96,116.36,110.74,102.55,99.57,67.07,55.69,53.47,52.57,50.19,42.15,15.81,15.81,14.54。该化合物Ⅰ经质谱分析(图4)，MS(ES+)m/z：435.97/436.97[M+H]+。
本发明首先用设计合成的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ单独处理人乳腺癌MCF-7细胞，然后用阿霉素处理MCF-7细胞，再固定阿霉素的量，用阿霉素与化合物Ⅰ的摩尔比分别为1:1、1:2、1:3、1:3.5、1:4、1:5的比例处理MCF-7细胞。
化合物Ⅰ和阿霉素抑制人乳腺癌细胞(MCF-7)增殖实验
(1)细胞收集
a.人乳腺癌细胞株MCF-7(南京军区总医院)用完全培养基(含有10％体积胎牛血清和1％体积青霉素-链霉素双抗的DMEM培养基)在37℃，5％CO2条件下培养48小时后，显微镜观察细胞生长状态，待细胞融汇度达到80％-90％后从孵箱取出；
b.用移液枪吸出培养基，用PBS缓冲液洗涤细胞一次，吸出PBS，向培养皿中加入1mL预热至室温的胰酶消化液，37℃孵箱消化2分钟；
c.加入5mL预热至37℃的完全培养基终止消化，并用移液枪反复轻柔吹打培养皿底，使细胞脱落形成细胞悬液；
d.将细胞悬液转入15mL离心管中，并用培养基补齐至10mL，用离心机以1000rpm转速离心5min后吸出上清，加入10mL完全培养基重悬细胞。
(2)细胞铺板
a.取96孔板一块，空出四周的36个孔，在中央的60个孔中各加入100μL上述细胞悬液；
b.将接种好细胞的96孔板放回37℃孵箱继续培养过夜使细胞贴壁。
(3)加药处理
a.精密称量本发明合成的化合物Ⅰ后用二甲基亚砜(DMSO)配制成100μM的药物母液，并用完全培养基(含有10％体积胎牛血清和1％体积青链双抗的DMEM培养基)稀释；
b.将以上稀释后的药液按照每孔100μL的剂量加入到对应的细胞接种孔中，每个浓度设置3个复孔(此时各孔中化合物Ⅰ的终浓度为10、20、50、100、200μM)，同时设置阴性对照组(加入体积分数0.1％的二甲基亚砜完全培养基溶液)和空白对照组(不含细胞和药液)；
c.加药后充分振摇孔板，使药液充分混匀，放回37℃孵箱继续培养48h。
(4)细胞增殖活力检测
a.向各孔加入10μL CCK-8溶液，充分振摇孔板后放回37℃孵箱继续培养2h；
b.用酶标仪在450nm波长处读取各孔OD值；
c.计算化合物1、阿霉素、化合物Ⅰ：阿霉素(摩尔比1:1)联用处理条件下的IC50。
本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ和阿霉素单独处理人乳腺癌细胞(MCF-7)的IC50分别为496mM和30.368mM；用本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ与阿霉素等摩尔浓度联合处理MCF-7细胞，发现化合物Ⅰ与阿霉素摩尔比为1:1时IC50降低到18.632μM(图5)。固定阿霉素的量，用阿霉素与化合物Ⅰ的摩尔比分别为1:1、1:2、1:3、1:3.5、1:4、1:5的比例处理MCF-7细胞，发现其最佳协同摩尔比为1:3.5(图6)；在阿霉素与化合物Ⅰ的摩尔比为1:3.5时，两者联合处理MCF-7细胞，发现在最佳协同摩尔比下两者联合使用对MCF-7细胞的IC50为13mM(图7)；本发明的四氢吡唑并哌嗪类化合物Ⅰ与阿霉素单独作用及先后作用于MCF-7细胞表明其本身对于细胞的杀伤(毒性)作用较弱，但能够有效阻止MCF-7细胞的修复从而更有效地协同杀死MCF-7细胞(图8)。

Claims (1)

1.一种四氢吡唑并哌嗪类化合物的用途，其特征在于，用于制备抗乳腺癌的药物组合物，其中所述药物组合为所述四氢吡唑并哌嗪类化合物与阿霉素的组合，所述四氢吡唑并哌嗪类化合物为（R）-6-甲基-3-（4-（异丙基磺酰基）苯基）-1H-吡咯并[2,3-b]吡啶）-4,5,6,7- 四氢吡唑并[1,5-a]哌嗪，其结构如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
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