CN110831605A - 多靶标的核苷衍生物 - Google Patents

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Abstract

公开了多靶标的嘧啶核苷氨基甲酸酯，其在碱基部分和糖部分均取代有氟原子(参见式I)，其中R是直链或支链的烷基(C1‑7)；R'是H、羟基保护基；R”是H、磷酸酯、氨基酸烷基(C1‑7)酯氨基磷酸或二氨基磷酸。所公开的化合物是以提供细胞内代谢物的结构组分的新组合为特征的氟嘧啶前药，该细胞内代谢物能够1)抑制DNA合成和适当功能所需的几种细胞酶，和2)通过错误掺入至DNA而引起DNA损伤。通过以不同作用机理作用于多个靶标，式I化合物降低了产生耐药性的可能性，耐药性是使用基于核苷的抗癌药和抗病毒药的主要缺点。

Description

多靶标的核苷衍生物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月26日提交的美国临时申请第62/490,212号的优先权，通过引用将其公开内容合并于此。
技术领域
本公开大体上涉及核苷衍生物。更具体地，本公开涉及用于治疗癌症和病毒感染的氟嘧啶。
背景技术
截至2013年，FDA批准的36种核苷或核苷酸类似物可用于医学用途；其中的11种是抗癌药，另外25种是抗病毒药(Jordheim，L.P.等人，“Advances in the Development ofNucleoside and Nucleotide Analogues for Cancer and Viral Diseases”，NatureReviews:Drug Discovery，2013年，第12期，第447-464页)。这些类似物的治疗用途源于它们干扰细胞核酸或病毒核酸的复制和功能的能力。它们的作用机理包括抑制细胞或病毒核酸合成和复制所需的酶，和/或它们掺入至核酸的能力。
癌症和病毒具有它们对常规疗法中针对其使用的药物产生耐药性的能力的特征。这对于充当抗代谢物的核酸组分类似物(如核碱基、核苷和核苷酸类似物)尤其普遍。逐渐发展了使用不同药物组合的实践来对抗耐药性，然而，即使联合化疗也无法消除耐药性问题，因为针对多种药物也可能产生交叉耐药性。这些耐药的癌症和病毒的患病率持续上升使得有必要继续发掘并开发更有效的新型治疗剂。
5-氟尿嘧啶(FU)为抗癌氟嘧啶的原型，其是于1957年发现的一种抗代谢物，目前仍单独使用或与其它抗癌药或生物反应调节剂联合使用，尤其是用于结直肠癌和乳腺癌的治疗。FU的主要缺点包括口服生物利用度不足、严重的毒副作用以及可能为致命性的对缺乏FU降解酶的患者的药物遗传学责任。在过去的六十年中，已经开发了许多FU的前药衍生物以及几种核苷类似物和药物组合以克服毒副作用，提高治疗有效性和治疗指数。然而，仍然存在开发口服可用的新型氟嘧啶抗癌药物的未被满足的需求，这些药物不具有主要的副作用，如胃肠道和骨髓毒性、手足综合征和药物遗传综合征(二氢嘧啶脱氢酶缺乏症(DPD缺乏症))等。
氟嘧啶卡培他滨
Figure BDA0002337872560000023
是由FDA批准的唯一核苷氨基甲酸酯，也是迄今为止所开发的最先进的氟嘧啶。它是5-氟尿嘧啶(FU)的前药。尽管具有FU的一些缺点，但是卡培他滨可以口服，通过主要在肝脏而不是在肠道吸收过程中激活而使得氟嘧啶的GI毒性较小。这些进展由该核苷类似物的5-氟胞嘧啶部分的N4-位的氨基甲酸酯侧链产生。然而，手足综合征通常为卡培他滨的剂量限制性毒性，导致显著的发病率。胸苷磷酸化酶是用于将卡培他滨专性转化为细胞毒性FU的酶，在某些正常组织(如手掌)中具有显著活性，并且可能在手足综合征的病因中起作用。此外，遗传的DPD缺乏症(可能使患者处于严重或致命毒性的风险)也与胸苷磷酸化酶使卡培他滨代谢激活中产生的专性中间产物FU有关。
对于有害副作用较小的核苷存在持续且未被满足的需求。
发明内容
本公开提供了多靶标的新型嘧啶核苷氨基甲酸酯，其在碱基部分和糖部分处均取代有氟原子(参见式I)：
Figure BDA0002337872560000021
其中R是直链或支链的烷基基团(C1-7)；R'是H或羟基保护基(例如，氨基酰基或酰基，如例如乙酰基或苯甲酰基)；R”是H、磷酸酯、氨基酸烷基(C1-7)酯氨基磷酸或二氨基磷酸。
所公开的化合物是以提供能够抑制DNA合成和适当功能所需的几种细胞酶的细胞内代谢物的结构组分的新组合为特征的前药。
另外，所公开的化合物可以通过类似物错误掺入至DNA而引起DNA损伤。这种DNA损伤可以通过凋亡导致癌细胞的死亡。通过以不同作用机理作用于多个靶标，式I化合物降低了产生耐药性的可能性，耐药性是使用基于核苷的抗癌药和抗病毒药的主要缺点。因此，每种公开的化合物可以经由施用具有单一药代动力学特征的单一化合物来实现联合化疗的效果。所公开的化合物的期望特征在于，与所有其它的氟嘧啶不同，它们不能通过代谢转化为毒性极高的FU，因此它们不具有FU的所有不良作用。
本公开提供了制备式I化合物的方法。该方法是基于特定含量的在糖基化反应中用于作为路易斯酸的TMSOTf。
在一个示例中，制备本公开的化合物的方法包括：提供包含5-氟-N-(三甲基甲硅烷基)-2-((三甲基甲硅烷基)氧基)嘧啶-4-胺
Figure BDA0002337872560000022
苯甲酸(2R,3R,5R)-3-(苯甲酰氧基)-4,4-二氟-5-((甲基磺酰基)氧基)四氢呋喃-2-基)甲基酯和溶剂(例如，二氯乙烷)的反应混合物，将3当量的TMSOTf添加至反应混合物中，以100％的收率得到(2R,3R)-5-(4-氨基-5-氟-2-氧代嘧啶-1(2H)-基)-2-((苯甲酰氧基)甲基)-4,4-二氟四氢呋喃-3-基-苯甲酸酯的α/β异头混合物。使用本文公开的方法，可以将该产物用于生产本公开的化合物。
本公开提供了包含一种或多种式I化合物及其药学上可接受的盐的组合物。该组合物可以包含一种或多种药学上可接受的载体。
产生本公开的化合物的设计原理可以总结如下。普遍认为的是，胸苷磷酸化酶(TP)激活卡培他滨(一种先进的先前氟嘧啶)是有益的，由于某些癌症过表达这种胸苷磷酸化酶(TP)。与主流观点相反，假设设计降低TP的底物活性可能更有利，因为这会阻止导致大多数毒副作用的FU的形成，不仅对患有TP高表达的癌症的那些患者而且对所有患者均产生有利效果。认为的是，在类似物的2’-位处放置一个氟原子(为负电性最大的原子)会破坏TP反应的过渡态，其在相邻的1’-碳上带有正电荷(参见Schwartz，P.A.等人，Journal of theAmerican Chemical Society，2010年,第132卷，第14425页)。进一步认为的是添加另一个氟原子会产生更强的效果。然而，消除TP的参与将阻止类似物的代谢激活，因此决定在5’-位处添加-OH基团，从而允许通过激酶介导的磷酸化激活的另一种途径(参见图2)。
本公开提供了使用一种或多种本公开的化合物的方法。例如，该化合物可用于治疗癌症和/或病毒感染。
附图说明
为了更全面地理解本公开的本质和目的，应当参考结合附图的以下详细描述。
图1示出了与式I的那些靶标相比在临床上使用的氟嘧啶的主要靶标(式I化合物的独特靶标以斜体示出)。
图2示出了本公开的化合物的代谢途径。图中的数字对应于以下酶：(1)胸苷激酶(TK)，EC 2.7.1.21；(2)胸苷酸激酶(dTMPK)，EC 2.7.4.9；(3)核苷二磷酸激酶(NDPK)，EC2.7.4.6；(4)DNA聚合酶α(Polα)，EC 2.7.7.7；(5)核苷三磷酸酶(NTPase)，EC 3.6.1.15；(6)5’-核苷酸酶(5’-NT)，EC 3.1.3.5；(7)胞苷脱氨酶(CDA)EC 3.5.4.5；(8)脱氧胞苷酸(dCMP)脱氨酶(DCTD)，EC 3.5.4.12；EC 2.7.4.14；(9)脱氧胞苷激酶(dCK)，EC 2.7.1.74；(10)UMP/CMP激酶(YMPK)，(11)dUTP二磷酸酶(dUTPase)，EC 3.6.1.23；(12)dCMP激酶(DCMPK)，EC 2.7.4.25；和(13)核苷二磷酸酶(NDPase)，EC 3.6.1.6。
具体实施方式
尽管将根据某些实施方式来描述要求保护的主题，但是其它实施方式，包括未提供本文阐述的所有益处和特征的实施方式，也是在本公开的范围内。在不脱离本公开范围的情况下，可以进行各种结构、逻辑和处理步骤的改变。
本公开提供了多靶标的新型嘧啶核苷氨基甲酸酯或其药学上可接受的盐，其在碱基部分和糖部分上均取代有氟原子(参见式I)：
Figure BDA0002337872560000041
其中R是直链或支链的烷基基团(C1-7)；R'是H、羟基保护基；R”是H、磷酸酯、氨基酸烷基(C1-7)酯氨基磷酸或二氨基磷酸。在一个实例中，R”可以是一磷酸、二磷酸或三磷酸。
羟基保护基的实例是本领域已知的。例如，羟基保护基可以包括氨基酰基和酰基。酰基的非限制性实例包括乙酰基和苯甲酰基。
所公开的化合物是以提供细胞内代谢物的结构组分的新组合为特征的前药，该细胞内代谢物能够抑制DNA合成和适当功能所需的几种细胞酶，并且能够通过错误掺入至DNA而引起DNA损伤。通过以不同作用机理作用于多个靶标，式I化合物降低了产生耐药性的可能性，耐药性是使用基于核苷的抗癌药和抗病毒药的主要缺点。因此，每种公开的化合物可以经由施用具有单一药代动力学特征的单一化合物来实现联合化疗的效果。在药物组合中，由于组合药物的结构不同，很难优化各个ADME性质之间的差异以实现收益最大化。所公开的化合物的期望特征在于，与所有其它的氟嘧啶不同，它们不能通过代谢转化为毒性极高的FU，因此它们不具有FU的所有不良作用。
本文公开的化合物经历与现有技术中的那些不同的前药激活途径，其不涉及胸苷磷酸化酶并且不产生FU(参见图2)。因此，与在临床上使用的其它氟嘧啶相反，式I化合物被预期在人体中不具有由FU引起的毒副作用。
式I化合物的代谢产物之一，F3dUrd(参见图2)，理论上可以被胸苷磷酸化酶切割以产生FU。然而，在测试时，发现F3dUrd不能用作胸苷磷酸化酶的底物，证实了构成式I化合物的设计基础的初始假设。如预期的那样，发现在2’-位不具有两个氟原子的氟尿苷(FdUrd)，可被胸苷磷酸化酶快速切割以产生FU。
唯一存在的核苷氨基甲酸酯药物卡培他滨和与卡培他滨最相似的具有相同氨基甲酸酯侧链的式I化合物的代表性成员6a之间的基础结构差异如下突出显示：
在卡培他滨的5’-位处存在一个甲基基团。相比之下，6a在5’-位处具有一个羟甲基基团，其与卡培他滨中的甲基基团不同，在氨基甲酸酯侧链水解和细胞吸收后，允许游离核苷F3dCyd细胞内磷酸化为它的一磷酸形式(参见图2)。
在2’-位处，存在2点差异。在式I中不存在卡培他滨的2’-羟基和2’-氢两者。取而代之，在6a的2’-位处存在两个氟原子。这些氟原子稳定了糖基键免受切割，并且为关键酶(核糖核苷酸还原酶)的失活提供了化学作用。相比之下，在卡培他滨的代谢激活中，糖基键的切割是必不可少的步骤，从而形成FU，而核糖核苷酸还原酶的活性不受影响。
产生本公开的化合物的设计原理可以总结如下。普遍认为的是，胸苷磷酸化酶(TP)激活卡培他滨(一种先进的先前氟嘧啶)是有益的，由于某些癌症过表达这种胸苷磷酸化酶(TP)。与主流观点相反，假设的是设计降低TP的底物活性可能更有利，因为这会阻止导致大多数毒副作用的FU的形成，不仅对患有TP高表达的癌症的那些患者而且对所有患者均产生有利效果。认为的是，在类似物的2’-位处放置一个氟原子(为负电性最大的原子)会破坏TP反应的过渡态，其在相邻的1’-碳上带有正电荷(参见Schwartz，P.A.等人，Journal ofthe American Chemical Society，2010年，第132卷，第14425页)。进一步认为的是添加另一个氟原子会产生更强的效果。然而，消除TP的参与将阻止类似物的代谢激活，因此决定在5’-位处添加-OH基团，从而允许通过激酶介导的磷酸化激活的另一种途径(参见图2)。
以下方案概述了卡培他滨的代谢激活途径中产生FU的重要步骤：
Figure BDA0002337872560000052
羧基酯酶CES1和CES2通过水解除去氨基甲酸酯侧链以形成5-氟-5’-脱氧胞苷，然后通过胞苷脱氨酶(CDA)将其转化为5-氟-5’-脱氧尿苷。胸苷磷酸化酶(TPase)切割糖基键以形成FU。其它的代谢步骤将FU转化为核苷酸类似物FdUMP，其负责卡培他滨对胸苷酸合成酶的抑制。
尽管通过相同的酯酶(CES1和CES2)从卡培他滨和式I两者中除去了氨基甲酸酯侧链，但是式I的剩余前药激活基本上不同于卡培他滨，并且是通过如图2所示的核苷酸代谢的酶来进行的。
本公开提供了制备式I化合物的方法。方案1概述了制备所公开的核苷衍生物的一般合成策略，该核苷衍生物的实例为式I化合物家族的氨基酸酯二氨基磷酸成员(R＝C1-C7烷基，R”＝氨基酸侧链)。所用的试剂是可商购的，并且反应类型和纯化步骤是本领域熟知的。该方法是基于使用对于100％收率的糖基化反应所需的特定摩尔当量的路易斯酸TMSOTf，其是在合成方法的开发过程中发现的。
方案1.合成概述
Figure BDA0002337872560000061
发现2和3偶联以形成4的异头混合物的收率很大程度上取决于摩尔过量的三甲基甲硅烷基三氟甲磺酸酯(TMSOTf)。发现的是，尽管使用1.0当量的TMSOTf，收率仅为8％；但是将TMSOTf增加到2.55当量、2.75当量和3.0当量，收率分别提高到58％、85％和100％。
先前公开了中间体4和5的合成，但是它们的制备仅涉及2倍过量的TMSOTf用于缩合反应，并且糖基化过程中产生的异头混合物4的拆分需要手性色谱法。此外，纯的β-异头物5的分离需要额外的色谱纯化。该方法先前被报道为文献流程的改进(Kotra，LP，等人，J.Med.Chem.1997年，第40期，第3635-3644页)以用于制备4的L-对映异构体，其涉及2倍过量的TMSOTf用于进行缩合反应，得到57％的异头混合物。
相比之下，本文公开的方法(参见示例1和2)使用了3:1摩尔过量的TMSOTf，在缩合反应中得到100％收率的异头混合物，此外，纯β-异头物的分离无需凭借本领域中使用的任何常规色谱步骤的拆分即可进行，从而极大简化了流程。
在一个示例中，制备本公开化合物的方法包括：提供包含5-氟-N-(三甲基甲硅烷基)-2-((三甲基甲硅烷基)氧基)嘧啶-4-胺苯甲酸(2R,3R,5R)-3-(苯甲酰氧基)-4,4-二氟-5-((甲基磺酰基)氧基)四氢呋喃-2-基)甲基酯
Figure BDA0002337872560000072
和溶剂(例如，二氯乙烷)的反应混合物，将3当量的TMSOTf添加至反应混合物中，得到产物(2R,3R)-5-(4-氨基-5-氟-2-氧代嘧啶-1(2H)-基)-2-((苯甲酰氧基)甲基)-4,4-二氟四氢呋喃-3-基-苯甲酸酯
Figure BDA0002337872560000073
为1.2:1.0的α异头物和β异头物的混合物。如示例2中描述的得到游离核苷5的纯β异头物，无需对异头混合物进行常规色谱分离。使用本文公开的方法，化合物5可用于产生本公开的化合物。
基于化学组成和生物学活性，式I的化合物是不同于其它氟嘧啶(如FU、替加氟、去氧氟尿苷、氟尿苷和卡培他滨)的氟嘧啶。已经确定了先前氟嘧啶的主要靶标，其中包括：
(i)酶，胸苷酸合成酶(所有的氟嘧啶)，
(ii)被错误掺入FU和尿嘧啶(氟尿苷和卡培他滨)的核酸DNA，
(iii)被错误掺入FU(替加氟、去氧氟尿苷和卡培他滨、程度较小的氟尿苷)的核酸RNA。
错误掺入至RNA是不期望的效果，因为其不利地影响了在非分裂的正常细胞以及癌细胞中RNA的合成和功能，从而降低了所有现有氟嘧啶的选择性指数。相比之下，错误掺入至DNA仅影响分裂细胞，有助于氟嘧啶的细胞毒性。
发现的是式I化合物还靶向胸苷酸合成酶和DNA，但不靶向RNA。此外，发现了式I化合物经由其代谢激活产生的多种细胞内核苷酸类似物以靶向下列另外的酶：核糖核苷酸还原酶、DNA聚合酶α和DNA(胞嘧啶-5)甲基转移酶。与式I相比，已知的胞苷类似物的主要靶标如图1所示。
还发现的是，除了FU和尿嘧啶之外，式I化合物还使5-氟胞嘧啶错误掺入至DNA。此外，掺入的FU与2,2-二氟-2-脱氧核糖相连，而不是与在其它氟嘧啶情况下的天然2’-脱氧核糖相连，这可能会对DNA的结构和功能造成额外影响。
各种错误掺入的核苷酸干扰DNA复制和/或功能，并且诱导特定的DNA修复过程，产生不同的结果，这取决于它们引起的DNA损伤的性质和程度。在不旨在受任何特定理论束缚下，DNA损伤可以导致暴露至式I化合物的癌细胞凋亡而导致死亡。
以上比较显示，与在临床上使用的先前的抗癌氟嘧啶相比，式I化合物抑制更多的关键酶并且通过将更多的异常核苷酸错误掺入至DNA来造成DNA损伤。因此，所公开的化合物可以降低出现针对其自身产生耐药性的可能性，并且在其治疗应用中不易与其它氟嘧啶类似物产生交叉耐药性。
本公开的独特方面在于式I化合物造成5-氟胞嘧啶掺入至DNA，导致DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶不可逆的失活。FDA批准的抗癌胞苷类似物无一能够将5-氟胞嘧啶掺入至DNA中。DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶的失活导致DNA中特定CpG序列中5-甲基胞嘧啶残基的消除(“去甲基化”)，从而干扰了细胞代谢的表观遗传调控。
卡培他滨分子也包含5-氟胞嘧啶碱基，然而在药物的代谢激活过程中，其通过脱氨作用转变为相应的5-氟尿嘧啶。因此，与本公开相反，卡培他滨不能造成5-氟胞嘧啶掺入至DNA并且对DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶没有直接影响。
本公开的几种细胞内靶标被鉴定为DNA的生物合成和功能所需的关键酶。这些酶易于被本公开的多种细胞代谢物抑制，产生观察到的细胞毒性。影响酶抑制活性的细胞内代谢物全部是磷酸化的衍生物，并且发现如下：2',2',5-三氟脱氧胞苷一磷酸，F3dCMP，脱氧胞苷酸脱氨酶(DCTD)的抑制剂；2',2',5-三氟脱氧尿苷一磷酸，F3dUMP，胸苷酸合成酶(TS)的抑制剂；2',2',5-三氟脱氧胞苷二磷酸，F3dCDP，核糖核苷酸还原酶(RR)的抑制剂；2',2',5-三氟脱氧胞苷三磷酸，F3dCTP，DNA聚合酶α(Polα)；2',2',5-三氟脱氧尿苷三磷酸，F3dUTP，DNA聚合酶α(Polα)，5-氟胞嘧啶，掺入至DNA的FC，DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶(MTase)。在一个示例中，这些代谢物汇总在表1中。
表1.针对人癌细胞系的生长抑制活性
靶标 抑制性代谢物 可逆性
DCTD(次要) F<sub>3</sub>dCMP 可逆
TS(主要) F<sub>3</sub>dUMP 不可逆*
RR(主要) F<sub>3</sub>dCDP 不可逆*
Polα(主要) F<sub>3</sub>dCTP，F<sub>3</sub>dUTP 不可逆**
MTase(主要) DNA中的5-FC 不可逆*
*通过在活性位点形成共价键而失活；**通过DNA链终止和/或DNA断裂而抑制。
本公开的独特方面在于，在所有磷酸化水平上观察到式I化合物的核苷酸代谢物的抑制活性：一磷酸(F3dCMP)、二磷酸(F3dCDP)、三磷酸(F3dCTP，F3dUTP)和多核苷酸(含5-FC的DNA)。
由于抑制性代谢物引起的基于机理的失活，对主要酶靶标(TS，RR和MTase)的抑制是不可逆的。失活的分子机理涉及利用活性位点催化半胱氨酸残基的巯基基团形成共价键(参见，示例6、7和8)。
观察到的错误掺入至核酸可能有助于所公开的化合物的生物学活性。尿嘧啶代替胸腺嘧啶错误掺入至DNA中，由于抑制了胸苷酸合成酶(TS)，导致DNA断裂，造成细胞死亡。5-氟尿嘧啶代替胸腺嘧啶类似地错误掺入至DNA中产生相似的结果。相比之下，5-氟胞嘧啶代替胞嘧啶错误掺入至DNA导致DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶(MTase)失活，从而导致DNA脱甲基化，破坏细胞代谢的表观遗传调控。鉴于六十年治疗使用的先前的氟嘧啶，这代表本公开的氟嘧啶具有意想不到的效果。
传统的氟嘧啶错误掺入至RNA尽管可能是其细胞毒性的一个诱因，但是其也会影响正常组织中非分裂的细胞，从而降低这些药物的治疗指数。
针对美国国家癌症研究所培养的人类细胞系的测试，发现本公开的化合物具有广谱的显著生长抑制活性。表2示出了多种人类癌细胞系的样品的生长被10微摩尔浓度的原型药物6a抑制超过50％。
表2.多个酶靶标
细胞系 ％生长抑制*
ACHN 86.4
HL60 75.8
NCI-H522 61.1
HCT-116 63.5
M14 85.9
MCF-7 51.9
OVCAR-8 71.6
*由10微摩尔6a产生
所采用的人癌细胞系的描述如下：ACHN，人肾腺癌；HL-60(TB)，人急性髓样白血病；HCT-116，人类结肠癌；HOP-62，人腺癌(非小细胞肺癌)；M14，人转移性恶性黑素瘤；MCF7，人乳腺腺癌；OVCAR-8，人卵巢癌。
这些结果证实，本公开表明针对源自不同组织的癌症(白血病以及实体瘤)具有抑制活性。
使用Promega的细胞活力测定，获得了针对KG-1人急性髓样白血病细胞的以下IC50值(表3)。将核苷氨基甲酸酯卡培他滨
Figure BDA0002337872560000092
包括在内用于比较。
表3.细胞活力数据
Figure BDA0002337872560000091
Figure BDA0002337872560000101
*卡培他滨的IC50值/测试化合物的IC50值
具有戊氧基羰基侧链的原型式I化合物6a显示出效能为具有相同侧链的卡培他滨的69倍。化合物5是式I化合物的主要细胞内核苷代谢产物(F3dCyd，参见图2)，显示出功效为卡培他滨的253倍。
本公开提供了包含一种或多种式I化合物的组合物。该组合物可以包含一种或多种药学上可接受的载体。
可以将包含一种或多种本公开的化合物和药学上载体的组合物在患者床边进行制备，或由药物生产商制备。在任一种情况下，可以将组合物或其成分提供在任何合适的容器中，例如密封的无菌小瓶或安瓿瓶，并且可以进一步包装为包括供药剂师、医师或其它卫生保健提供者使用的说明书。该组合物可以被提供为与任何合适的递送形式或媒介物组合，其实例包括液体剂、囊片剂、胶囊剂、片剂、吸入剂或气雾剂等。递送装置可以包括有助于在一定时间段和/或时间间隔内释放药物的组分，并且可以包括增强药物递送的组合物，如纳米颗粒制剂、微球制剂或脂质体制剂，其中的多种是本领域已知的并且可商购的。另外，能够使活性药物成分延迟或持续释放的流程和特定组合物是本领域已知的。此外，本文描述的每种组合物可以包含一种或多种药学上试剂。
本文描述的组合物可以包含一种或多种标准的药学上可接受的载体。药学上可接受的载体部分地取决于所施用的特定组合物以及用于施用该组合物的特定方法。因此，存在多种本公开药物组合物的合适制剂。药学上可接受的载体的一些实例可以记载在Remington:The Science and Practice of Pharmacy(2005)，第21版，费城，PA，利平科特·威廉姆斯和威尔金斯。有效的制剂包括口腔和鼻腔制剂、用于肠胃外给药的制剂以及配制为缓释的组合物。
可适合于口腔施用的组合物的实例包括但不限于：(a)液体溶液，如混悬在稀释剂(如水、盐水或PEG 400)中的有效量的本公开化合物；(b)各自含有预定量活性成分的胶囊剂、囊片剂、贮藏剂或片剂，比如液体剂、固体剂、颗粒剂或明胶剂；(c)在适当液体中的混悬剂；(d)合适的乳剂；和(e)贴剂。以上描述的液体溶液剂可以是无菌溶液剂。组合物可以包含例如乳糖、蔗糖、甘露醇、山梨醇、磷酸钙、玉米淀粉、马铃薯淀粉、微晶纤维素、明胶、胶体二氧化硅、滑石、硬脂酸镁、硬脂酸和其它赋形剂中的一种或多种，着色剂，填充剂，粘合剂，稀释剂，缓冲助剂，润湿助剂，防腐剂，增味剂，染料，崩解剂和药学上相容的载体。
组合物可以具有单位剂量形式。组合物以这种剂量形式被细分为包含适当量活性组分的多个单位剂量。单位剂量形式可以是包装的制剂，该包装体包含离散量的制剂，如包装的片剂、胶囊剂和在小瓶或安瓿瓶中的粉末剂。同样，单位剂量形式本身可以是胶囊剂、片剂、囊片剂或锭剂，或者其可以是适当数量的任意以包装形式的这些。如果需要的话，组合物还可以包含其它相容的治疗剂。组合物可以以缓释制剂的形式来递送本公开的化合物。
本公开提供了使用一种或多种本公开化合物的方法。例如，化合物可被用于治疗癌症和/或病毒感染。
在本文公开的各个实施方式和示例中描述的方法的步骤足够用于实施本发明的方法。因此，在一个实施方式中，该方法基本上由本文公开的方法的步骤的组合组成。在另一个实施方式中，该方法由这样的步骤组成。
例如，治疗方法包括向个体施用一种或多种本公开的化合物或者包含一种或多种本公开化合物的组合物。
该方法可以在已被诊断或怀疑患有癌症或病毒感染的个体中进行(即，治疗性用途)。该方法也可以在接受癌症或病毒感染治疗后复发或具有高复发风险的个体中进行。
例如，可以进行本公开的方法，使得在将本公开的化合物或组合物暴露至癌细胞时导致类似物错误掺入至DNA，导致DNA的结构和功能改变，从而可能导致癌细胞的死亡。
例如，可以进行本公开的方法，使得使用本公开的化合物来抑制核糖核苷酸还原酶、DNA聚合酶ɑ、胸苷酸合成酶、DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶或其组合。
本公开的方法可以在需要预防或治疗病毒感染/疾病的个体中进行。病毒靶标包括但不限于HIV、HBV、HCV、HSV1和HSV2。例如，治疗病毒感染的方法包括向需要治疗的个体施用本公开的化合物或组合物，从而消除病毒或将患有病毒的个体治愈。
可以使用任何已知的方法和途径将包含本文描述的化合物的组合物施用于个体，包括口腔、肠胃外、皮下、腹膜内、肺内、鼻内和颅内注射。肠胃外输注包括肌内、静脉内、动脉内、腹膜内和皮下施用。施用还包括局部和/或透皮施用。
包含本公开化合物和药学上试剂的组合物的剂量将必定取决于向其施用本公开的组合物的个体的需求。这些因素包括，例如，体重、年龄、性别、病史和需要对其进行治疗或预防的疾病的性质和阶段。组合物可以与设计用于改善病症(为此预期期望的治疗或预防作用)的任何其它常规治疗方式结合使用，其非限制性实例包括手术干预和放射疗法。例如，该组合物与一种或多种已知的抗癌药(例如，DNA损伤的抗癌药)或已知的抗病毒药联合使用(例如，共同施用)。
本公开的方法可以用于各类个体。在多个示例中，个体是人类或非人类哺乳动物。非人类哺乳动物的实例包括但不限于农场动物(例如牛、猪、绵羊等)以及宠物或运动动物(例如，马、狗、猫等动物)。个体的其它非限制性实例包括兔子、大鼠、小鼠等。本公开的化合物或组合物可以例如以药学上可接受的载体施用于个体，该药学上可接受的载体有助于将化合物从身体的一个器官或部分转运到身体的另一器官或部分。
呈现以下示例以举例说明本公开内容。它们并不旨在对任何方面进行限制。
示例1
该示例提供了合成3',5'-二-O-苯甲酰基-2'-脱氧-2',2',5-三氟胞苷(4)的描述。
在氩气下在硫酸铵(NH4SO4，679mg)存在下，用六甲基二硅氮烷(HMDS，1,000mL)处理5-氟胞嘧啶(1，23.1g，178.9mmol)，并且在125℃下回流5小时。在氩气气氛下真空除去挥发物，得到为白色固体的2。将其溶解于无水二氯乙烷(400mL)中，并且加入3,5-二-O-苯甲酰基-2-脱氧-2,2-二氟-1-O-甲烷磺酰基-ɑ-D-呋喃糖苷(3，32g，70.16mmol)在无水二氯乙烷(300mL)中的溶液。将反应混合物在室温下搅拌10分钟(min)。然后加入TMSOTf(38mL，210.5mmol)，并将混合物在氩气下于95℃下搅拌16小时(hrs)。将反应混合物冷却至室温，然后加入NaHCO3饱和溶液，随后搅拌10分钟。分离所得的各相，并且用二氯甲烷萃取水相。有机相用NaHCO3和盐水处理，用MgSO4干燥并真空浓缩，得到为淡黄色固体的4(37g)。经NMR和LCMS分析，得到的化合物4为1.2:1.0的ɑ和β异头物的混合物。无需进一步纯化将化合物4用于下一步骤。
示例2
该示例提供了合成2'-脱氧-2',2',5-三氟胞苷(5)的描述。
以7N NH4OH的MeOH溶液(190mL)在室温下将化合物4(参见示例1，33.9g，69.3mmol)搅拌过夜。蒸发挥发物，并在CH2Cl2和H2O之间分配残余物。用CH2Cl2(3x)萃取水相，然后蒸发至干。在i-PrOH(75mL)中将残余物制浆，并加热至60℃，然后浓缩。向一份中加入HCl(15mL)。将浓稠的混悬液冷却至室温，并立即形成白色晶体，将其滤出并用冷的i-PrOH、石油醚和Et2O洗涤，得到为1.5:1.0的ɑ/β异头物的混合物的化合物5。将该化合物5混悬于60℃的H2O中，然后缓慢加入4N NaOH使混合物置于溶液中，之后用1N NaOH将pH调节至～8.3。将固体沉淀出，收集固体并用冰水洗涤，真空干燥，以得到为白色固体的不含胺的5(5.85g)，经3个步骤的收率为30％(由HPLC确定为100％的β-异头物)：mp 118-121℃；[a]D＝+79.64°(c 0.28,MeOH).LCMS(C-18,5％等度H2O/MeCN):ELSD(峰值，1.065min)，UV(峰值，0.96min)，正模式:m/z＝282[M+H]+；负模式:m/z＝280[M-H]-,316[M+Cl]-.C9H10F3N3O4(281.19)。
1H NMR(DMSO-d6)δ＝3.79(dd,1H,H-5'),3.80(m,2H,H-4',H-5"),4.18(m,1H,H-3'),5.34(br t,1H,5'-OH),6.05(t,J1',F＝7.35Hz,1H,H-1'),6.25(br d,1H,3'-OH),7.75,8.00(2s,2H,NH2),8.04(d,J6,F＝7.23Hz,1H,H-6).
H,H-NOESY:4.18(H-3')与8.04(H-6)相关；6.05(H-1')与3.8(H-4')相关。
1H HNR(D2O):δ＝3.88(dd,1H,Jgem＝13.23Hz,J5',4'＝3.66Hz,H-5'),4.03(dd,Jgem＝12.99Hz,H-5"),4.08(m,1H,H-4'),4.35(m,1H,H-3'),6.19(t,J1',F＝7.29Hz,1H,H-1'),7.93(d,J6,F＝6.36Hz,1H,H-6).
13C NMR(DMSO-d6)δ＝58.67(s,1C,C-5'),68.11(t,J3',F＝22.23Hz,1C,C-3'),80.44(s,1C,C-4'),83.60(t,J1',F＝31.51Hz,1C,C-1'),122.98(t,J2',F＝258.06Hz,1C,C-2'),124.82(d,J6,F＝32.18Hz,1C,C-6),136.20(d,J5,F＝242.39Hz,1C,C-5),152.88(s,1C,C-2),157.62(d,J4,F＝13.77Hz,1C,C-4).
示例3
该示例提供了合成2'-脱氧-2',2',5-三氟胞苷盐酸盐(5.HCl)的描述。
在60℃下向化合物5的混悬液(参见，示例2，5.85g，20.8mmol)中加入浓HCl(5mL)。冷却至室温，然后发生结晶。过滤晶体，利用i-PrOH、石油醚和Et2O洗涤，然后真空干燥，得到为白色固体的5.HCl(5.85g，89％来自5)：mp 128-135℃；[a]D＝+52.23°(c 0.28,MeOH).LCMS(C-18；5％等度H2O/MeCN):ELSD(峰值，在1.08min时)，UV(峰值，在0.975min时)，正模式:m/z＝282[M+H]+；负模式:m/z＝280[M-H]-,316[M+Cl]-.C9H11F3N3O4Cl(317.20)。
1H NMR(DMSO-d6)δ＝3.63(dd,1H,H-5'),3.79(m,2H,H-4',H-5"),4.18(m,1H,H-3'),5.34(t,JOH,5'＝5.16Hz,1H,5'-OH),6.06(t,J1',F＝7.05Hz,1H,H-1'),6.25(br,1H,3'-OH),7.75,8.01(2s,2H,NH2),8.04(d,J6,F＝7.17Hz,1H,H-6).
1H HNR(D2O):δ＝3.88(dd,1H,Jgem＝13.17Hz,J5',4'＝3.6Hz,H-5'),4.04(dd,Jgem＝13.59Hz,H-5"),4.09(m,1H,H-4'),4.35(m,1H,H-3'),6.20(t,J1',F＝6.78Hz,1H,H-1'),7.94(d,J6,F＝6.24Hz,1H,H-6).
13C NMR(DMSO-d6)δ＝58.68(s,1C,C-5'),68.13(t,J3',F＝22.57Hz,1C,C-3'),80.51(s,1C,C-4'),83.61(t,J1',F＝32.84Hz,1C,C-1'),122.99(t,J2',F＝258.1Hz,1C,C-2'),124.80(d,J6,F＝32.63Hz,1C,C-6),136.22(d,J5,F＝242.42Hz,1C,C-5),152.94(s,1C,C-2),157.67(d,J4,F＝13.75Hz,1C,C-4).
示例4
该示例提供了合成N4-戊氧基羰基-2'-脱氧-2',2',5-三氟胞苷(6a)的描述。
将三氟核苷5(1.0g，3.5mmol)的乙腈(30mL)和吡啶(2当量)的溶液冷却至4℃，并向其中加入HMDS(1.1当量)。然后滴加氯甲酸戊酯(1.0当量)的二氯甲烷溶液，将溶液保持在4℃。然后将混合物温热至室温，并继续搅拌2小时。加入水(30mL)，用二氯甲烷(2×30mL)萃取有机物，用MgSO4干燥，并进行真空浓缩。如此获得的粗产物6a(1.4g)显示为6a和5'-碳酸酯的混合物。向粗产物(1.4g)的MeOH(30mL)溶液中加入甲醇钠(0.6mL，25wt％的MeOH溶液)，并将反应混合物在室温下搅拌2.5小时。然后利用Amberlite H+树脂将反应混合物的pH调节至7。之后过滤混合物，并真空浓缩。通过快速色谱法(0-10％MeOH的EtOAc溶液)纯化，得到为白色固体的6a(0.89g，66％收率)：mp 75-86℃；m/z＝396[M+H]+；HPLC(UV,260nm)99.46％。
1H NMR(DMSO-d6):δ＝0.86-0.91(m,3H,CH3),1.31-1.33(m,4H,CH2),1.59-1.63(m,2H,CH2),3.62-3.67(m,1H,H-5'),3.84-3.90(m,2H,H-4',H-5'),4.08-4.20(m,2H,CH2),4.24-4.67(m,1H,H-3'),5.42(m,1H,OH),6.06(m,1H,H-1'),6.34(d,J6,F＝6.3Hz,1H,H-6),8.40(br s,1H,OH),10.66(br s,1H,NH).
13C NMR(DMSO-d6)δ＝14.9(s,1C,CH3),21.2(s,1C,CH2),28.6(d,1C,CH2),58.6(s,1C,C-5'),65.1(s,1C,CH2),67.4(t,1C,C-3'),80.2(s,1C,C-4'),84.1(t,1C,C-1'),119.7(s,1C,C-2'),122.3(s,1C,C-6),125.5(s,1C,C-5).
HSQC(D2O):7.85ppm(H-6)与130ppm(C-6)相关。
19F NMR(DMSO-d6):δ＝-159(s,1F,F-5),-117(s,2F,F-2').
示例5
该示例提供了结构-活性关系的描述。
已经确定了式I化合物的药理活性所需的结构决定簇。将式I特有的分子特征以圈显示：
Figure BDA0002337872560000141
部分1：嘧啶环5-位处的氟原子对抑制胸苷酸合成酶(TS)和DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶都是必不可少的；
部分2：是5-氟胞嘧啶碱基在N4-位处的前药修饰取代基，其将式I的化合物主要引导至肝脏以通过肝羧基酯酶CES1和CES2进行代谢激活，从而保护免受胃肠道毒性，即氟嘧啶的特征性毒副作用；
部分3：在2'-脱氧核糖的2'-位处的双氟双取代基对抑制核糖核苷酸还原酶和DNA聚合酶ɑ至关重要；
部分4：是2',2'-二氟-2'-脱氧核糖在5'-OH基团处的前药修饰取代基，其可以使式I化合物的完整5'-一磷酸形式递送至细胞中；当P为三磷酸时，相应的代谢产物可以作为DNA聚合酶的底物，并可以导致错误掺入至DNA；
部分5：是可水解的3’-OH-保护基团，其调节溶解性和渗透性；通过酶催化的水解将其除去。
示例6
该示例提供了通过F3dUMP代谢物使胸苷酸合成酶(TS)失活的分子机理的例证。
F3dUMP通过与胸苷酸合成酶及辅因子5,10-亚甲基四氢叶酸形成共价三元复合物而充当该胸苷酸合成酶的自杀底物。通过与参与催化的活性位点半胱氨酸残基的SH-基团形成共价键来实现抑制剂与酶的结合：
Figure BDA0002337872560000151
示例7
该示例提供了通过F3dCDP代谢物将核糖核苷酸还原酶(RR)失活的分子机理的例证。
通过与活性位点半胱氨酸残基的SH-基团形成共价键使抑制剂和酶之间形成二元复合物，从而F3dCDP作为该酶的自杀底物：
Figure BDA0002337872560000152
示例8
该示例提供了通过F3dCMP代谢物掺入至DNA中使DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶(MTase)失活的分子机理的例证。
通过与酶形成共价二元复合物并且在该过程中被甲基化，错误掺入至DNA中的F3dCMP的5-氟胞嘧啶部分作为酶(即DNA(胞嘧啶5)-甲基转移酶(MTase))的自杀底物。与酶的结合是通过与参与催化的活性位点半胱氨酸残基的SH-基团形成共价键来实现的。酶失活的机理类似于示例6中对TS描述的机理。
Figure BDA0002337872560000161
示例9
该示例提供了对N4-烷基氨基甲酸酯前药部分的代谢激活机理的描述。
由肝羧基酯酶CES1和CES2催化的酶促水解释放了嘧啶环在4-位处的游离氨基：
Figure BDA0002337872560000162
示例10
该示例提供了在2',2'-二氟-2'-脱氧核糖部分的5'-位处的氨基酸酯二氨基磷酸前药(前药核苷酸)部分的代谢激活的机理的描述。
细胞内酯酶水解式I的5'-取代基(R”＝二氨基磷酸)，随后环化导致环状磷酸酯中间体折叠成一磷酸酰胺化合物。由HINT1的磷酸酰胺酶活性进一步水解导致F3dCMP的形成，该F3dCMP是式I化合物的第一个细胞内磷酸化代谢产物，其作为酶dCMP脱氨酶的底物和竞争性抑制剂并且是上述所有其它抑制性核苷酸的前体。
Figure BDA0002337872560000163
尽管已经相对于一个或多个特定的实施方式和/或示例描述了本公开，但是应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以做出本公开的其它实施方式和/或示例。

Claims (13)

1.一种化合物或其药学上可接受的盐，所述化合物具有以下结构：
Figure FDA0002337872550000011
其中R选自由C1至C7直链烷基基团和C1至C7支链烷基基团组成的组；R'选自由H和羟基保护基组成的组；R”选自由H、磷酸酯、氨基酸C1至C7烷基酯氨基磷酸和二氨基磷酸。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中所述羟基保护基选自由乙酰基和苯甲酰基组成的组。
3.根据权利要求1所述的化合物，其中R”是一磷酸、二磷酸或三磷酸。
4.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有以下结构：
Figure FDA0002337872550000012
5.一种组合物，包含权利要求1所述的化合物和药学上可接受的载体。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述化合物为：
Figure FDA0002337872550000013
7.一种用于治疗患有癌症的个体的方法，包括向所述个体施用权利要求5所述的组合物，其中施用所述组合物导致所述个体中癌症生长的抑制。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述个体是人类或非人类哺乳动物。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述癌症选自由肾腺癌、髓样白血病、结肠癌、非小细胞肺癌、转移性恶性黑素瘤、乳腺腺癌、胰腺腺癌和卵巢癌组成的组。
10.根据权利要求7所述的方法，其中癌细胞中的DNA合成被抑制。
11.根据权利要求7所述的方法，其中核糖核苷酸还原酶、DNA聚合酶ɑ、胸苷酸合成酶、DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶或其组合被抑制。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法诱导类似物错误掺入至DNA，导致DNA的结构和功能改变，导致癌细胞的死亡。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述组合物包含至少一种具有以下结构的化合物：
Figure FDA0002337872550000021
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