CN114621120B - 一种don前药分子、前药激活化合物和前药激活体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种6‑重氮基5‑氧代‑1‑正亮氨酸(DON)前药分子、前药激活化合物和前药激活体系，所述DON前药分子为反式环辛烯改性的DON分子；所述前药激活化合物能够激活DON前药分子，包括多肽片段以及通过化学键连接在多肽片段上的四嗪基团和近红外基团；所述前药激活体系包括所述DON前药分子和所述前药激活化合物。前药激活化合物与DON前药分子通过点击化学脱除反应，在线粒体中释放DON，实现前药的定点富集，定点释放，克服DON对正常细胞群体和特定器官产生明显的副作用，减轻药物的不良反应，克服肿瘤细胞的耐药性。

Description

一种DON前药分子、前药激活化合物和前药激活体系
技术领域
本发明涉及药物化学领域，特别涉及一种6-重氮基5-氧代-1-正亮氨酸(DON)前药分子、前药激活化合物和前药激活体系。
背景技术
许多肿瘤在很大程度上依赖于谷氨酰胺来提供增殖所需的碳和氮构建基团。肿瘤细胞对谷氨酰胺的利用及其遗传调控已成为人们高度关注的领域。肿瘤细胞具有巨大的合成代谢和能量需求，并采用独特的代谢途径进行生长和存活。肿瘤细胞代谢的一个重要结果是产生了一种低氧、酸性、营养贫乏的肿瘤微环境(TME)，该微环境不利于抗肿瘤免疫反应。抑制肿瘤代谢途径不仅可以抑制肿瘤生长，而且可以增强免疫细胞的抗癌能力。因此，近10年来，靶向肿瘤代谢异常成为抗肿瘤新药研发领域备受关注的研究方向之一。然而，大多数代谢酶抑制剂的治疗效果并不明确，在临床前研究中的抗肿瘤效果不甚理想。
目前，针对肿瘤谷氨酰胺依赖性的谷氨酰胺酶抑制剂取得了一些突破。6-重氮基5-氧代-1-正亮氨酸(DON)、苄基丝氨酸和L-γ-谷氨酰对硝基苯胺(GPNA)可有效抑制体内外肿瘤的生长。6-重氮-5-氧代-L-正亮氨酸(DON)是目前研究最广的广谱类谷氨酰胺拮抗剂，具有多项生化、临床前和临床评估的结果支持。1950年DON从链霉菌的发酵液中分离获得，其能与谷氨酰胺活性位点竞争性结合，然后形成不可逆地抑制酶的共价加合物。重要的是，DON抑制谷氨酰胺代谢有关的多种酶，包括谷氨酰胺酶、谷氨酰胺合成酶和多种谷氨酰胺转移酶，因而可以多线程阻断谷氨酰胺的代谢。同时因为吸电子羰基可稳定重氮偶极，DON的重氮酮基在生理条件下稳定，仅在质子化时(例如在谷氨酰胺酶中活性位丝氨酸残基附近)，才作为反应性亲电试剂，触发氮的释放(N2)。因此，DON可作为谷氨酰胺代谢的抑制剂。
在早期临床前的癌症模型中，DON抑制了多种肿瘤细胞的生长，提高了存活率。然而，DON对正常细胞和特定器官产生明显毒副作用，最常见的毒性是对胃肠道粘膜的直接毒性。DON过量还会引起恶心、呕吐和低钙血症，因此限制了其使用的最大剂量，导致癌症治疗失败。而低剂量治疗又难以保证整个肿瘤组织暴露于足够的药物浓度中，最终会导致癌症复发和转移。DON在临床前和临床研究中显示出强大的抗癌功效，但其明显的全身毒性限制了DON的应用。
2016年，Slusher和Majer课题组证明了DON抑制谷氨酰胺代谢并在胶质母细胞瘤的鼠模型中显示出抗肿瘤功效，但同时也观察到了明显的毒性。为了提高DON的治疗指数，他们采用了前药策略来增加DON的大脑输送并限制全身暴露。用前药部分掩盖了DON的伯胺和羧酸盐。利用三种类型的胺官能团，包括(氧二氧杂烯基)氨基甲酸甲酯、二肽和新戊酰氧基甲基酯(POM)。含双载体的前药产生足够的化学稳定性，从而可以在生物学分析中进行进一步评估。评估了猪尾猕猴中最稳定的DON前药(甲基-POM-DON-异丙基酯)，与DON相比，其脑脊液(CSF)与血浆的比率提高了10倍，从而提供了胶质母细胞瘤患者使用DON的可能的临床途径。
基于类似但又不同的原理，设计用于肿瘤靶向递送的DON前药可以增强其治疗周边癌症的治疗指数。最初策略是基于最近报道的嘌呤霉素的前药，它利用ε-乙酰化赖氨酸成分。ε-乙酰化赖氨酸被设计成可被组蛋白去乙酰化酶(HDAC)和组织蛋白酶L(CTSL)依次激活。向赖氨酸的胺中添加亲脂性部分，例如叔丁氧羰基(Boc)和芴基甲氧羰基(Fmoc)，可增强细胞渗透性和功效。
为了用DON模拟嘌呤霉素前药策略，Slusher和Majer课题组首先合成了一种典型的前药，其中DON的胺上有ε-乙酰化的赖氨酸，羧酸盐上有异丙基酯，后者具有优异的化学和血浆稳定性。然后，使用氨基甲酸酯和酰胺键的亲脂基团取代赖氨酸α-胺，从而增强前药细胞的渗透性和功效。他们合成了十二个类似物，并在一个全面的体外筛选模式中进行了评估，包括多物种的血浆稳定性、肠和肝匀浆的稳定性以及肿瘤细胞的分配。他们鉴定了几种稳定的化合物，其中最好的化合物在猪和人血浆及肠匀浆中均显示出约100％的稳定性，而且很容易被吸收并在人的淋巴瘤细胞中裂解为DON。在细胞毒性测定中，发现前药对肿瘤细胞具有细胞毒性，与DON相比具有更高的效力。使用与人类相似的前药代谢的小鼠模型，与血浆相比，前药对DON在肿瘤暴露比血浆高约5倍，对肿瘤的暴露比正常组织高11倍。这些研究描述了一种新型肿瘤靶向谷氨酰胺拮抗剂的发现，为DON的临床转化提供依据。
最新发表在Science杂志上的一项研究中，揭示了一种在过去研发失败的抗癌药的升级版能够阻断谷氨酰胺代谢的化合物，改变肿瘤微环境，并促进持久性的高活性抗肿瘤T细胞的产生，作为谷氨酰胺拮抗剂DON的一种前药(prodrug)，这种名为JHU083的化合物在体内经过酶促反应后产生它的活性形式(即DON)在肿瘤内发挥作用。
研究人员发现在多种不同的小鼠癌症模型中，阻断谷氨酰胺代谢可以严重破坏整个肿瘤的代谢，并对TME内的营养环境产生显著影响，显著降低了肿瘤生长，并提高了生存率。无需额外的免疫疗法，谷氨酰胺阻断作用就能显著增强内源性抗肿瘤免疫力。对于肿瘤细胞而言，糖酵解、OXPHOS和谷氨酰胺代谢之间的相互依赖性缺乏可塑性，因此靶向谷氨酰胺代谢会导致广泛的代谢抑制、NADP(H)体内稳态的破坏和生长受阻。相反，在T细胞中靶向谷氨酰胺代谢会导致适应性代谢重编程，从而增强生存、增殖和效应子功能。但是由于JHU083缺乏对肿瘤细胞的特异性靶向，仍然受到了脱靶毒性的限制。
现有技术中，传统的肿瘤靶向主要包括依靠抗体蛋白的主动靶向肿瘤策略和依靠纳米载体的被动靶向递送策略，抗体蛋白的主动靶向虽然具有良好的靶向性，但依然面临抗体装载药物效率低、肿瘤抗原表达差异性、抗体内吞难度大等困难，导致药物靶向效率低；依靠纳米载体的被动靶向则面临着递送效率低的问题。
传统前药设计的策略存在一个严重的缺陷—前药在非靶部位的非特异性激活。而且目前开发的前药都是在内源性激活或外源性刺激的条件下实现母体药物的释放和激活，其中过度表达酶、氧化物、还原物等内源性激活条件同样存在于正常细胞中，导致前药可能在非病灶部位释放药物，从而减弱治疗效果、造成毒副作用；而光、磁场、超声等外源性刺激不仅操作繁复、费用昂贵，而且不可避免地对正常组织造成伤害。
综上，已有的报道和公开的专利文献都不能有效的降低DON对正常细胞群体和特定器官产生的副作用，不能很好的解决靶向性差的问题，所以目前亟需一种能够降低DON的毒副作用、增强肿瘤靶向性和免疫治疗的疗效的DON前药。
发明内容
为了克服单一疗法在肿瘤治疗中易产生耐药性、靶向性差和明显的毒副作用等缺陷，本发明提出了一种DON前药分子、前药激活化合物和前药激活体系。通过酶触发的超分子自组装获得肿瘤靶向性，协同点击化学脱除反应和酶切反应实现时空可控的前药激活。该DON前药通过与靶向线粒体的前药激活化合物发生点击化学脱除反应，富集在肿瘤细胞线粒体中，再经过肿瘤过表达组蛋白去乙酰化酶(HDAC)激活定点释放DON，可以显著提高前药在肿瘤部位的累积，完成对肿瘤细胞特异性的杀伤，改善肿瘤微环境，增强内源性的抗肿瘤免疫力，促使免疫细胞杀灭肿瘤。DON前药在肿瘤部位的特异性释放，可大大减轻药物的毒副作用及不良反应并降低肿瘤的耐药性。同时利用近红外染料追踪自组装过程及验证线粒体靶向性。
本发明提供一种6-重氮基5-氧代-1-正亮氨酸(DON)前药分子，所述DON前药分子为反式环辛烯改性的DON分子，由DON、通过化学键连接的酯基和点击化学基团反式环辛烯构成，所述酯基连接在6-重氮基5-氧代-1-正亮氨酸的羧基上，所述前药分子的化学结构式如下：
其中R为1-6个碳的烷基。
进一步的，所述R为甲基、乙基、异丙基中的任一种。甲基、乙基、异丙基基团比较小，容易在线粒体中被酶切除。
反式环辛烯改性的DON分子能够在空间结构上钝化DON的药物活性位点，并且在肿瘤内能够实现DON前药的高效特异性激活或得到纳米缓释药物，实现安全有效的抗肿瘤效果。
本发明还提供一种激活DON前药分子的前药激活化合物，包括多肽片段、近红外基团和四嗪基团，所述近红外基团和所述四嗪基团通过化学键连接在所述多肽片段上；所述多肽片段中含有磷酸化的酪氨酸、具有2个-NH2的氨基酸和具有芳基的氨基酸。
多肽片段、近红外基团和四嗪基团是三个明确的功能单元。如图2所示，其中多肽片段中的磷酸化酪氨酸是磷酸酶响应单元，肿瘤细胞中存在过表达的磷酸酶能将多肽片段中磷酸化酪氨酸去磷酸化，而正常细胞中没有过表达的磷酸酶，因此前药激活化合物依赖于多肽片段中磷酸化的酪氨酸实现对肿瘤细胞的靶向；前药激活化合物到达肿瘤细胞后，化合物中的近红外基团靶向线粒体，进而在肿瘤细胞线粒体中原位自组装形成纳米组装体，实现了前药激活化合物以及其中四嗪基团在肿瘤细胞中的特异性富集；而反式环辛烯改性的DON前药在四嗪基团存在时，会发生逆电子需求D-A反应(逆狄尔斯-阿尔德反应)，反式环辛烯基团内发生化学键的重排断裂，在经过肿瘤过表达的酶响应释放出前药中具有药物活性的DON母药，实现前药激活。
本发明所述的多肽片段中至少含有三个氨基酸，其一是磷酸化的酪氨酸，其二是含有2个-NH2的氨基酸，其三是含有芳基的氨基酸，多肽片段中的氨基酸序列可根据实际情况进行调整。
含有2个-NH2的氨基酸，以赖氨酸为例，手性碳上的-NH2参与了与其他氨基酸之间的缩合反应而形成肽键，侧链上的-NH2作为后续四嗪基团的连接单元；含有芳基的氨基酸，以苯丙氨酸为例，其中的芳香基与前药激活化合物中的疏水基团共同作为π-π作用单元，用于构建前药激活化合物在肿瘤细胞上的纳米组装体；此外，多肽片段中的氢键作用也是前药激活纳米组装体的组装驱动力。
进一步的，所述多肽片段的氨基酸数目为3～6个。
优选地，所述氨基酸中至少有一个含有2个-NH2的氨基酸，例如至少1个赖氨酸或精氨酸；优选地，所述氨基酸中至少有一个含有芳基的氨基酸，例如至少1个苯丙氨酸或色氨酸；优选地，所述氨基酸选自赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、精氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸或谷氨酰胺中的任意一种或多种的组合。
进一步的，所述多肽片段为磷酸化的酪氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸。
进一步的，所述近红外基团为线粒体靶向的近红外基团。所述近红外基团选自菁染料类、BODIPY类、罗丹明类、方酸类中的任一种。所述菁染料类选自Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7中的任一种。
本发明还提供一种DON前药激活体系，包括所述的DON前药分子和所述的激活DON前药分子的前药激活化合物。
本发明还提供一种所述的DON前药分子的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯；
(2)制备含TCO的DON酯；
(3)所述反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯与所述含TCO的DON酯在溶剂中避光反应得到所述6-重氮基5-氧代-1-正亮氨酸前药分子。
进一步的，所述步骤(2)中含TCO的DON酯的制备方法如下：
(2-1)以L-焦谷氨酸为起始原料，与醇反应合成酯；
(2-2)通过Fomc基团保护步骤(2-1)合成的所述酯的氨基；
(2-3)步骤(2-2)的氨基被保护后的酯与三甲基硅烷化重氮甲烷反应，合成得到Fomc保护的DON酯；
(2-4)步骤(2-3)中所述的得到Fomc保护的DON酯脱保护后得到氨基裸露的DON酯；
(2-5)步骤(2-4)中所述的氨基裸露的DON酯与TCO基团反应得到含TCO的前药TCO-6-DON-OR；所述R为1-6个碳的烷基。
进一步的，所述步骤(3)中的所述避光反应中还包括催化剂。所述催化剂为N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶或三乙醇胺中的任意一种或至少两种的组合。
进一步的，所述步骤(3)中所述反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯与所述含TCO的DON酯的摩尔比为(0.2～0.9):1。所述催化剂与所述反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯的摩尔比为(0.1～0.9):1。
进一步的，所述步骤(3)中避光反应的温度为20～35℃，避光反应的时间为12～48h。
本发明还提供一种所述的前药激活化合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用固相合成法，在载体树脂上，以末端氨基和侧链氨基均被保护的氨基酸为原料，依次缩合，反应得到多肽产物；
(2)将近红外染料连接到步骤(1)得到的多肽片段上，得到带有近红外基团的多肽产物；
(3)将步骤(2)得到的带有近红外基团的多肽产物与活化的四嗪衍生物进行反应，在多肽产物上引入四嗪基团，得到所述前药激活化合物。
本发明还提供所述的前药激活化合物作为抗肿瘤前药激活剂的应用。
本发明还提供所述的前药激活体系在制备抗肿瘤药物中的应用。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)开发一种可以原位释放的谷氨酰胺代谢抑制剂DON前药，降低药物不良反应。本发明引入了点击化学激活的前药策略，在其活性位点氨基上修饰点击化学反应基团，实现前药的定点富集，定点释放，克服DON对正常细胞群体和特定器官产生明显的副作用，减轻药物的不良反应。
(2)首次将点击化学/酶双激活策略引入到DON前药的释放，实现了时空控制前药活化，在肿瘤部位特异性释放，提高前药的靶向能力，增强肿瘤的杀伤力。采用酶促自组装(EISA)在肿瘤线粒体中实现点击化学的自组装体系，引导DON前药通过点击化学反应在肿瘤部位富集，克服前药靶向性差的缺陷，构建点击化学/酶双响应的前药激活策略，建立安全有效的肿瘤抑制策略完成对肿瘤细胞特异性的杀伤。
(3)抑制肿瘤细胞的谷氨酰胺代谢过程，提升免疫治疗效果，解除肿瘤对免疫治疗的耐药。在本发明中，利用DON的前药在肿瘤部位释放，抑制肿瘤细胞中谷氨酰胺代谢有关的多种酶，全面阻断谷氨酰胺的代谢，改善肿瘤微环境，增强免疫治疗的疗效，避免了对谷氨酰胺酶抑制的抗药性和对单药疗法的代谢适应，克服肿瘤细胞的耐药性，为前药的开发及临床应用提供理论依据。
(4)本发明的前药激活化合物及前药激活体系生物相容性好，无系统毒性。所述前药激活化合物的制备方法中采用固相合成法，操作简单，得到的产物化学纯度高，总产率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提出的一种点击化学/酶双响应的DON前药激活体系的示意图。
图2为本发明的前药激活化合物的结构示意图。
图3为实施例1中含TCO的DON酯的合成路线图。
图4为实施例3中2-氨基-6-重氮-5-氧代己酸乙酯(DON-OEt)的合成路线图。
图5为实施例4中2-氨基-6-重氮-5-氧代己酸异丙酯(DON-OiPr)的合成路线图。
图6为实施例5中2-氨基-6-重氮-5-氧代己酸甲酯(DON-OMe)的合成路线图。
图7为本发明实施例2的含四嗪的多肽化合物的质谱图。
图8为本发明实施例4的氨基-6-重氮-5-氧代己酸异丙酯的质谱图。
图9为本发明实施例5的氨基-6-重氮-5-氧代己酸甲酯的质谱图。
图10为本发明实施例7所述不同前药对肿瘤细胞的毒性实验结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
酶促自组装(EISA)是很常见的现象，在生命系统中是非常关键的过程，但它很少用于开发抗癌治疗剂。针对肿瘤细胞的“不可成药”靶点或“无法定位”的特点，酶促自组装策略可以和多个靶标相互作用，用于开发肿瘤特异性的治疗方案。EISA可以极大地丰富抗肿瘤药物的递送策略，增强药物在肿瘤部位的特异性富集。通过利用EISA的优势，可以很好的弥补前药的脱靶毒性的缺陷。因而，将酶促自组装与生物正交前药概念相结合，能够更好的实现前药在特异部位定点释放的功能，不仅极大地降低了抗癌药物的毒副作用，而且增强了靶向活化能力。
本发明所述前药激活化合物的设计是基于识别肿瘤区别于正常组织的特有信号实现靶向，在肿瘤细胞中过表达磷酸酶的存在下诱导前药激活化合物发生非共价作用的超分子组装，形成纳米组装体结构，进而在四嗪基团的催化下激活前药分子；本发明中前药激活化合物利用在肿瘤细胞中过表达的碱性磷酸酶的酶促反应原位去磷酸化和分子自组装，产生含近红外基团的水凝胶，被肿瘤细胞摄取，定位于线粒体。前药激活化合物与前药反式环辛烯-DON酯(TCO-DON-OR)通过点击化学脱除反应，在线粒体中释放DON。DON通过阻断谷氨酰胺的代谢破坏肿瘤的代谢，抑制肿瘤细胞的生长，改善肿瘤微环境(TME)，增强内源性抗肿瘤免疫。协同DON前药的点击化学脱除反应，原位释放DON，完成对肿瘤细胞特异性的杀伤，可大大减轻药物的毒副作用及不良反应并降低肿瘤的耐药性。本发明展示了一种通过以肿瘤细胞特异性方式靶向线粒体，通过与前药的点击化学脱除反应来选择性杀死肿瘤细胞的多靶向协同作用的新策略，实现对肿瘤的精准治疗。激活前药的机理是四嗪基团催化反式环辛烯基团的生物正交反应，具有简单、高效和专一性高的特点，因此，本发明提供的多肽四嗪类前药激活化合物生物相容性好、免疫原性低，毒副作用低。本发明的前药激活体系如图1所示。
本发明利用在肿瘤细胞中过表达的碱性磷酸酶的酶促反应原位去磷酸化和分子自组装，产生含近红外基团的水凝胶，实现肿瘤特异性的富集，在肿瘤细胞的线粒体中通过与DON前药的点击化学脱除反应和肿瘤过表达的组蛋白去乙酰化酶激活定点释放DON，实现对肿瘤细胞的谷氨酰胺代谢的抑制，改善肿瘤微环境，增强免疫治疗的疗效，最终完成对肿瘤精准靶向及治疗。
实施例1制备含TCO的DON酯
具体步骤如下，如图3所示：
(1)以L-焦谷氨酸为起始原料，与醇反应合成酯；
(2)再通过Fomc基团保护氨基；
(3)后与三甲基硅烷化重氮甲烷反应，合成得到Fomc保护的DON酯；
(4)再脱保护后得到氨基裸露的DON酯(DON-OR)。
(5)最后与TCO基团反应得到含TCO的前药TCO-DON-OR。所述R为1-6个碳的烷基，优选为甲基、乙基、异丙基中的任一种。甲基、乙基、异丙基基团比较小，容易在线粒体中被酶切除。
实施例2制备前药激活化合物
具体步骤如下：
多肽片段是利用固相合成法合成的，将90mg得到的产物与40mg2-[4-(6-甲基-1,2,4,5-四嗪-3-基)]苯基乙酸溶于5mL N,N-二甲基甲酰胺中，加入52mg N,N-二异丙基乙胺和151mg苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，通氮气，在25℃下反应24h，得到粗制的含四嗪的多肽化合物；将粗制的含四嗪的多肽化合物用半制备HPLC进行提纯得到精制产品，得到96mg，产率为86.7％。用电喷雾-质谱法(ESI-MS)对制得的含四嗪的多肽化合物进行表征，结果如图7所示结果如下化学式:C59H60N9O12P，质核比:1117.4099，测得[M-H]-:1116.4040。
将56mg含四嗪的多肽化合物和41.5mg近红外染料Cy5.5-NH2溶于5mL N,N-二甲基甲酰胺中，加入36mg N,N-二异丙基乙胺和76mg苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，通氮气，在25℃下反应24h，得到粗制的前药激活化合物。将粗制的含四嗪的多肽化合物用半制备HPLC进行提纯得到精制产品，得到74mg，产率为82.1％。所述近红外基团可以选自菁染料类、BODIPY类、罗丹明类、方酸类中的任一种。所述菁染料类可选自Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7中的任一种。用电喷雾-质谱法(ESI-MS)对制得的含四嗪的多肽化合物进行表征，结果如下化学式:Chemical Formula:C105H115ClN13O12P，质核比:[M-Cl]+:1780.8526，测得[M-Cl]+:1780.8521，说明成功合成了所述前药激活化合物，制备得到的前药激活化合物的结构为：
实施例3制备一种反式环辛烯改性的母药分子
本实施例对应于实施例1中所述的TCO-DON-OR中的所述R为乙基。
2-氨基-6-重氮-5-氧代己酸乙酯(DON-OEt)通过图4的合成路线合成得到。TCO-DON-OEt是通过DON-OEt和反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯合成的。60mg的DON-OEt和90mg反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯溶于干燥得二氯甲烷中，加入80mg N,N-二异丙基乙胺，室温下，反应24h。反应停止后，浓缩，使用硅胶柱洗脱剂为二氯甲烷：甲醇＝30:1柱层析分离，得到产物39mg，产率37％。用电喷雾-质谱法(ESI-MS)对制得的TCO-DON-OEt进行表征，结果如图8所示，结果如下化学式：C17H25N3O5，质核比:351.1794，测得[M+H]+:352.1790，说明成功合成了所述反式环辛烯改性的母药分子TCO-DON-OEt。
实施例4制备一种反式环辛烯改性的母药分子
本实施例对应于实施例1中所述的TCO-DON-OR中的所述R为异丙基。
2-氨基-6-重氮-5-氧代己酸异丙酯(DON-OiPr)合成方法同实施例3相同，得到产物30mg，产率41％。用电喷雾-质谱法(ESI-MS)对制得的TCO-DON-OiPr进行表征，结果如下化学式：C18H27N3O5，质核比:365.1951，测得[M]:365.2076，说明成功合成了所述反式环辛烯改性的母药分子TCO-DON-OiPr。
实施例5制备一种反式环辛烯改性的母药分子
本实施例对应于实施例1中所述的TCO-DON-OR中的所述R为甲基。
2-氨基-6-重氮-5-氧代己酸甲酯(DON-OMe)合成方法同实施例3相同，得到产物38mg，产率45％。用电喷雾-质谱法(ESI-MS)对制得的TCO-DON-OMe进行表征，结果如下化学式:C16H23N3O5，质核比:337.1638，测得[M+H]+:338.1700，说明成功合成了所述反式环辛烯改性的母药分子TCO-DON-OMe。
实施例6 DON前药的制备方法
本发明提供的DON前药的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将摩尔比为(1～2):1的反式环辛烯醇与4-硝基苯酚氯甲酯在溶剂中，碱存在下，其中碱与4-硝基苯酚氯甲酯的摩尔比为(1～2):1，25～35℃反应12～48h得到反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯；
(2)将摩尔比小于1:1的反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯与DON酯在溶剂中，催化剂存在下，其中催化剂与反式环辛烯醇对硝基苯碳酸酯的摩尔比小于1:1，20～35℃避光反应12～48h得到DON前药。
实施例7细胞活性测试
本实施例测试反式环辛烯改性的DON前药(TCO-DON-OR)对肿瘤细胞和正常细胞的毒性。实验步骤如下：在96孔板中接种细胞悬浮液(100μL/孔)。将培养板放在37.5℃，5％CO2条件下的培养箱中预培养。向每孔中加入10μL的CCK-8溶液。将培养板在培养箱内孵育1-4个小时。用酶标仪测定在450nm处的吸光度。计算公式：细胞存活率＝[(As-Ab)/(Ac-Ab)]*100％，As：实验孔(含有细胞的培养基、CCK-8、待测物)，Ac：对照孔(含有细胞的培养基、CCK-8、没有待测物)，Ab：空白孔(不含细胞和待测物的培养基)。如图10所示，DON前药相比DON，对肿瘤细胞的毒性更大，这是由于DON前药更容易靶向肿瘤细胞，在肿瘤细胞中经过激活释放更多的DON。DON前药在正常细胞的毒性比在肿瘤细胞中低，表明DON前药可以大大降低对正常细胞的毒性。因此，DON前药的点击化学/酶双响应的激活策略具有优异的肿瘤靶向性，并大大降低了对正常组织的毒性。
实施例8本发明的前药激活化合物可作为抗肿瘤前药激活剂，本发明的前药激活体系在制备抗肿瘤药物中的应用
本发明的前药激活化合物和DON前药可作为DON前药激活体系用于制备抗肿瘤药物，通过静脉注射的方式，先注射DON前药，一段时间后再注射前药激活化合物，DON前药和前药激活化合物不能够同时注射，否则DON前药会立刻被激活，无法靶向到肿瘤部位。随着后注射的前药激活化合物进入人体，DON前药在肿瘤细胞中过表达磷酸酶的存在下诱导前药激活化合物发生非共价作用的超分子组装，形成纳米组装体结构，产生含近红外基团的水凝胶，被肿瘤细胞摄取，定位于线粒体。前药激活化合物与前药反式环辛烯-DON酯(TCO-DON-OR)通过点击化学脱除反应，在线粒体中释放DON。DON通过阻断谷氨酰胺的代谢破坏肿瘤的代谢，抑制肿瘤细胞的生长，改善肿瘤微环境(TME)，增强内源性抗肿瘤免疫。
综上，为了降低DON药物对正常组织的毒性、提高肿瘤的靶向性、降低肿瘤的耐药性，本发明构建了一种点击化学/酶双响应的前药激活系统，包括DON前药分子和前药激活化合物，该系统通过酶触发的超分子自组装获得肿瘤靶向性，协同点击化学脱除反应和酶切反应实现时空可控的前药激活。该DON前药通过与靶向线粒体的前药激活化合物发生点击化学脱除反应，富集在肿瘤细胞线粒体中，再经过肿瘤过表达组蛋白去乙酰化酶(HDAC)激活定点释放DON，实现时空可控的前药激活，克服前药靶向性差的缺陷，实现对肿瘤细胞的谷氨酰胺代谢的抑制，减轻药物的不良反应，改善肿瘤微环境构，增强免疫治疗的疗效，增强内源性抗肿瘤免疫力，最终完成对肿瘤精准靶向及治疗，建了安全有效的肿瘤抑制策略，为扩大化疗药物的治疗窗口提供了新思路。同时可利用近红外染料追踪自组装过程及验证线粒体的靶向性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药分子，其特征在于，所述前药分子的化学结构式如下：
其中R为1-6个碳的烷基。
2.根据权利要求1所述的前药分子，其特征在于，所述前药分子的化学结构式中的所述R为甲基、乙基、异丙基中的任一种。
3.一种激活如权利要求1或2所述的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药分子的前药激活化合物，其特征在于，具有如下化学结构式：
4.一种6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药激活组合物，包括如权利要求1-2任一项所述的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药分子和如权利要求3所述的前药激活化合物。
5.一种根据权利要求1-2任一项所述的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药分子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备反式环辛烯对硝基苯碳酸酯；
(2)制备6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯；
(3)所述反式环辛烯对硝基苯碳酸酯与所述6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯在溶剂中避光反应得到所述6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药分子。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯的制备方法如下：
(2-1)以L-焦谷氨酸为起始原料，与醇反应合成酯；
(2-2)通过Fmoc基团保护步骤(2-1)合成的所述酯的氨基；
(2-3)步骤(2-2)的氨基被保护后的酯与三甲基硅烷化重氮甲烷反应，合成得到Fmoc保护的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯；
(2-4)步骤(2-3)中所述的得到Fmoc保护的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯脱保护后得到氨基裸露的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的所述避光反应中还包括催化剂；所述催化剂为N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶或三乙醇胺中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求5或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述反式环辛烯对硝基苯碳酸酯与所述6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸酯的摩尔比为(0.2～0.9):1；所述催化剂与所述反式环辛烯对硝基苯碳酸酯的摩尔比为(0.1～0.9):1。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述避光反应的温度为20～35℃；所述避光反应的时间为12～48h。
10.如权利要求3所述的前药激活化合物作为权利要求1或2所述的6-重氮基5-氧代-L-正亮氨酸前药分子的激活剂的应用。
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