吡咯烷類基質(zhì)金屬蛋白酶

1、吡咯烷類基質(zhì)金屬蛋白酶-2 抑制劑的設(shè)計合成及其初步活性研究惡性腫瘤是目前嚴重威脅人類健康和生命的疾病之一, 尋找高效低毒的選擇性抗癌藥物已迫在眉睫。而侵襲與轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最顯著的生物特征, 是導致癌癥患者臨床死亡的主要原因。傳統(tǒng)的治療手段如放療、化療及外科手術(shù)主要針對原發(fā)腫瘤, 但對轉(zhuǎn)移而形成繼發(fā)性腫瘤的治療效果欠佳。 因此腫瘤轉(zhuǎn)移仍然是抗腫瘤治療所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)?；|(zhì)金屬蛋白酶（ matrixmetalloproteinases,MMPs）是一類活性依賴于鋅離子的肽鏈內(nèi)切酶 , 對細胞外基質(zhì)降解、組織重建以及細胞間多種可溶性因子的調(diào)控起重要作用。 臨床前和臨床試驗的數(shù)據(jù)表明,MMPs在惡性

2、腫瘤的發(fā)展中起到了重要作用 , 抑制 MMPs的活性能夠顯著地阻斷原發(fā)和繼發(fā)腫瘤的侵襲, 起到腫瘤治療的作用。MMPs的表達和活化是一個多步驟的過程, 包括 MMP基因的轉(zhuǎn)錄、 MMP酶原分泌進入細胞外基質(zhì)、酶原的激活等。阻斷其中的任何一個步驟都可能抑制MMP的活性與功能。目前的藥物設(shè)計主要基于以下幾個方面: （1）阻斷 MMPs基因的轉(zhuǎn)錄 ; （ 2）阻斷 MMPsmRNA的翻譯 ;（ 3）阻斷 MMPs酶原激活 ;（ 4）直接作用于活化后的MMPs,阻斷其蛋白水解活性。 基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑 （MMPIs）能通過抑制活化后的MMPs的蛋白水解活性 , 保護基底膜及 ECM,抑制腫瘤血管生成

3、 , 減少原發(fā)性腫瘤生長 ,同時降低腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生率。在 MMPs催化活性中心鋅離子附近, 有兩個疏水口袋（ S1口袋和 S2口袋） ,S1 口袋深而狹窄 ,S2 口袋較淺。對已有的MMPIs結(jié)構(gòu)進行分析發(fā)現(xiàn) , 幾乎所有的 MMPIs都由三個部分組成 : 一個是使其適合酶識別位點的化合物骨架,另一個是鋅離子螯合基團（ZBG）, 還有一個口袋側(cè)鏈。近年來 , 我們課題組設(shè)計、合成了一些吡咯烷類基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑, 并對其進行了活性研究。研究發(fā)現(xiàn), 其中一個化合物 LY52 能顯著抑制 MMP-2的活性 ,對 MMP-2的 IC50=9.0nM。LY52還能抑制人卵巢癌細胞株SKOV3的侵襲。

4、該化合物能顯著抑制小鼠 Lewis 肺癌細胞轉(zhuǎn)移?？梢?,LY52 是通過抑制 MMP-2活性 , 從而抑制癌細胞侵襲和轉(zhuǎn)移的。為了發(fā)現(xiàn)更有效的 MMP抑制劑 , 基于我們課題組以前的工作, 借鑒現(xiàn)有 MMP抑制劑的結(jié)構(gòu)特點 , 以 LY52 為先導物 , 對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化 , 設(shè)計、合成了 A、B、C 三個系列共71 個目標化合物 , 其中 A 系列化合物 29 個,B 系列化合物 18 個 ,C 系列化合物 24個。在 A 系列化合物的合成中 , 以 trans-4- 羥基 -L- 脯氨酸（ 1）為手性模板 , 中間體（2S,4S）- 甲基 1- 酰基 -4- 氨基吡咯烷 -2- 羧酸酯（

5、A6a-c）經(jīng)過酯化、?；?、磺化、SN2親核取代和催化氫化制得。 在親核取代一步 ,（3R,5S）-5-（甲氧羰基） -1- ?；量┩?-3-yl磺酸酯（ A4a-b）和疊氮鈉反應(yīng) , 產(chǎn)生構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的疊氮化物（ A5a-b）。A5a-b 在 5%Pd-CaCO3催化氫化下得到中間體A6a-c 。A6a-c 與各種酰氯反應(yīng) , 得到（ 2S,4S）- 甲基 4- 酰胺基 -1- ?；量┩?-2- 羧酸酯（ A7a-m）,進一步氨解或水解制得（2S,4S）-1- ?；?-4- 酰胺基 -N- 羥基吡咯烷 -2- 羧酰胺（ A8a-e）和（ 2S,4S）-4-（ 3,4,5- 三甲氧基苯基）-1

6、- 乙?；量┩?-2- 羧酸（A9）。A9 進一步與甘氨酸甲酯反應(yīng)制得甲基2-（ 2S,4S）-4- （3,4,5- 三甲氧基苯甲酰胺基） -1- 乙?；量┩?-2- 羧酰胺基）乙酸酯（ A10）。在 B 系列化合物的合成中 , 以 trans-4-羥基 -L- 脯氨酸（ 1）為手性模板 , 經(jīng)過酯化、磺化和瓊斯氧化制得中間體 1- 磺?；?-4- 氧 - 吡咯烷 -2- 羧酸甲酯（ B4a-c）。B4a-c 與各種二醇加成 , 得到縮酮 B5a-f 。在這一步 , 對甲苯磺酸作為催化劑 ,Dean-Stark分水器用來除去生成的水。B5a-f 與 NH2OK氨解制得最終的螺環(huán)化合物（B6

7、a-f ）。在 C系列化合物的合成中 , 以 trans-4-羥基 -L- 脯氨酸（ 1）為手性模板 , 經(jīng)過酯化、磺化制得中間體 C3a-c。C3a-c 進一步酯化得到C4a-r,C3a-c 進一步氨解制得C5a-c。這些化合物的結(jié)構(gòu)由紅外光譜、氫核磁共振光譜和質(zhì)譜得到確證。我們對所合成的化合物進行了初步的抑制MMP-2和 AP-N的活性實驗。實驗結(jié)果表明 : 所有三個系列化合物都表現(xiàn)出對MMP-2的選擇性抑制作用。對 MMP-2抑制而言 , 化合物 A8a-c 、B6a-d、C4c、 C4j 、C5a和 C5b的活性優(yōu)于陽性對照 LY52。應(yīng)用 Tripos 公司的 Sybyl 7.0 軟

8、件 , 我們對活性較好的化合物做了對接研究。研究結(jié)果表明 : 化合物吡咯烷母核 N1位或者 C4位側(cè)鏈伸入 MMP-2活性中心的 S1口袋 ,C2 位所連 ZBG鰲合 MMP-2活性中心的鋅離子。 A 系列化合物初步的構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果是 : 含異羥肟酸 ZBG的化合物活性明顯優(yōu)于含羧酸酯 ZBG的化合物 ; 吡咯烷母核 C4位引入較長的側(cè)鏈 ,N1 位引入較短的側(cè)鏈 , 有利于活性的提高。B 系列化合物初步的構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果是: 含異羥肟酸 ZBG的化合物活性明顯優(yōu)于含羧酸酯ZBG的化合物 ; 在吡咯烷母核 N1位引入對甲苯磺?；?,C4 位引入五元縮酮環(huán)有利于活性的提高。 C 系列化合物初步的構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果是 : 含異羥肟酸 ZBG的化合物活性較好 ; 含蝴蝶樣對稱結(jié)構(gòu)和羧酸酯 ZBG的化合物也表現(xiàn)出很好的活性 ; 在吡咯烷母核 N1位引入對甲苯磺?；欣诨钚缘奶岣?。B、C 系列化合物都是磺酰胺吡咯烷類化合物。與 A 系列化合物比較 , 在構(gòu)效關(guān)系結(jié)果上有些差別。這可能是由于引入磺酰胺基改變了化合物與酶的結(jié)合模式。在此基礎(chǔ)上, 我們提出了活性化合物與 MMP-2的可能結(jié)合模式。總之 , 我