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基于c-Met靶点的抗肿瘤药物的设计与合成研究

作　者: 叶连宝
导　师: 吴曙光
学　校: 南方医科大学
专　业: 药理学
关键词: 癌症 抗癌药物 c-Met抑制剂 分子对接
分类号: R914.5
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


c-Met酪氨酸激酶是肝细胞生长因子高亲和性配体,c-Met广泛表达于多种人体正常组织,但在肺癌、结肠癌、肝癌、直肠癌、胃癌、卵巢癌、肾癌、神经胶质瘤、黑素瘤、乳腺癌、前列腺癌等肿瘤组织中呈现出异常的高表达、突变或活性改变。在多种肿瘤组织中发现HGF/c-Met信号通路异常活化-这种异常活化参与并调控这些肿瘤的发生、发展或转移。由于c-Met是导致肿瘤形成及转移的许多通路的交叉点,以c-Met为靶标可相对较容易地实现对许多通路的同时干扰,因而,c-Met是抗肿瘤转移治疗的一个极有希望的靶点,已成为抗癌药物研究的热点领域之一。目前,已经发现了许多能够阻断HGF/c-Met信号传导途径的化合物,其中小分子c-Met激酶抑制剂已经成为研究的重点。本课题以Pfizer开发的1-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪类化合物PF-04217903、Janssen开发的3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪类化合物JNJ-38877605、SGX公司的三唑哒嗪类化合物SGX-523以及课题组前期研究的2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚类、螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮类专利化合物为先导化合物,基于激酶的"DFG-in"构象的晶体结构和I型抑制剂的药效团模型,结合三唑类I型c-Met抑制剂的构效关系,总结了国际知名药企对该类化合物的优化改造经验,通过生物电子等排体原理、拼合原理及分子对接等手段设计合成了一系列新化合物采用定向合成和其它化合物制备技术,合成这些化合物。然后对合成的衍生物进行活性评价,筛选出活性更好的化合物,采用分子对接对设计的化合物与c-Met结合情况进行了初步的分析和探讨,结合化合物的活性情况,进行了初步构效关系分析,为开发具有临床应用价值的c-Met酪氨酸激酶抑制剂奠定基础。项目主要研究工作及结果如下：1、将先导化合物中的1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪或3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪环通过生物电子等排体原理用3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、嘌呤、吲哚唑环替代,设计并合成3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、嘌呤、吲哚唑系列的化合物：(1)3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶类化合物,在三唑[4,5-d]嘧啶环的5位分别引入1-甲基-1H-吡唑、1-(2-四氢-2H-吡喃-2-氧乙基)-1H-吡唑、1-(4-羟基环己基)-1H-吡唑1-[(1R,4R)-4-(正丁基二甲基硅氧基)环己基]-1H-吡唑和1-((1R,4R)-4-羟基环己基)-1H-吡唑得到化合物6-((5-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-3-基)甲基)喹啉WXY001,6-(5-(2-(1-(2-四氢-2H-吡喃-2-基氧乙基)-1H-吡唑-4-基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-3-基)甲基)喹啉WXY002,2-(4-(3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-5-基)-1H-吡唑-1-基)乙醇WXY003,6-((5-(1-((1R,4R)-4-(叔丁基二甲基硅氧基)环己基)-1H-吡唑-4-y1)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-3-基)甲基)喹啉WXY004,(1R,4R)-4-[4-[3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-5-基]-1H-吡唑-1-基]环己醇WXY005。此类目标化合物是通过1位取代的4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂戊硼烷-2-基)吡唑与5-氯-3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶进行Suzuki耦合反应得到。(2)7-(喹啉-6-基甲基)嘌呤类化合物,在嘌呤环的2位分别引入1-甲基-1H-吡唑、1-(2-四氢-2H-吡喃-2-氧乙基)-1H-吡唑、1-(4-羟基环己基)-1H-吡唑1-[(1R,4R)-4-(正丁基二甲基硅氧基)环己基]-1H-吡唑和1-((1R,4R)-4-羟基环己基)-1H-吡唑得到化合物6-[[2-(1-甲基-1H吡唑-4-基)-9H-嘌呤-9-基]甲基]喹啉WXY006,6-[[2-[1-(2-四氢-2H-吡喃-2-基氧乙基)1H-吡唑-4-基]-9H-嘌呤-9-基]甲基]喹啉WXY007,2-[4-[9-(6-喹啉基甲基)-9H-嘌呤-2-基]-1H吡唑-1-基]乙醇WXY008,6-((2-(1-((1R,4R)-4-(叔丁基二甲基硅氧基)环己基)-1H-吡唑-4-基)-9H-嘌吟-9-基)甲基)喹啉WXY009,(1R,4R)-4-[4-[9-(喹啉基-6-甲基)-9H-嘌呤-2-基]-1H-吡唑-1-基]环己醇WXY010。该类化合物以2-氯-N4-(喹啉-6-基-甲基)嘧啶-4,5-二胺为原料,与原甲酸三甲酯在对甲苯磺酸一水合物催化下环合后再与1位取代的4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂戊硼烷-2-基)吡唑进行Suzuki耦合反应得到。(3)1(2)-(喹啉-6-基甲基)吲哚唑类化合物在吲哚唑6位引入1-甲基-1H吡唑、1-(2-四氢-2H-吡喃-2-氧乙基)-1H-吡唑、1-(4-羟基环己基)-1H-吡唑1-[(1R,4R)-4-(正丁基二甲基硅氧基)环己基]-1H-吡唑和1-((1R,4R)-4-羟基环己基)-1H-吡唑得到化合物6-[[6-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)-1H-吲唑-1-基]甲基]喹啉WXY011,6-[[6-[1-(2-四氢-2H-吡喃-2-基氧乙基)-1H-吡唑-4-基]吲唑-1-基]甲基]喹啉WXY012,2-[4-[1-(喹啉-6-甲基)-1H吲唑-6-基]-1H-吡唑-1-基]乙醇WXY013,6-((6-(1-((1R,4R)-4-(叔丁二甲硅氧基)环己基)-1H-吡唑-4-基)-1H-吲唑-1-基)甲基)喹啉WXY014,(1R,4R)-[4-[4-[1-(喹啉-6-甲基)-1H-吲唑-6-基]-1H-吡唑-1-基]环己醇WXY015,6-[[6-(1-甲基-1H-吡唑-4-基)-2H-吲唑-2-基]甲基]喹啉WXY016,6-[[6-[1-(2-四氢-2H-吡喃-2-基氧乙基)-1H-吡唑-4-基]-2H-吲唑-2-基]甲基]喹啉WXY017,2-[4-[1-(喹啉-6-甲基)-1H-吲唑-6-基]-1H-吡唑-1-基]乙醇WXY018,6-((6-(1-((1R,4R)-4-(叔丁二甲硅氧基)环己基)-1H吡唑1-4-基)-2H-吲唑-2-基)甲基)喹啉WXY019,(1R,4R)-[4-[4-[2-(喹啉-6-甲基)-2H-吲唑-6-基]-1H-吡唑-1-基]环己醇WXY020。该类化合物以1位取代的4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂戊硼烷-2-基)吡唑为原料,与商业可提供的6-溴-1H-吲哚唑发生Suzuki耦合反应,然后再与6-氯甲基喹啉发生亲电取代反应得到吲哚唑环1位取代的化合物及其对应的互变异构体吲哚唑环2位取代的化合物。MS和H’-NMR确认化合物的结构,对化合物进行c-Met生化半抑制浓度(IC50)实验,实验结果显示,3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶和嘌呤(咪唑并嘧啶)系列化合物活性较差,吲哚唑系列中大部分化合物对c-Met激酶有较强的抑制作用,除化合物WXY016和WXY019的IC50值超过10μM外,其余都在0.9μM以下。2、保留先导化合物中的1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪或3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪环、连接臂(亚甲基)、喹啉环三个部分不变,将课题组前期研究中的专利化合物2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚类化合物中的2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚结构片段引入到该类化合物中替换吡嗪环或哒嗪环上的取代基,得到新型的含1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪或3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪环的2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚类化合物8-[3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪-5-基]-2,3,4,5-四氢-1H-吡啶[4,3-b]吲哚-2-甲酸叔丁酯WXY021,8-[3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3三唑[4,5-b]吡嗪-5-基]-2,3,4,5-四氢-1H-吡啶[4,3-b]吲哚WXY022,8-[3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪-5-基]-2,3,4,5-四氢-1H-吡啶[4,3-b]吲哚-2-甲醛WXY023,8-[3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪-5-基]-2,3,4,5-四氢吡啶[4,3-b]吲哚-2-甲酰胺WXY024,8-[3-(6-喹啉基甲基)-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪-6-基]-2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚-2-甲酸叔丁酯WXY025,8-[3-(6-喹啉基甲基)-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪-6-基]-2,3,4,5-四氢-1H-吡啶[4,3-b]吲哚WXY026,8-[3-(6-喹啉基甲基)-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪-6-基]-2,3,4,5-四氢-1H-吡啶[4,3-b]吲哚-2-甲醛WXY027,8-[3-(6-喹啉基甲基)-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪-6-基]-2,3,4,5-四氢吡啶[4,3-b]吲哚-2-甲酰胺WXY028。8-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂戊硼烷-2-基)-1,3,4,5-四氢吡啶并[4,3-b]吲哚-2-甲酸叔丁酯与6-[(5-溴三唑[4,5-d]嘧啶-3-基)甲基]喹啉和6-[(6-氯-[1,2,4]三唑[3,4-f]哒嗪-3-基)甲基]喹啉发生Suzuki耦合反应得到WXY021和WXY022,然后再与甲酸及1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺盐酸盐发生甲酰化反应得到WXY023和WXY027,化合物WXY021和WXY022也与三甲基硅基异氰酸酯发生氨甲酰化反应得到WXY024,WXY028,同时得到化合物WXY025,WXY026。MS和H1-NMR确认化合物的结构,对化合物进行c-Met生化半抑制浓度(IC50)实验,实验结果显示,该类化合物对c-Met激酶有很强的抑制作用,化合物WXY022和WXY023的IC50值分别达到了0.0145和0.0995gM,其它化合物大部分在1gM以下。3、保留先导化合物中的1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪或3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪环以及其生物电子等排体3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、嘌呤环、连接臂(亚甲基)、喹啉环三个部分不变,将课题组前期研究中的专利化合物螺环化合物中的螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮结构片段引入到该类化合物中替换吡嗪环、哒嗪环、嘧啶环上的取代基,结合前期通过分子对接得到的结果,得到新型的含1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪、3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪环、3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、嘌呤环的螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮类化合物1’-甲基-5-[1-(6-喹啉基甲基)-1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪-6-基]螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY029、1’-甲基-6-[1-(6-喹啉基甲基)-1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪-6-基]螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY030、1’-甲基-5-(3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪-6-基)-螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY031、1’-甲基-6-(3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪-6-基)-螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY032、1’-甲基-5-(3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-5-基)-螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY033、1’-甲基-6-(3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶-5-基)-螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY034、1’-甲基-5-(7-(喹啉-6-基甲基)-嘌呤-2-基)-螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY035、1’-甲基-6-(7-(喹啉-6-基甲基)-嘌呤-2-基)-螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮WXY036,该类化合物由5位和6位硼酸吡呐醇酯与溴取代的1-(6-喹啉基甲基)三唑[4,5-b]吡嗪、3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,4]三唑[4,3-b]哒嗪、3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、7-(喹啉-6-基甲基)-嘌呤发生Suzuki耦合反应得到。MS和H1-NMR确认化合物的结构,对化合物进行c-Met生化半抑制浓度(ICso)实验,实验结果显示,该类化合物对c-Met激酶有很强的抑制作用,化合物WXY029、WXY030、WXY031、WXY032对c-Met的抑制作用较化合物WXY033、WXY034、WXY035、WXY036作用强,化合物WXY029、WXY030较化合物WXY031、WXY032化合物作用强,WXY030的IC50值达到了0.0145μM较化合物WXY029(IC50=0.227μM)强,WXY032(IC50=0.22μM)较化合物WXY021(IC50=0.28μM)强,这表明含1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪、3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪的螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮化合物较含3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、嘌呤环的螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮化合物有作用强,含有1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪的螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮化合物较含有3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪的螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮化合物作用强,螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮的6位取代较5为取代作用强。4、对分子水平对c-Met酶有强抑制作用的吲哚唑、2,3,4,5-四氢-1H-吡啶[4,3-b]吲哚、螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮类化合物进行MKN45细胞中c-Met半抑制浓度(IC50)实验,实验结果表明,大部分化合物对细胞中c-Met有较强的抑制作用,部分化合物的ICso值在10μM以下。5、对五大类合成的36个化合物进行了分子对接研究,分子对接结果显示,所有化合物与c-Met位点均采取“U”型结合模式,具备Ⅰ型c-Met抑制剂的典型特征,喹啉环上的氮与Met1160主链羰基形成氢键,喹啉环C-8与Pro1158羰基上的氧形成一个非经典的C-H-O=C氢键。这种作用与其他ATP-竞争性酶作用相似,稠合环(1H-[1,2,3]三唑[4,5-b]吡嗪环、3H-[1,2,3]三唑[4,3-b]哒嗪环、3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶、嘌呤、吲哚唑环)在Tyr1230和Met1211之间通过π-π堆积作用形成一个夹心结构,喹啉环和稠环之间的连接臂(亚甲基)刚好与Leu1157,Arg1086和Tyr1230或11109,Lys1110,A1a1226和Va11092组成的疏水口袋嵌合,该部分主要是影响稠合环的π-π堆积作用,在所有稠环中,以三唑吡嗪环效果最好,因为三唑哒嗪环作为一个缺电子母核在Tyr1230和Met1211之间通过π-π堆积作用形成一个夹心结构,三唑吡嗪环上的两个氮原子与Asp1222骨架上的NH形成两个氢键,因而与只能形成一个氢键的其它稠环相比其有较高的亲和力和较低的IC50值,而且与Asp1222间的氢键因其具有较低能量可以稳定该类化合物的构型。另外螺环上的哌啶环主要指向u型折叠构型的亲水表面,而该表面远离铰链区。因为在491个酪氨酸激酶中仅仅有c-Met,Axl和Mer三个激酶有两个氨基酸存在,来自Met1211和Tyr1230的疏水作用增加了该类化合物的选择性,螺环5位或六位取代的亲水稠环延伸到结合口袋,与WXY030相比,因螺环的张力存在使得WXY029不能与活性位点匹配,从而导致构型的改变以及增加N原子和Asn1167间的距离而不能形成氢键,因此WXY029的活性较WXY030低,同样的原因可以解释WXY031、WXY033、WXY035活性较WXY032、WXY034、 WXY036低。综上所述,本课题主要针对c-Met设计了118个信化合物,合成出了36个新化合物,未见文献报道,此外还合成了17个关键中间体。所有目标化合物合成中都用到了Suzuki耦合反应,该反应在在DMF/H2O的混合溶剂中、Pd (PPh3)4催化下进行获得较高的收率,得到的的目标化合物以吲哚唑类、2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚类、螺[吲哚啉-3,4’-哌啶]-2-酮类化合物有较好的抗肿瘤活性,WXY030、WXY022和WXY023对c-Met生化半抑制浓度(ICso)达到了10nM,显示强的抗肿瘤活性,对分子水平抑制作用强的化合物进行细胞研究显示部分化合物对MKN45细胞中c-Met的抑制作用达到了10μM。分子对接研究证实和解释了这些化合物的活性。为开发具有临床应用价值的c-Met酪氨酸激酶抑制剂奠定基础。

全文目录


摘要  3-10
ABSTRACT  10-20
第一章 引言  20-46
第二章 化合物设计  46-63
  第一节 基于c-Met靶点的3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶类新化合物的设计  48-49
  第二节 基于c-Met靶点的7-(喹啉-6-基甲基)嘌呤类新化合物的设计  49-51
  第三节 基于c-Met靶点的1(2)-(喹啉-6-基甲基)吲哚唑类新化合物的设计  51-53
  第四节 基于c-Met靶点2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚类新化合物的设计  53-56
  第五节 基于c-Met靶点的螺[吲哚啉-3,4'-哌啶]-2-酮类新化合物的设计  56-62
  第六节 小结  62-63
第三章 化合物的合成研究  63-99
  第一节 基于c-Met靶点的3-(喹啉-6-基甲基)-3H-[1,2,3]三唑[4,5-d]嘧啶类新化合物的合成  63-64
  第二节 基于c-Met靶点的7-(喹啉-6-基-甲基)嘌呤类新化合物的合成  64-65
  第三节 基于c-Met靶点的1(2)-(喹啉-6-基甲基)吲哚唑类新化合物的合成  65-67
  第四节 基于c-Met靶点2,3,4,5-四氢-1H-吡啶并[4,3-b]吲哚类新化合物的合成  67-68
  第五节 基于c-Met靶点的螺[吲哚啉-3,4'-哌啶]-2-酮类新化合物的合成  68-70
  第六节 实验部分  70-98
  第七节 小结  98-99
第四章 生物活性评价  99-104
  第一节 生化水平的酶抑制活性筛选  99-101
  第二节 细胞水平的酶抑制活性筛选  101-103
  第三节 小结  103-104
第五章 分子对接研究及初步构效关系分析  104-114
  第一节 分子对接研究  104-112
  第二节 初步构效关系分析  112-113
  第三节 小结  113-114
结语  114-118
参考文献  118-130
缩略词  130-131
附图  131-151
攻读学位期间成果  151-152
致谢  152-154
统计学审稿证明  154

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