含有苯甲酰胺基团的氮芥类化合物及其制备方法和用途与流程

本发明涉及医药领域，具体涉及一种含有羟肟酸基团的氮芥类化合物及其制备方法和用途。

背景技术：

氮芥类药物，如苯丁酸氮芥、盐酸苯达莫司汀等，是最早用于临床并取得突出疗效的烷化剂类抗肿瘤药物。该类药物可直接破坏细胞DNA而杀死细胞。此类药物对癌细胞没有选择性，因此具有很强的毒副作用，限制了其临床应用。

组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)和组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase，HAT)为真核细胞中广泛存在的的一类相互拮抗的蛋白酶，它们共同调控着组蛋白末端氨基酸残基的乙酰化，使之处于平衡状态。组蛋白的乙酰化和去乙酰化修饰为调控基因转录的一种方式，组蛋白的乙酰化程度通过影响染色质的结构进而影响基因的表达。在肿瘤细胞中HDAC过量表达，从而抑制了某些抑癌基因的表达。近年来，HDAC抑制剂已成为重要的抗肿瘤作用的靶标，其中有一类具有苯甲酰胺结构的HDAC抑制剂具有良好的口服生物活性和抗肿瘤活性而受到人们的关注。许多酰胺类HDAC抑制剂正处于临床研究阶段，其中Tacedinaline(CI-994)对HDAC显示出一定的抑制活性，具有广谱的抗肿瘤活性，成为第一个进入临床试验的酰胺类HDAC抑制剂，CI-994目前在Ⅱ期临床试验中与吉西他滨联用治疗非小细胞肺癌、结肠癌等实体瘤患者。

上式是本专利化合物结构的设计策略

目前，靶向治疗已成为癌症治疗的重要方向，多采用一药一靶点的治疗模式。但是，肿瘤异于一般疾病，他的生长和存活不仅依赖于一种受体或一种信号通路的传导，这就使得单纯作用于一个靶点的策略并不能彻底杀死肿瘤细胞，并容易产生抗药性。于是，多种药物联合用药成为癌症临床治疗的主要手段，虽然在一定程度上能达到预期的治疗效果，但由于多种药物彼此间容易发生相互作用，如对药物的吸收和代谢产生影响，即使没有相互作用，这些药物通常也不能以它们单独应用时的剂量联用，为此，药物研究者借鉴多种药物联合用药的原理，采用药效团拼合的方法，将两种或两种以上的药效团拼合成一个分子，使这个分子本身或其代谢产物作用于两个或更多的靶点，从而产生协同作用以提高疗效。

本专利发明人创造性地将具有HDAC抑制活性的苯甲酰胺结构引入到苯丁酸氮芥的结构中，合成了含有苯甲酰胺基团的氮芥类化合物，该类化合物兼具有氮芥基团的抗肿瘤活性，又具有对HDAC的抑制活性。体外抗肿瘤细胞活性、对肿瘤细胞单克隆形成影响、对肿瘤细胞周期影响以及对肿瘤细胞凋亡影响进行评价结果显示，本专利中的化合物出比母体药物苯丁酸氮芥的抗肿瘤活性提高了4至20倍，比母体药物盐酸苯达莫司汀的药效强9至46倍。

技术实现要素：

本发明涉及一类化合物的设计与合成，为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种抗肿瘤活性更好的含有羟肟酸基团的氮芥类化合物及其制备方法和用途。本发明之所以能够解决上述问题乃是通过以下技术方案给予实现：

在本发明的第一方面，提供了具有通式I所示的化合物或其药学上可接受的盐或其溶剂合物或其前药分子：

其中，

X₁、X₂、X₃、X₄各自独立地选自氢、烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、烯基、炔基、氨基、羟基、巯基、羧基、烷氧基、环烷氧基、卤代芳基，烷氧基羰基、卤素、氰基、酰胺基、硫氰基、异硫氰基、脲基、磺基；

Z选自烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、烯基、炔基，上述烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、烯基、炔基任选不取代或被一个或多个取代基所取代，所述取代基各自独立地选自烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、烯基、炔基、氨基、羟基、巯基、羧基、烷氧基、环烷氧基、卤素、氰基、硝基、亚硝基、磺基；

X₅、X₆、X₇、X₈各自独立地选自氢、烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、烯基、炔基、氨基、羟基、巯基、羧基、烷氧基、环烷氧基、卤代芳基，烷氧基羰基、卤素、氰基、酰胺基、硫氰基、异硫氰基、脲基、磺基。

在本发明的第一方面的优先实施方式中，所述的化合物优先选自以下特征：

X₁、X₂、X₃、X₄各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、环烷氧基、烷氧基羰基、卤素、氰基、硝基、亚硝基、酰胺基；

Z选自烷基、芳基、烯基、炔，上述烷基、芳基、烯基任选不取代或被一个或多个取代基所取代，所述取代基各自独立地选自烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、烯基、炔基、氨基、羟基、巯基、羧基、烷氧基、环烷氧基、卤素、氰基、磺基；

X₅、X₆、X₇、X₈各自独立地选自氢、烷基、环烷基、芳基、杂芳基、杂环基、氨基、羟基、巯基、烷氧基、环烷氧基、卤素。

在本发明的第一方面的最优选实施方式中，提供了以下具体化合物：

表1本发明合成其中一部分的化合物

在本发明的第二方面，提供一种药物组合物，所述药物组合物包含：本发明第一方面所述化合物或其药学上可接受的盐或其溶剂合物或其前药分子。

在本发明的第三方面，提供了上述通式Ⅰ化合物及其药学上可接受的盐或其溶剂合物或其前药分子在制备用于治疗或预防抗肿瘤、抗癌的药物方面的用途。

在本发明的第三方面的优选实施方式中，所述肿瘤或癌症选自于黑色素瘤、胃癌、宫颈癌、卵巢癌、肝癌、肺癌、鼻咽癌、结肠癌、直肠癌、淋巴癌、血癌、骨髓癌、脑癌、皮肤癌、骨癌、鼻咽癌、胰腺癌、肾癌、甲状腺癌、前列腺癌，膀胱癌、食管癌、乳腺癌。

在本发明的第四方面，提供制备上述通式Ⅰ化合物的方法，该方法包括如下步骤：

(a)将化合物1的羧基变为酰氯得到化合物2；

(b)将化合物2与化合物3反应得到化合物4

(c)将化合物4的硝基还原为氨基得到化合物5

其中Z、X₁、X₂、X₃、X₄、X₅、X₆、X₇和X₈为本发明的第一方面提供化合物的通式I中所定义。

在本发明的第四方面的优选实施方式中，反应步骤(a)中将化合物1的羧基变为酰氯所用的试剂选自氯化试剂和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的组合，其中氯化试剂选自:二氯亚砜、草酰氯、三氯氧磷、三氯化磷、五氯化磷、磺酰氯、五氯化磷；反应步骤(c)所用硝基还原试剂选自活泼金属与酸的组合，其中活泼金属选自：锌、铁和锡，酸选自：盐酸、硫酸、丙酸、乙酸、甲酸、磷酸；

在本发明的第五方面，提供制备上述通式Ⅰ化合物的另一种方法，该方法包括如下步骤：

将化合物P与化合物Q在肽缩合剂作用下反应得到化合物M

其中Z、X₁、X₂、X₃、X₄、X₅、X₆、X₇和X₈为本发明的第一方面提供化合物的通式I中所定义。

在本发明的第五方面的优选实施方式中，反应中所用肽缩合剂选自:

苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐、

六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基磷、

N,N'-二环己基碳二亚胺、

O-苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲四氟硼酸。

附图说明

图1：化合物对HeLa细胞核HDAC酶的抑制活性

图2：化合物对肿瘤细胞单克隆形成能力的影响

具体实施方式

本发明中使用的术语“烷基”是指仅由碳原子和氢原子组成、且不具有不饱和度(例如双键、三键或环)的基团，其涵盖了各种可能的几何异构基团与立体异构基团。该基团通过单间与分子的其余部分向连。作为烷基的非限制性实例，可以列举以下直链或支链的基团：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基及其另外七种异构体、正己基及其另外十六种异构体、正庚基及其各自异构体、正辛基及其各种异构体、正壬基及其各种异构体。

本发明中使用的术语“环烷基”是指至少3个碳原子组成的饱和非芳基环系，该环系可以是单环、双环、多环，也可以是稠环、桥环、螺环。作为环烷基的非限制性实例，可以列举以下基团：环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基；以及由两个或多个上述单环通过公共边和公共碳原子形成的稠环、桥环、或螺环基团。

本发明中使用的术语“烯基”是指在上述烷基基团中(除甲基外)存在一个或多个双键的情况下所形成的基团。

本发明中使用的术语“炔基”是指在上述烷基基团中(除甲基外)存在一个或多个叁键的情况下所形成的基团。

本发明中使用的术语“烷氧基”是指氧原子与上述烷基相连、并且通过该氧原子以单键连接至分子其余部分的基团，其涵盖了各种可能的几何异构基团与立体异构基团。作为烷氧基的非限制性实例，可以列举以下直连或支链的基团：甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基以及另外七种异构体、正己氧基以及另外十六种异构体、正庚氧基以及各种异构体、正辛氧基以及各种异构体、正壬氧基以及各种异构体。

本发明中使用的术语“芳基”是指由至少6个碳原子组成的芳香环系，该环系可以是单环、双环、多环，其中双环和多环可以由单环通过单键连接方式或稠合方式形成。作为芳基的非限制性实例，可以列举以下基团：苯基、萘基、蒽基、菲基、茚基、芘基、苝基、戊搭烯基、庚搭烯基、三亚苯基、并四苯基、戊芬基、并五苯基、四邻亚苯基、己芬基、并六苯基、蔻基、三亚萘基、庚芬基、并七苯基、卵苯基、联苯基、联萘基。

本发明中使用的术语“杂芳基”是指具有一个或多个独立地选自N、O或S的杂原子的5-14元芳香族杂环环系，该环系可以是单环、双环、多环，其中双环和多环可以由单环通过单键连接方式或稠合方式形成。作为杂芳基的非限制性实例，可以列举以下基团：噁唑基、异噁唑基、咪唑基、呋喃基、吲哚基、异吲哚基、吡咯基、三唑基、三嗪基、四唑基、噻吩基、噻唑基、异噻唑基、吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、苯并呋喃基、苯并噻唑基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、咔唑基、异喹啉基、喹唑啉基、萘啶基、嘌呤基、噻二唑基、吲哚嗪基、吩嗪基、香豆素基、吡啶并吡啶基、吡啶并哒嗪基、咪唑并吡啶基、咪唑并哒嗪基；以及由上述杂芳基通过单键连接方式或稠合方式形成的基团。

本发明中使用的术语“杂环基”是指由碳原子和独立选自N、O或S的杂原子组成的非芳香族3-18元环系，该环系可以是单环、双环、或多环，也可以是稠环、桥环、螺环，并且可以任选地包含一个或多个双键。作为杂环基的非限制性实例，可以列举以下基团：吖啶基、苯并二氧杂环己基、苯并吡喃基、苯并二氢吡喃基、二氧戊环基、十氢异喹啉基、茚满基、吲哚啉基、异吲哚啉基、异苯并二氢吡喃基、吗啉基、哌嗪基、2-氧代哌嗪基、八氢吲哚基、八氢异吲哚基、4-哌啶酮基、二氢喹啉基、二氢异喹啉基、四氢喹啉基、四氢异喹啉基、1-(二苯基甲基)哌嗪基、四氢呋喃基、四氢吡喃基、四氢吡咯基、哌啶基。

本发明中使用的术语“卤素”或“卤代”是指氟、氯、溴或碘。

通过以下的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细解释及展述，使本领域的普通技术人员能够更加容易地理解本发明，但不应该将此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实例及限制本发明的任何或所有权利，更不应该背离本发明的精神。

实施例1：合成本发明中的一部分化合物

N-(2-氨基苯基)-4-{4-[双(2-氯乙基)氨基]苯基}丁酰胺(H104)的制备。

步骤(1)：称量苯丁酸氮芥(0.30g，1mmol)和N，N-二甲基甲酰胺(0.1ml)于50ml单口圆底烧瓶中在冰浴下搅拌，用恒压滴液漏斗滴加2ml草酰氯，撤冰常温搅拌1小时后，将反应体系旋干得油状物；另取一个100ml三口圆底烧瓶，向其中加入邻硝基苯胺(0.14g，1mmol)、四氢呋喃(10ml)、三乙胺(0.15g，1.5mmol)，将反应体系置于冰浴中搅拌，将此前旋干获得的油状物用10ml四氢呋喃溶解后使用恒压滴液漏斗滴加入反应体系中，30min滴加完全后撤冰，继续常温搅拌，薄层层析点板确认反应完成后，将反应液滴加入搅拌中的冰水中，析出大量固体，过滤得黄色固体0.39g(产率93％)

步骤(2)：称量步骤(1)中得到的黄色固体(0.3g，0.7mmol)、锌粉(0.09g，1.4mmol)、甲醇(10ml)和水(2ml)置于50ml三口圆底烧瓶中，常温下，用恒压滴液漏斗滴加稀盐酸(3.5ml，1mol/L)，滴加完后继续常温搅拌，薄层层析点板确认反应完成后，将反应液过滤，滤液旋干后，用乙酸乙酯萃取，氨水洗三次，无水碳酸钾干燥，过滤，旋干，得油状物，使用硅胶柱层析纯化后得固体0.13g(产率46％)；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆):δ＝9.12(s,1H),7.17(d,J＝7.8Hz,1H),7.07(d,J＝8.2Hz,2H),6.91(t,J＝7.5Hz,1H),6.74(d,J＝8.0Hz,1H),6.69(d,J＝8.2Hz,2H),6.56(t,J＝7.5Hz,1H),5.04(s,2H),3.71(s,8H),2.53(t,J＝7.9Hz,2H),2.33(t,J＝7.2Hz,2H),1.85(m,2H)；¹³C NMR(400MHz,DMSO-d₆):δ＝27.3,33.6,35.2,25.6,52.2,111.9,115.9,116.2,123.6,125.3,125.6,129.3,129.9,141.7,144.4,170.9ppm；C₂₀H₂₅Cl₂N₃O,MS(ES+)m/z:394.15(M+H)⁺.

N-(2-氨基苯基)-4-{4-[双(2-氯乙基)氨基]苯基}丁酰胺(H104)的另一种制备方法。

取100ml单口圆底烧瓶，加入苯丁酸氮芥(0.50g，1.64mmol)、N,N-二甲基甲酰胺(10ml)，加入BOP(苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐)0.87g(1.97mmol)，三乙胺0.67g(6.6mmol)，常温搅拌10min后加入邻苯二胺0.213g(1.97mmol)，继续常温磁力搅拌，用薄层层析板跟踪反应进度，最终反应时间为2h。反应完成后，向反应液中加入350ml乙酸乙酯萃取，倒入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠水溶液洗3次，饱和氯化钠洗2次，有机相用无水硫镁干燥，过滤，旋蒸得固体，用甲醇重结晶后得灰白色固体0.53g(产率82％)。

实施例2：化合物抗肿瘤细胞增殖实验

(1)实验细胞系，选用五种癌细胞：人皮肤黑色素瘤A375、人肝癌细胞HepG2、人肝癌细胞SMMC7721、人肺癌细胞A549和人肺癌细胞H1299。实验前，五种癌细胞被保藏在液氮中，首先取出癌细胞，在37摄氏度的水浴锅中使其快速升温到37摄氏度，将细胞液离心去除上层冻存液，细胞用培养基重新悬浮后，转移到24mL细胞培养瓶中，每瓶加入6ml培养基于37摄氏度，含5％CO₂的培养箱培养，(其中人皮肤黑色素瘤A375、肝癌细胞HepG2和人肝癌细胞SMMC7721，在含10％胎牛血清的DMEM培养基中，用0.25％胰蛋白酶常规消化后传代培养。人肺癌细胞A549和人肺癌细胞H1299在含10％胎牛血清的RPMI-1640培养基中，用0.25％胰蛋白酶常规消化后传代培养。)等细胞生长达到培养瓶70％-80％左右时，先用PBS洗去培养基，用0.25％胰蛋白酶消化将细胞从培养瓶中脱落下来，加入新鲜培养基离心后，去除上层培养基，再加入新鲜培养基重悬后1：2～3传代。

(2)当细胞生长稳定后，将处于对数期的癌细胞用胰酶消化成单个细胞后，用新鲜培养基稀释到(3～4)×10⁴个/ml的细胞密度，在96孔板中，每孔加入90μL的细胞液，在37摄氏度，含5％CO₂的培养箱中培养12h，加药(把合成的化合物事先稀释到一系列不同的浓度，将不同浓度的化合物溶液加入到96孔板中，每个浓度重复3个复孔)，72小时后，96孔板中每孔加入10μL CCK-8溶液，再培养1小时后，用BIO-RAD酶标仪测定450nm波长处的吸光度值，通过Graphpad Prism 5软件拟合得到抑制曲线，最终得到IC₅₀值。

表2：本发明所合成的化合物对五种不同癌细胞的抑制效果

表2的结果表明：本发明合成的含有苯甲酰胺基团的氮芥类化合物对五种癌细胞均具有强的抑制活性，而且本发明合成的化合物明显具有比母体药物苯丁酸氮芥和盐酸苯达莫司汀以及CI994更强的抗肿瘤效果。本专利中合成的含有羟肟酸基团的氮芥类化合物药效强于母体药物苯丁酸氮芥4至40倍，比母体药物盐酸苯达莫司汀的药效强9至64倍。

实施例3：化合物对HDAC酶的抑制实验

使用瑞士Life Sciences公司生产的HDAC绿色荧光测试试剂盒(产品序号：BML-AK530)进行HeLa细胞核提取物的HDAC酶活性抑制实验，使用产品序号为BML-AK511的试剂盒进行HDAC1酶活性抑制实验，使用产品序号为BML-AK512的试剂盒进行HDAC2酶活性抑制实验，使用产品序号为BML-AK516的试剂盒进行HDAC6酶活性抑制实验。操作严格按照试剂盒说明书进行，15μL的HDAC酶与10μL的待测化合物充分混合，将底物和上述混合物在37摄氏度放置5分钟以使底物和酶获得相同的起始温度，然后每孔快速加入25μL底物，将整个96孔板放置于37摄氏度孵育30-60分钟，然后向每孔中加入50μL终止液。此后将96孔板放置常温10分钟，用酶标仪测荧光强度。得到不同浓度化合物对HDAC酶抑制率后，通过Graphpad Prism 5软件拟合得到抑制曲线，最终得到IC₅₀值。

图1的结果表明：本发明合成的含有羟肟酸基团的氮芥类化合物对HeLa细胞核提取物的HDAC酶具有抑制活性，而母体化合物苯丁酸氮芥对HeLa细胞核提取物的HDAC酶没有抑制活性。

表3：本发明所合成的化合物对HDAC酶的抑制效果

表4的结果表明：本发明合成的含有羟肟酸基团的氮芥类化合物对HDAC2具有选择性抑制活性，其HDAC1/HDAC2以及HDAC6/HDAC2的选择性系数均大于4.9

实施例4：化合物抗肿瘤细胞单克隆形成实验

取对数生长期的人皮肤黑色素瘤细胞A375铺于6孔板，每孔铺3500个细胞，立即用2μmol/L、8μmol/L和16μmol/L的苯丁酸氮芥、CI994和H104处理细胞，以DMSO处理组为空白对照，7天后，移去每孔的培养基，加入PBS(磷酸盐缓冲液)轻轻洗2遍，加入3.7％甲醛水溶液固定20min，再用PBS轻轻洗两遍，0.1％结晶紫水溶液染色30min，PBS洗3遍，观察实验结果并拍照。

由图2可看出本发明合成的化合物H104比母体药物苯丁酸氮芥和CI994具有更强的抗肿瘤细胞单克隆形成的能力。

实施例5：化合物诱导肿瘤细胞凋亡实验

取对数生长期的人皮肤黑色素瘤细胞A375铺于6孔板，每孔铺16万个细胞，12h后加入苯丁酸氮芥和H101(浓度为2μmol/L、8μmol/L和16μmol/L)处理细胞，以DMSO处理为对照组，72h后收集每孔的培养基，用胰酶消化收集各孔细胞，1000rpm离心5min，去除离心后的上清，再用PBS洗两遍，然后加入100μL1×binding buffer缓冲液，5μL of Alexa Fluor 488annexin和1μL的碘化丙锭(100μg/ml)，避光室温孵育15min，以Alexa Fluor 488annexin和碘化丙锭单染的组别作为对照组，样品用MoFlo XDP流式细胞仪检测。

诱导肿瘤细胞凋亡的结果显示：本发明合成的化合物H104在2μmol/L、8μmol/L和16μmol/L浓度下能够分别诱导20.2％、62.0％和64.8％的人皮肤黑色素瘤细胞A375发生凋亡，而母体药物苯丁酸氮芥在2μmol/L、8μmol/L和16μmol/L浓度下仅能够诱导9.9％、12.9％和28.9％的人皮肤黑色素瘤细胞A375凋亡，CI994在2μmol/L、8μmol/L和16μmol/L浓度下仅能够诱导21.6％、29.6％和64.0％的人皮肤黑色素瘤细胞A375凋亡。由此可见本发明所合成的化合物具有比母体药物苯丁酸氮芥和CI994明显更强的诱导肿瘤细胞凋亡的能力。

实施例6：化合物阻断肿瘤细胞周期实验

取对数生长期的A375人皮肤黑色素瘤细胞铺于6孔板，每孔铺16万个细胞，12h后加入苯丁酸氮芥、CI994和H104(浓度为8μmol/L)处理细胞，以DMSO处理为对照组，72h后收集每孔的培养基，用胰酶消化收集各孔细胞，1000rpm离心5min，去除离心后的上清，再用PBS洗两遍，细胞用70％乙醇固定，PBS洗两遍，加入RNA酶37℃避光孵育30min，样品用MoFlo XDP流式细胞仪检测。

结果显示本发明合成的化合物H104在8μmol/L浓度下能显著将人皮肤黑色素瘤细胞A375抑制在G2/M期，(加DMSO处理的对照组癌细胞处于G2/M期的比例为12.6％，经过8μmol/L化合物H104处理后，处于G2/M期癌细胞的比例增加到79.5％，而使用苯丁酸氮芥处理后，人皮肤黑色素瘤细胞A375处于G2/M期的比例仅增加到47.7％，使用CI994处理后，人皮肤黑色素瘤细胞A375处于G2/M期的比例为10.8％，没未发生明显变化)。