一种七甲川花菁类铁死亡诱导剂及其合成和应用

本以明属于药物化学领域，具体涉及一种七甲川花菁类铁死亡诱导剂及其合成和应用。

背景技术：

1、癌症对人类生命健康有着重大危害，每年造成了成千上万的人死亡，是对人类的生命健康安全最具有威胁性的疾病。目前临床上主要使用手术切除、化疗或放疗等手段来治疗恶性肿瘤，但单一的治疗手段，如手术切除和放化疗，往往难以产生理想的肿瘤治疗效果，同时由于无法准确判断正常组织和肿瘤侵袭的病灶组织的交界，常规的治疗手段通常对患者的身体伤害较大同时还难以根治肿瘤和抑制肿瘤的复发。因此，对肿瘤实现诊断显影的精准治疗和无创的治疗方式对当今医学仍然是巨大的挑战。

2、铁死亡(ferroptosis)作为一种区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型的细胞程序性死亡方式，其主要由细胞内二价铁离子含量升高通过芬顿反应发生脂质过氧化和谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4，gpx4)失活引发，近年来也越来越收到研究学者们的关注。当细胞发生铁死亡时，主要表现为细胞内氧化还原相关的gpx4表达水平降低和脂质过氧化物水平升高，同时伴随细胞线粒体膜密度增高和线粒体形态的变化。谷胱甘肽(glutathione，gsh)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸合成的最关键的小分子生物硫醇，仅在细胞质中合成，并在线粒体膜载体slc25a39的调控下运输到线粒体。线粒体中的gsh主要与gpx4结合参与氧化还原循环，发挥对细胞具有杀伤作用活性氧(reactiveoxygen species，ros)的清除效果。当细胞内线粒体中的gsh含量减低时，gpx4的活性受到抑制和表达水平降低，细胞内的ros，尤其是脂质过氧化物，无法得到及时的清除，将诱导细胞的铁死亡现象发生。然而，目前尚无关于能靶向肿瘤线粒体耗竭谷胱甘肽诱导铁死亡的小分子药物报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种七甲川花菁类铁死亡诱导剂及其合成和应用。该七甲川花菁类铁死亡诱导剂为七甲川花菁衍生物，能靶向肿瘤线粒体耗竭谷胱甘肽诱导铁死亡，达到治疗肿瘤的作用。

2、为实现本发明的目的，提供如下实施方案。

3、在一实施方案中，本发明的一种七甲川花菁衍生物，具有式i所示的化合物，

4、

5、i

6、式中，n＝3-6；

7、x为o、s或se，

8、r1为氢或烷基，

9、r2为氢、卤素或烷基，其条件是当x为o时，r2不为氢和烷基。

10、y－为碘离子、氯离子、溴离子。

11、优选的，本发明的七甲川花菁衍生物，

12、式i中，n＝3；x为o、s或se，r1为氢，r2为f、cl、br、甲基、乙基、丙基或丁基，优选为f，y－为碘离子。

13、在另一实施方案中，本发明提供一种七甲川花菁衍生物的制备方法，所述七甲川花菁衍生物为式i所示的化合物，

14、其反应式如下：

15、

16、

17、包括将式c化合物与反应得到式i-d化合物，或者

18、将式c化合物与式e化合物反应得到式i-f化合物，

19、其中，r1、r2、y-的定义与上述的定义相同，x为o或s。

20、在上述另一实施方案中，所述七甲川花菁衍生物的制备方法，其反应是在含有碱性添加剂的反应溶剂完成的。所述碱性添加剂为三乙胺或nah，或所述反应溶剂n,n-二甲基甲酰胺或无水乙醚。

21、在上述另一实施方案中，所述七甲川花菁衍生物的制备方法，进一步包括式e化合物的制备，

22、

23、包括将式g的芳基溴化镁格氏试剂与硒在有机溶剂乙醚中，在氮气保护下反应，再加入盐酸处理，得到式e的芳基硒醇。

24、在上述另一实施方案中，所述七甲川花菁衍生物的制备方法，所述c化合物，由以下方法的制得，包括以下步骤：

25、

26、1)环己酮与氯氧磷(pocl3)在dmf中反应，得到化合物a；

27、2)2,3,3-三甲基-3h吲哚衍生物与卤代烷烃在乙腈中反应，得到吲哚季铵盐b；

28、3)将步骤1)的化合物a和与步骤2)吲哚季铵盐b加入到乙醇中，在氮气保护下于得到化合物c。

29、在一具体实施方案，一种七甲川花菁衍生物的制备方法，所述七甲川花菁衍生物为式i所示的化合物，反应式如下，

30、

31、式中，n＝3；x为o、s或se，r1为氢，r2为f，y－为碘离子，包括以下步骤：

32、1)n,n-二甲基甲酰胺(dmf)为反应溶剂，冰浴下依次缓慢滴加三氯氧磷(pocl3)和环己酮，再缓慢升温至45℃反应6h。反应结束后，反应液经过冰水沉淀，抽滤，滤饼经乙酸乙酯重结晶后得缩合剂a；

33、2)乙腈(mecn)为反应溶剂，2,3,3-三甲基-3h吲哚衍生物和卤代烷烃在氮气保护下110℃加热回流反应16h。反应结束后，旋转蒸发浓缩得到残留物，经乙酸乙酯洗涤后，得到吲哚季铵盐b；

34、3)无水乙醇为反应溶剂，乙酸钠为碱性添加剂，将步骤1)所得缩合剂a与步骤2)所得吲哚季铵盐b在氮气保护下于70℃反应3h，反应液减压浓缩得到残留物，经柱层析分离得到吲哚花菁染料中间体c；

35、4)n,n-二甲基甲酰胺为反应溶剂，氢化钠(nah)或三乙胺(tea)为碱性添加剂，将苯酚衍生物或苯硫酚衍生物与步骤3)所得吲哚花菁染料中间体c在氮气保护下于室温反应过夜，反应液减压浓缩得到残留物，经柱层析分离得到花菁染料d(也称i-d化合物)；

36、5)无水乙醚(et2o)为反应溶剂，将芳基溴化镁格式试剂缓慢滴加到硒的乙醚反应液中，氮气保护下室温反应30min后，加入3mol/l的盐酸(hcl)溶液继续搅拌5min淬灭反应。用无水乙醚萃取反应物，分液，收集有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液经减压浓缩得到芳基硒醇e，直接用于下一步反应；无水乙醚为反应溶剂，三乙胺为碱性添加剂，将步骤5)所得芳基硒醇e与步骤3)所得吲哚花菁染料中间体c在氮气保护下于室温反应24h，反应液减压浓缩得到残留物，经柱层析分离得到花菁染料f(也称i-f化合物)。

37、优选的，上述本发明的制备方法，步骤1)中所述环己酮：pocl3：dmf的摩尔比为3:1:2，步骤4)中所述吲哚花菁染料中间体c：苯酚衍生物或苯硫酚衍生物：碱性添加剂(氢化钠或三乙胺)的摩尔比为1:2:2-1:10:2，步骤6)中所述吲哚花菁染料中间体c：芳基硒醇e：三乙胺的摩尔比为1:2:2-1:10:2。

38、优选的，上述本发明的制备方法，步骤3)、步骤4)和步骤6)所述柱层析的洗脱剂为二氯甲烷和甲醇混合溶剂，所述二氯甲烷：甲醇的体积比为＝60:1-90:1。

39、本发明还提供了式i所示的化合物作为多功能铁死亡花菁小分子诱导剂在制备肿瘤显影剂中的应用。优选地，所述显影剂用于在肿瘤线粒体蓄积、荧光和光声双模态成像。

40、本发明的式i所示的化合物作为多功能铁死亡花菁小分子诱导剂在紫外和荧光选择性响应半胱氨酸(cys)、高半胱氨酸(hcy)和谷胱甘肽(gsh)等生物硫醇中的应用，优选地，所述药物对谷胱甘肽表现特异的紫外和荧光响应性，并表现“off-on”效应。

41、本发明还提供了式i所示化合物在制备抗肿瘤药物中的用途。式i所示的化合物通过靶向肿瘤线粒体耗竭谷胱甘肽诱导铁死亡，实现抗肿瘤的作用。

42、具体的，本发明的式i所示化合物作为多功能铁死亡花菁小分子诱导剂在靶向肿瘤线粒体耗竭谷胱甘肽进而诱发铁死亡抗肿瘤效应中的应用。

43、本发明的式i所示化合物是由具有肿瘤靶向能力的七甲川吲哚花菁共轭链和具有电子调节能力的芳香基团通过氧族元素桥连构成，基于分子电子效应的不同能表现出对不同生物硫醇(半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽)的紫外和荧光差异响应性，并表现“off-on”效应。

44、本发明的式i所示化合物诱导剂能靶向肿瘤细胞线粒体，耗竭谷胱甘肽进而诱导铁死亡抗肿瘤作用，对实体肿瘤的生长表现良好的抑制作用。

45、本发明的式i所示化合物的合成反应条件温和，合成方法简单易于操作，具有开发为选择性体外紫外和荧光检测各种生物硫醇的以及体内肿瘤治疗的铁死亡花菁小分子诱导剂的良好转化和应用前景。

46、本发明人研究发现具有三个碳及以上烷基侧链修饰的七甲川吲哚花菁骨架可选择性地高效蓄积在肿瘤细胞线粒体内，将不同电子特性的芳基与肿瘤线粒体靶向的花菁骨架通过氧族元素(氧、硫、硒)桥连，同时基于计算机辅助和密度泛函计算(dft)，合理地设计合成了一种能体外选择性对不同生物硫醇(半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽)展现紫外和荧光差异响应性，并表现“off-on”效应，同时还能靶向肿瘤细胞线粒体，耗竭谷胱甘肽进而诱导铁死亡抗肿瘤作用，表现良好的肿瘤细胞杀伤作用的多功能铁死亡花菁小分子诱导剂。

47、研究表明，本发明的式i所示化合物在芳香基团对花菁骨架的吸电子诱导效应作用下，荧光团花菁骨架可用于激发的电子密度降低，在水溶液中表现为极弱的荧光发射。在不同的生物硫醇(半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽)的亲核进攻下，偶联花菁骨架的芳香结构部分离去，形成新的生物硫醇-花菁骨架复合物，并表现为差异的荧光响应，其中对谷胱甘肽(gsh)表现特异的紫外和荧光“off-on”效应。此外，本发明的式i化合物还能蓄积于肿瘤细胞线粒体，特异性响应gsh并耗竭，进而使gpx4表达水平降低，脂质过氧化物水平升高，诱导铁死亡发生，发挥肿瘤细胞杀伤作用。

48、本发明的式i所示化合物作为铁死亡花菁小分子诱导剂具有实体肿瘤靶向蓄积，近红外荧光和光声双模态成像能力，靶向蓄积于肿瘤部位后能显著抑制实体瘤的生长，表现很好的抗肿瘤效果，可以作为精准治疗肿瘤的小分子药物。