氮杂螺环化合物及其应用的制作方法

本发明属于医药领域，涉及一类具有kif18a驱动蛋白抑制活性和parp7抑制活性的氮杂螺环化合物，及其用于治疗癌症的用途。

背景技术：

1、kif18a是驱动蛋白kinesin-8家族中的一员，在细胞内能够依靠水解atp释放的能量，以微管为轨道向正极方向运动。同时，kif18a定位在微管正极末端，可调控微管的动态不稳定性，发挥类似于微管解聚酶的活性。在有丝分裂过程中，kif18a能够调控纺锤体微管动力学和染色体振幅，对有丝分裂期染色体及时完成整列、维持基因组稳定和顺利完成有丝分裂具有关键作用。

2、kif18a基因属于驱动蛋白-8亚家族并且是一个正端定向马达。kif18a被认为影响着丝粒微管的正端的动力学以控制正确的染色体定位和纺锤体张力。人kif18a的耗尽在hela宫颈癌细胞中导致更长的纺锤体，在中期增加的染色体振荡(chromosomeoscillation)以及有丝分裂纺锤体组装检查点的激活(mimayr等人，currentbiology[当代生物学]17，488–98，2007)。kif18a被认为是癌症治疗的可行靶标。kif18a在多种类型的癌症中过表达，包括但不限于结肠癌、乳腺癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、膀胱癌、头癌、颈癌、子宫颈癌和卵巢癌。此外，在癌细胞系中，基因缺失或敲除或kif18a抑制影响有丝分裂纺锤体装置。特别地，已发现抑制kif18a来诱导有丝分裂细胞停滞，这是一种已知的弱点，其可以通过凋亡、有丝分裂灾变或多相驱动致死性或分裂间期中有丝分裂滑脱后的死亡来促进有丝分裂细胞死亡。因此，研究人员对寻找kif18a蛋白的抑制剂存在着强烈的兴趣。因此，kif18aatp酶活性的抑制是一种有前途的开发新的抗癌剂的方法。

3、多聚adp核糖聚合酶(parps)是一个有17个家族成员的酶(s.vyas,m.chesarone-cataldo,t.todorova,y.h.huang,p.chang,asystematic analysis oftheparpproteinfamilyidentifies newfunctions critical forcellphysiology,nat.common.,4,2240(2013))。这些酶能够催化将多聚或者单个adp转移到它们的目标底物蛋白上，它们功能包括基因表达、蛋白质降解和多种细胞应激反应(m.s.cohen,p.chang,insightsintothebiogenesis,function,andregulationofadp-ribosylation,nat.chem.biol.,14,236-243(2018))。其中一些酶的生物功能，像parp1和parp2，已经了解的非常清楚了，但其它酶的生物功能目前了解的还不是很清楚。该家族现有17个成员，其中4个(parp1、parp2、parp5a和parp5b)能够合成par链。家族中的大多数其他酶只能构建单个adp核糖(adp-ribose)单元，因此被归类为mono(adp-ribosyl)ases(mars)，即单adp核糖化酶。肿瘤细胞在压力下的生存能力是肿瘤发生的基本机制，是一种新兴的治疗方法。parp家族的一个成员parp1已经被证明是一个有效的癌症靶点。无论是由基因突变引起的还是与细胞毒性化疗有关的dna损伤，从而引起的细胞应激反应。临床上有六种已批准的药物，其他几种药物处于晚期发展阶段(a.ohmoto,s.yachida,current status of poly(adp-ribose)polymerase inhibitors and future directions,onco.targets ther.,10,5195-5208(2017)。

4、芳基烃受体(ahr)为参与调节多种细胞功能，包括促炎反应以及生物代谢的配位活化转录因子(s.feng,z.cao,x.wang,role ofaryl hydrocarbon receptor in cancer,biochim.biophys.acta,1836,197-210(2013)；and b.stockinger,p.di meglio,m.gialitakis,j.h.duarte,the aryl hydrocarbon receptor:multitasking in theimmune system,annu.rev.immunol.,32,403-432(2014))。ahr可以通过大量的配体活化，包括代谢产生的内源性色氨酸，例如犬尿胺酸以及某些多环芳族烃(c.a.opitz et al.,anendogenous tumour-promoting ligand ofthe human aryl hydrocarbon receptor,nature,478,197-203(2011))。ahr的激活诱导靶基因表达，包括参与代谢的基因，如细胞色素p4501a1和p4501b1。活化还导致ahr靶基因tcdd诱导的聚(adp-核糖)多聚酶(tiparp)的增加。如parp7，作为某些ahr转录靶点的负调节因子发挥作用(l.macpherson et al.,arylhydrocarbon receptor repressor and tiparp(artd14)use similar,but alsodistinct mechanisms to repress aryl hydrocarbon receptor signaling,int.j.mot.sci.,15,7939-7957(2014)。

5、parp7是一个由ahr调控的基因，是parp家族的重要成员。parp7仅能够转移一个单adp-核糖(mar)，属于monoparp。parp7的parp催化结构域中含有一个可赋予dna结合的锌指基序，以及一个可介导蛋白质相互作用的wwe结构域(ma,q等《生物化学》(biochem.),289,499–506,2001)。其介导的单adp核糖基化是一种涉及多种重要生物过程的可逆翻译后修饰，如免疫细胞功能、转录调节、蛋白质表达和dna修复。parp7是调节ahr活动的负反馈回路的一部分，而ahr可调节免疫功能、炎症和茎分化，并在癌症中发挥作用。parp7被证明在肿瘤中过度活跃，在癌细胞生存中起着关键作用。更重要的是，许多癌细胞都依赖parp7来实现内在的细胞存活，且有研究表明parp7可使癌细胞能够“躲藏”在免疫系统之外；抑制parp7可有效抑制癌细胞的生长、恢复干扰素信号传导和抑制先天和适应性免疫机制的“刹车”。在几种癌症模型中，parp7抑制剂表现出持久的肿瘤生长抑制作用、有效的抗增殖活性以及干扰素信号传导恢复作用。

6、另外，parp7也可由其他转录因子和信号途径调节，包括雄激素受体(e.c.boltonetal.,cell-and gene-specific regulation ofprimary target genes by theandrogen receptor,genes.dev.,21,2005-2017(2007)，血小板衍生生长因子(j.schmahl,c.s.raymond,p.soriano,pdgf signaling specificity is mediated through multipleimmediate early genes,nat.genet.,39,52-60(2007))和缺氧诱导因子1(n.hao et al.,xenobiotics and loss ofcell adhesion drive distinct transcriptional outcomesby aryl hydrocarbon receptor signaling,mot.pharmacol.,82,1082-1093(2012))。parp7具有多种细胞功能。在ahr信号的背景下，parp7作为负反馈机制来调节p4501al和p4501b1的表达(l.macpherson et al.,aryl hydro-carbon receptor repressor andtiparp(artd14)use similar,but also distinct mechanisms to repress arylhydrocarbon receptor signaling,int.j.mot.sci.,15,7939-7957(2014),andl.macpherson et al.,2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin poly(adp-ribose)polymerase(tiparp,artd14)is a mono-adp-ribosyltransferase and repressorofaryl hydro-carbon receptor transactivation,nucleic.acids res.,41,1604-1621(2013))。parp7也被描述为adp-核糖基肝x受体，其导致其转录活性的调节(c.bindesbollet al.,tcdd-inducible poly-adp-ribose polymerase(tiparp/parp7)mono-adp-ribosylates and co-activates liver x receptors.biochem.j.473,899-910(2016))。在病毒感染期间，parp7可与sindbis病毒(sinv)结合以促进病毒rna降解((t.kozaki etal.,mitochondrial damage elicits a tcdd-inducible poly(adp-ribose)polymerase-mediated antiviral response,proc.natl.acad.sci.usa,114,2681-2686(2017))。同样在病毒感染的情况下，ahr诱导的parp7可与tbk1相互作用，tbk1是一种主要激酶，在病原体相关的分子模式途径启动期间被激活，导致i型干扰素反应和抗病毒免疫的激活(t.yamadaet al.,constitutive aryl hydrocarbon receptor signaling constrains type iinterferon-mediated antiviral innate defense,nat.immunol.,17,687-604(2016))。parp7具有将tbk1 adp核糖化的活性，使tbk1失活，从而达到抑制i型干扰素的反应。

7、基于这些病毒感染的结果，我们可以假设癌细胞可以使用异常表达和或激活的parp7作为一种机制，通过抑制i型干扰素，从而通过t细胞介导的抗肿瘤免疫来逃避宿主免疫系统。事实上，在最近的一项研究中，parp7被鉴定为一个可能的抑制t细胞活化的肿瘤因子(d.pan et al.,a major chromatin regulator determines resistance of tumorcells to tcell-mediated killing,science,359,770-775(2018))。在小鼠恶性肿瘤细胞系中，parp7基因敲除可增加共培养t细胞的增殖和活化，提示parp7抑制可能是激活t细胞介导的肿瘤杀伤的一种可行策略。

8、kif18a蛋白活性的抑制和parp7活性的抑制是两种不同的抗肿瘤机制，均可用于抗肿瘤药物的开发。本技术意外地发现一类氮杂螺环化合物，同时具有对kif18a抑制作用和对parp7的抑制作用，具有良好的抗肿瘤药物开发前景。

技术实现思路

1、本发明提供了一类氮杂螺环化合物、其制备方法及其应用。

2、本发明的第一方面，提供了具有式(i)结构的化合物或其药学上可接受的盐、立体异构体、同位素异构体、前药、水合物或溶剂合物：

3、

4、其中，

5、x1选自cr1或n；x2选自cr2或n；x3选自cr3或n；

6、r1、r2、r3各自独立地选自氢、卤素、-cn、-no2、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、卤代c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、-ora、-sra、-s(o)2ra、-s(o)rarb、-nrarb、-p(o)rarb、-c(o)ra、或-c(o)nrarb；其中ra、rb各自独立地选自氢、oh、卤素、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、卤代c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基、-c(o)rc、-s(o)rcrd、或-s(o)2rc；rc、rd各自独立地选自氢、-oh、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基、或c1-c6酰基；

7、或者r1与r2、或r2与r3，同与其相连的原子形成5-6元饱和或不饱和环；所述5-6元饱和或不饱和环含有0-2个选自o、s、n的杂原子，所述的5-6元饱和或不饱和环任意地被0-2个选自下组的取代基取代：卤素、-cn、-no2、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、卤代c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、-ora、-sra、-s(o)2ra、-s(o)rarb、-nrarb、-p(o)rarb、-c(o)ra、或-c(o)nrarb；其中ra、rb的定义如上所述；

8、r4、r5以及每个r6均各自独立地选自氢、卤素、-cn、-no2、-oh、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、卤代c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、或c1-c6烷氧基；

9、m选自0-5的整数。

10、在一优选例中，式(ⅰ)为式(ⅱ)：

11、

12、其中，x1为cr1；x2为cr2；x3为cr3；r1、r2、r3、r4、r5、r6的定义如上文所述。

13、在另一优选中，所述式(ⅰ)为式(ⅲ)：

14、

15、其中，x1、x2、x3的定义如上文所述。

16、在另一优选中，所述式(ⅲ)的结构片段(ⅲ-1)选自式(ⅲ-2)、(ⅲ-3)、(ⅲ-4)、(ⅲ-5)或(ⅲ-6)所代表的结构片段之一

17、

18、其中，r7选自卤素、-cn、-no2、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、卤代c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、-ora、-sra、-s(o)2ra、-s(o)rarb、-nrarb、-p(o)rarb、-c(o)ra、或-c(o)nrarb；其中ra、rb各自独立地选自氢、oh、卤素、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、卤代c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基、-c(o)rc、-s(o)rcrd或-s(o)2rc；rc、rd各自独立地选自氢、-oh、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基或c1-c6酰基；

19、y、z各自独立地选自n、cr7；r7的定义如上所述；

20、m选自o、s、nrc、crcrd；rc、rd各自独立地选自氢、-oh、c1-c6烷基、c3-c6环烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基或c1-c6酰基。

21、在另一优选例中，所述式(ⅲ)的结构片段(ⅲ-1)选自式(ⅲ-3)、(ⅲ-4)、(ⅲ-5)、(ⅲ-6)或(ⅲ-7)所代表的结构片段之一:

22、

23、其中，m为o；y、z各自独立地选自n或cr7；

24、r7选自-cn、-no2、-ora、-sra、-s(o)2ra、-s(o)rarb、-nrarb、-p(o)rarb、-c(o)ra、或-c(o)nrarb；ra、rb各自独立地表示氢、oh、c1-c6烷基、c1-c6烷氧基、-c(o)rc、-s(o)rcrd或-s(o)2rc；rc、rd各自独立地选自氢、-oh、c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基或c1-c6酰基；

25、更优地，r7选自-nrarb、-p(o)rarb、-c(o)ra、或-c(o)nrarb；ra、rb各自独立地表示氢、oh、c1-c6烷基、c1-c6烷氧基、-c(o)rc、-s(o)rcrd或-s(o)2rc；rc、rd各自独立地选自氢、-oh、c1-c6烷基、羟基c1-c6烷基、c1-c6烷氧基或c1-c6酰基。

26、在另一优选例中，所述的式(i)化合物选自下组：

27、

28、本发明的第二方面，提供了如本发明第一方面所述化合物或其药学上可接受的盐、立体异构体、同位素异构体、前药、水合物或溶剂合物的用途，其可作为kif18a驱动蛋白抑制剂和parp7抑制剂，用于制备预防或治疗与kif18a或parp7活性或表达量相关疾病的药物。这些疾病包括癌症。

29、在一些优选例中，所述癌症包括：多发性骨髓瘤、b细胞淋巴瘤、t细胞淋巴瘤、急慢性髓系白血病、急慢性淋巴系白血病、单核细胞白血病、脾大性红细胞增多、嗜酸性白细胞增多综合征、纤维肉瘤、唾液腺癌、肝癌、直肠癌、膀胱癌、咽喉癌、非小细胞肺癌、小细胞肺癌、肺腺癌、肺鳞癌、乳腺癌、前列腺癌、神经胶质细胞瘤、卵巢癌、头颈癌、宫颈癌、食管癌、肾癌、胰腺癌、结肠癌、皮肤癌、胃癌等。

30、本发明的第三方面，提供了一种药物组合物，所述药物组合物包含本发明第一方面所述的化合物，或其药学上可接受的盐、立体异构体、同位素异构体、前药、水合物或溶剂合物，以及药学上可接受的载体。

31、在一些情况下，药学上可接受的载体包括但不限于稀释剂、填充剂、粘合剂、湿润剂、崩解剂、吸收促进剂、表面活性剂、吸附载体、润滑剂。所述药物组合物可以制成片剂、胶囊、粉剂、颗粒、锭剂、栓剂、口服液或无菌胃肠外悬液等液体制剂形式，以及大或小容量注射剂、冻干粉剂等针剂形式。

32、在一些情况下，所述尿嘧啶类parp7抑制剂，还可以与已知的其它药物联用。