对映异构体纯的7-(2’-三甲基甲硅烷基)乙基喜树碱的全化学合成的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对映异构体纯的7-(2' -三甲基甲硅烷基）乙基喜树碱（BNP1350 ;卡 仑尼替星（Karenitecin) ;Cositecan)的全化学合成的全合成的新化学策略。
【背景技术】
[0002] I.喜树碱（CPT)和初期临床试骀
[0003] 喜树碱（CPT ;IUPAC命名：（S)-4-乙基-4-羟基-IH-吡喃[3'，4' ：6, 7]剛噪嗪 并（indolizino) [l，2-b]喹啉-3, 14(4H，12H)-二酮）及一些其类似物已经显示出具有不 同程度的抗肿瘤活性。目前，美国的食品药品管理局（FDA)和全球一些其他区域的其它管 理机构已经批准了两种CPT类似物（伊立替康和拓扑替康，如下所讨论的）用于治疗用途， 用于各种形式的实体肿瘤。
[0004] 最初在1966年由Wall等从喜树（Camptotheca accuminata)(蓝果树科， Nyssaceae family)分离出CPT，喜树是一种中国红豆杉。参见，Wall, Μ. E.等，Plant chemotherapeutic agents. I. The Isolation and Structure of Camptothecinj a Novel Alkaloidal Leukemia and Tumor Inhibitor from Camptotheca Acuminata. J. Am. Chem. Soc.88:3888-3890(1966))〇
[0005] 最初分离的喜树碱（CPT)的结构显示如下：
[0007] 到了 19世纪70年代早期，CPT已经达到了 I期和II期临床试验，尽管发现其具 有抗肿瘤活性，但存在着许多与其使用相关的有害生理学副作用。副作用包括，但不限于， 严重且不可预测的骨髓抑制、胃肠道毒性、出血性膀胱炎、脱发、腹泻、恶心、呕吐等。这些在 早期临床研宄期间中发现的毒性使得药物在该时间段中是"难以控制的"。参见Muggia，F. M. ；et al·，Phase I Clinical Trial of Weekly and Daily Treatment With Campt othecin(NSC-100880):Correlation With Preclinical Studies. Cancer Chemother. Rep. 56:515-521 (1972) ;Schaeppi，U.等，Toxicity of Camptothecin(NSC-100880)· Cancer Chemother. Rep. 5:25-36(1974)〇
[0008] 为了证实本发明的实用性和新颖性，将有益地参与简述涉及用非肠道方式给药 进行人临床试验的公开文献。CPT的物理化学研究发现闭合E-环内酯形式的CPT在水 中具有非常差的溶解度（即，溶于Iml水中的约0. 1 μ g药物）。另外，在两种CPT对映 异构体中，发现天然存在的（S)-异构体比（R)-异构体更有效。参见，例如Motwani, M. V.等，Flavopiridol (Flavo)Potentiates the SN-38-Induced Apoptosis in Association with Downregulation of Cyclin Dependent Kinase Inhibitor p21wafl/cipl in HCTl16 Cells. Proc. Am. Assoc. Cancer Res. 41:32-43 (2000)。这些各种类似物的不同性质是由 CPT 的核心结构上的不同化学取代基所引起的。
[0009] 因此，由于其非常差的水溶性，为了在人临床试验中通过常规给药途径方案给药 CPT，最初使用氢氧化钠来配制成其羧酸钠形式（开放内酯形式）。重要的是要注意所有这 些使用氢氧化钠 CPT制剂的早期临床研宄是为了显著提高分子的水溶性（即，亲水性），以 使得能将足量的药剂非肠道给药至患者，并且在某些情况下口服给药至患者。CPT的氢氧化 钠制剂形成了水溶性更大的CPT物质，允许临床医师使用较小药物体积的施予来给药更大 浓度的CPT，从而使得可以将足够高剂量的药物给药至经受I期和II期临床试验的癌症受 试者。然而，随后确定了该制剂导致喜树碱分析的内酯E-环的水解，因而形成CPT的水溶性 羧酸盐形式，其只具有最初非水解内酯形式的CPT的约十分之一或更少的抗肿瘤功效。由 于经常观察到显著的全身毒性和缺乏抗肿瘤活性，因此使用氢氧化钠配制的CPT进行的临 床试验是非常令人失望的。随后确定了药物相对低的亲水性是这些副作用最重要的原因。 这种内酯形式的CPT的低水溶性极大程度上限制了药物的实际临床实用性，因为为了提供 有效剂量的药物，必须将过大体积的流体给药至患者。由于CPT内酯形式及其许多类似物 在水中有效的抗肿瘤活性和差的水溶性，许多努力都针对产生具有更大水溶性的新CPT内 酯类似物。为了具有活性，不应当大量存在开放E-环形式的水溶性CPT类似物，但是可选 地，应当主要以闭环内酯形式存在。因此，其中平衡有利于闭环内酯形式的CPT类似物是给 药所需要的。
[0010] II. CPT的药理学活件
[0011] 尽管这些较早的令人失望的副作用，作为其作用机制（即，拓扑异构酶I抑 制）揭示的结果，在20世纪80年代期间引起了对CPT日益递增的临床关注。这种关 于CPT类似物作用机理的新信息用来复燃对研发用作抗肿瘤药物的新Topo I抑制 剂的兴趣，并且随后几个研宄组开始尝试研发用于癌症治疗的新CPT类似物。参见， Hsiang, Y. Η.等，Camptothecin Induces Protein-Linked DNA Breaks Via Mammalian DNA Topoisomerase I.J.Biol.Chem. 260:14873-14878(1985) ；Hsiang, Y. H. ；Liu,L. F., Identification of Mammalian DNA Topoisomerase I as an Intracellular Target of the Anticancer Drug Camptothecin. Cancer Res. 48:1722-1726 (1988) ；Hsiang, Y. H.等,Arrest of Replication Forks by Drug-Stabilized Topoisomerase I DNA Cleavable Complexes as a Mechanism of Cell Killing by Camptothecin. Cancer Res.迎：5077-5082 (1989)。
[0012] 几种临床上重要的抗癌药物通过影响DNA拓扑异构酶来杀死肿瘤细胞。拓扑异构 酶是在DNA复制和通常在复制、转录和或许的其他DNA过程中引起的三级结构改变（例如， 过旋、欠旋和链状排列）中起作用的基本核酶。所有真核细胞中普遍存在的两种主要拓扑 异构酶：（i)拓扑异构酶I (Topo I)，其裂解单链DNA和（ii)拓扑异构酶II (TopoII)，其裂 解双链DNA。拓扑异构酶I涉及DNA复制；其消除了移动复制叉前面引入的扭转应变。
[0013] 拓扑异构酶I (Topo I)是含有765个氨基酸的单体IOOkDal多肽，由位于 染色体20ql2_13. 2上的基因编码。参见，例如，Creemers, G. J.等，Topoisomerase I Inhibitors:Topotecan and Irinotecan. Cancer Treat. Rev.20:73~96(1994)； Takimoto, C. H. ；Arbuck, S. G. The Camptothecins. Cancer Chemother and Biother.2nd edition (B. L. Chabner, D. L. Longo (eds)), 463-384 (1996)。它是 DNA 复制和 RNA转录中必需 的酶，并且存在于所有真核（包括肿瘤）细胞。由于正常的DNA是超螺旋的，并且紧紧置于 染色体中，因此DNA复制叉不能合成这种拓扑限定的DNA之外的新DNA。Topo I以ATP非 依赖性方式起作用，通过结合超螺旋的DNA和裂解磷酸二酯键，导致单链断裂。同时，Topo I在Topo I的位置723的酪氨酸残基和单链DNA分子的3'端之间形成共价可逆加合物，称 为可裂解复合物。DNA分子能够围绕完整DNA单链自由旋转，并且产生DNA的松弛。在裂解 再连接之后，Topo I与DNA分离。可裂解复合物通常只存在较短的时间，正好允许未裂解 的单链DNA解旋。
[0014] 特别地，发现CPT形成包括：Topo I-CPT-DNA的可逆共价复合物。简而言之，CPT 的主要作用机理是通过阻断Topo I的裂解/再连接反应的再连接步骤抑制Topo I，因此 导致共价反应中间体（即，可裂解复合物）的累积。基于CPT的细胞凋亡是通过前进中的 复制叉和Topo I DNA复合物之间的潜在致命碰撞的S-期特异性杀死。已经鉴定了两种涉 及Topo I共价修饰的Topo I介导的DNA损伤的修复应答。第一种涉及泛素/26S蛋白酶 体途径的激活，导致Topo I的降解（CPT诱导的Topo I下调）。第二种涉及小泛素样调节 剂（SUMO)与Topo I缀合。这些用于Topo I介导的DNA损伤的修复机制在测定肿瘤细胞 中的CPT敏感性/抗性中起着重要作用。
[0015] 从人结肠癌细胞或小牛胸腺纯化的Topo I已经显示出受到CPT的抑制。CPT，伊 立替康（CPT-Il)和另外的Topo I抑制剂拓扑替康已经用于临床试验中来治疗特定类型的 人类癌症。为了本发明的目的，CPT类似物包括：7-乙基-10-[4-(l-哌啶子基）-1-哌啶 子基]羰基氧喜树碱（伊立替康或CPT-11)，10-羟基-7-乙基喜树碱（HECPT)，9-氨基喜 树喊，10, 11亚甲基二氧喜树喊和9-二甲基氨基甲基-10-羟基喜树喊（拓扑替康）。这些 CPT类似物使用相同的机理来抑制Topo I ;它们稳定酶和链裂解的DNA的共价复合物，其是 催化机理中的中间产物。这些类似物对于分离的DNA或Topo I没有结合亲和性，但是以可 测量的亲和性结合酶-DNA复合物。由CPT和类似物稳定的Topo I "可裂解复合物"是易 于可逆的。
[0016] 拓扑异构酶II (Topo II)以与Topo I类似的方式工作，差异在于前一种酶是在 DNA松弛中ATP-依赖性地起作用，以引起可逆的双链DNA裂解。CPT与Topo II的直接干 涉还没有得到描述。然而，已经报道了在24和48小时之后通过提高Topo II mRNA表达， 伊立替康（CPT-Il)治疗使小鼠中的一些肿瘤异种移植物对Topo II抑制剂变得敏感。这 表明革G向用于人实体瘤的化疗的Topo I和Topo II的联合治疗可能是有价值的。通过选 择性地诱导在酶介导裂解的5' -端带有鸟嘌呤残基的Topo I位点的可裂解复合物的稳 定，CPT类似物抑制Topo I的再连接反应。参见，例如，Svejstrup, J.Q.等，Technique for Uncoupling the Cleavage and Reli gat ion Reactions of Eukaryotic Topoisomerase I. The Mode of Action of Camptothecin at a Specific Recognition Site. J. Mol. Biol. 222:669-678(1991) ;Jaxel，C.等，Effect of Local DNA Sequence on Topoisomerase I Cleavage in the Presence or Absence of Camptothecin. J.Biol.Chem. 266:20418-20423(1991) ;Tanizawa，A.等，Induction of Cleavage in Topoisomerase I c~DNA by Topoisomerase I Enzymes From Calf Thymus and Wheat Germ in the Presence and Absence of Camptothecin. Nucl. Acids Res. 21:5157-5166(1994)〇 尽管这种稳定自身是可逆的，当复制叉遇到可裂解复合物时，产生了不可逆的双链断 裂。Topo I的水平越高，可裂解复合物的频率越高，越多数量的DNA断裂。这些断裂导 致细胞周期停止于S/G2-期，细胞凋亡途径的激活，并最终导致细胞死亡。参见，例如， Hsiang, Y. Η.等，Arrest of Replication Forks by Drug-Stabilized Topoisomerase I DNA Cleavable Complexes as a Mechanism of Cell Killing by Camptothecin. Cancer Res. 49:5077-5082(1989)。作为这种情况的结果，Topo I抑制剂只在正在进行中的DNA复 制或RNA转录存在下才是致命的。参见，例如，D'Arpa, P.等，Involvement of Nucleic Acid Synthesis in Cell Killing Mechanisms of Topoisomerase I Poisons. Cancer Res. 50:6919-6924 (1990)。与Gl-或G2/M-细胞相比较，S-期同步化的细胞似乎对Topo I 抑制剂敏感得多，表明对这种类型的药物的S-期特异性细胞毒性。参见，例如Takimoto, C. Η.等，Phase I and Pharmacologic Study of Irinotecan Administered as a96~Hour Infusion Weekly to Adult Cancer Patients. .T. Clin. Oncol