對映異構體純的7-(2’-三甲基甲硅烷基)乙基喜樹堿的全化學合成的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及對映異構體純的7-(2' -三甲基甲硅烷基）乙基喜樹堿（BNP1350 ;卡 侖尼替星（Karenitecin) ;Cositecan)的全化學合成的全合成的新化學策略。
【背景技術】
[0002] I.喜樹堿（CPT)和初期臨床試駘
[0003] 喜樹堿（CPT ;IUPAC命名：（S)-4-乙基-4-羥基-IH-吡喃[3'，4' ：6, 7]剛噪嗪 并（indolizino) [l，2-b]喹啉-3, 14(4H，12H)-二酮）及一些其類似物已經顯示出具有不 同程度的抗腫瘤活性。目前，美國的食品藥品管理局（FDA)和全球一些其他區(qū)域的其它管 理機構已經批準了兩種CPT類似物（伊立替康和拓撲替康，如下所討論的）用于治療用途， 用于各種形式的實體腫瘤。
[0004] 最初在1966年由Wall等從喜樹（Camptotheca accuminata)(藍果樹科， Nyssaceae family)分離出CPT，喜樹是一種中國紅豆杉。參見，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] 最初分離的喜樹堿（CPT)的結構顯示如下：
[0007] 到了 19世紀70年代早期，CPT已經達到了 I期和II期臨床試驗，盡管發(fā)現(xiàn)其具 有抗腫瘤活性，但存在著許多與其使用相關的有害生理學副作用。副作用包括，但不限于， 嚴重且不可預測的骨髓抑制、胃腸道毒性、出血性膀胱炎、脫發(fā)、腹瀉、惡心、嘔吐等。這些在 早期臨床研宄期間中發(fā)現(xiàn)的毒性使得藥物在該時間段中是"難以控制的"。參見Muggia，F(xiàn). 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] 為了證實本發(fā)明的實用性和新穎性，將有益地參與簡述涉及用非腸道方式給藥 進行人臨床試驗的公開文獻。CPT的物理化學研究發(fā)現(xiàn)閉合E-環(huán)內酯形式的CPT在水 中具有非常差的溶解度（即，溶于Iml水中的約0. 1 μ g藥物）。另外，在兩種CPT對映 異構體中，發(fā)現(xiàn)天然存在的（S)-異構體比（R)-異構體更有效。參見，例如Motwani, M. V.等，F(xiàn)lavopiridol (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)。這些各種類似物的不同性質是由 CPT 的核心結構上的不同化學取代基所引起的。
[0009] 因此，由于其非常差的水溶性，為了在人臨床試驗中通過常規(guī)給藥途徑方案給藥 CPT，最初使用氫氧化鈉來配制成其羧酸鈉形式（開放內酯形式）。重要的是要注意所有這 些使用氫氧化鈉 CPT制劑的早期臨床研宄是為了顯著提高分子的水溶性（即，親水性），以 使得能將足量的藥劑非腸道給藥至患者，并且在某些情況下口服給藥至患者。CPT的氫氧化 鈉制劑形成了水溶性更大的CPT物質，允許臨床醫(yī)師使用較小藥物體積的施予來給藥更大 濃度的CPT，從而使得可以將足夠高劑量的藥物給藥至經受I期和II期臨床試驗的癌癥受 試者。然而，隨后確定了該制劑導致喜樹堿分析的內酯E-環(huán)的水解，因而形成CPT的水溶性 羧酸鹽形式，其只具有最初非水解內酯形式的CPT的約十分之一或更少的抗腫瘤功效。由 于經常觀察到顯著的全身毒性和缺乏抗腫瘤活性，因此使用氫氧化鈉配制的CPT進行的臨 床試驗是非常令人失望的。隨后確定了藥物相對低的親水性是這些副作用最重要的原因。 這種內酯形式的CPT的低水溶性極大程度上限制了藥物的實際臨床實用性，因為為了提供 有效劑量的藥物，必須將過大體積的流體給藥至患者。由于CPT內酯形式及其許多類似物 在水中有效的抗腫瘤活性和差的水溶性，許多努力都針對產生具有更大水溶性的新CPT內 酯類似物。為了具有活性，不應當大量存在開放E-環(huán)形式的水溶性CPT類似物，但是可選 地，應當主要以閉環(huán)內酯形式存在。因此，其中平衡有利于閉環(huán)內酯形式的CPT類似物是給 藥所需要的。
[0010] II. CPT的藥理學活件
[0011] 盡管這些較早的令人失望的副作用，作為其作用機制（即，拓撲異構酶I抑 制）揭示的結果，在20世紀80年代期間引起了對CPT日益遞增的臨床關注。這種關 于CPT類似物作用機理的新信息用來復燃對研發(fā)用作抗腫瘤藥物的新Topo I抑制 劑的興趣，并且隨后幾個研宄組開始嘗試研發(fā)用于癌癥治療的新CPT類似物。參見， 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] 幾種臨床上重要的抗癌藥物通過影響DNA拓撲異構酶來殺死腫瘤細胞。拓撲異構 酶是在DNA復制和通常在復制、轉錄和或許的其他DNA過程中引起的三級結構改變（例如， 過旋、欠旋和鏈狀排列）中起作用的基本核酶。所有真核細胞中普遍存在的兩種主要拓撲 異構酶：（i)拓撲異構酶I (Topo I)，其裂解單鏈DNA和（ii)拓撲異構酶II (TopoII)，其裂 解雙鏈DNA。拓撲異構酶I涉及DNA復制；其消除了移動復制叉前面引入的扭轉應變。
[0013] 拓撲異構酶I (Topo I)是含有765個氨基酸的單體IOOkDal多肽，由位于 染色體20ql2_13. 2上的基因編碼。參見，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 復制和 RNA轉錄中必需 的酶，并且存在于所有真核（包括腫瘤）細胞。由于正常的DNA是超螺旋的，并且緊緊置于 染色體中，因此DNA復制叉不能合成這種拓撲限定的DNA之外的新DNA。Topo I以ATP非 依賴性方式起作用，通過結合超螺旋的DNA和裂解磷酸二酯鍵，導致單鏈斷裂。同時，Topo I在Topo I的位置723的酪氨酸殘基和單鏈DNA分子的3'端之間形成共價可逆加合物，稱 為可裂解復合物。DNA分子能夠圍繞完整DNA單鏈自由旋轉，并且產生DNA的松弛。在裂解 再連接之后，Topo I與DNA分離?？闪呀鈴秃衔锿ǔＶ淮嬖谳^短的時間，正好允許未裂解 的單鏈DNA解旋。
[0014] 特別地，發(fā)現(xiàn)CPT形成包括：Topo I-CPT-DNA的可逆共價復合物。簡而言之，CPT 的主要作用機理是通過阻斷Topo I的裂解/再連接反應的再連接步驟抑制Topo I，因此 導致共價反應中間體（即，可裂解復合物）的累積?；贑PT的細胞凋亡是通過前進中的 復制叉和Topo I DNA復合物之間的潛在致命碰撞的S-期特異性殺死。已經鑒定了兩種涉 及Topo I共價修飾的Topo I介導的DNA損傷的修復應答。第一種涉及泛素/26S蛋白酶 體途徑的激活，導致Topo I的降解（CPT誘導的Topo I下調）。第二種涉及小泛素樣調節(jié) 劑（SUMO)與Topo I綴合。這些用于Topo I介導的DNA損傷的修復機制在測定腫瘤細胞 中的CPT敏感性/抗性中起著重要作用。
[0015] 從人結腸癌細胞或小牛胸腺純化的Topo I已經顯示出受到CPT的抑制。CPT，伊 立替康（CPT-Il)和另外的Topo I抑制劑拓撲替康已經用于臨床試驗中來治療特定類型的 人類癌癥。為了本發(fā)明的目的，CPT類似物包括：7-乙基-10-[4-(l-哌啶子基）-1-哌啶 子基]羰基氧喜樹堿（伊立替康或CPT-11)，10-羥基-7-乙基喜樹堿（HECPT)，9-氨基喜 樹喊，10, 11亞甲基二氧喜樹喊和9-二甲基氨基甲基-10-羥基喜樹喊（拓撲替康）。這些 CPT類似物使用相同的機理來抑制Topo I ;它們穩(wěn)定酶和鏈裂解的DNA的共價復合物，其是 催化機理中的中間產物。這些類似物對于分離的DNA或Topo I沒有結合親和性，但是以可 測量的親和性結合酶-DNA復合物。由CPT和類似物穩(wěn)定的Topo I "可裂解復合物"是易 于可逆的。
[0016] 拓撲異構酶II (Topo II)以與Topo I類似的方式工作，差異在于前一種酶是在 DNA松弛中ATP-依賴性地起作用，以引起可逆的雙鏈DNA裂解。CPT與Topo II的直接干 涉還沒有得到描述。然而，已經報道了在24和48小時之后通過提高Topo II mRNA表達， 伊立替康（CPT-Il)治療使小鼠中的一些腫瘤異種移植物對Topo II抑制劑變得敏感。這 表明革G向用于人實體瘤的化療的Topo I和Topo II的聯(lián)合治療可能是有價值的。通過選 擇性地誘導在酶介導裂解的5' -端帶有鳥嘌呤殘基的Topo I位點的可裂解復合物的穩(wěn) 定，CPT類似物抑制Topo I的再連接反應。參見，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 盡管這種穩(wěn)定自身是可逆的，當復制叉遇到可裂解復合物時，產生了不可逆的雙鏈斷 裂。Topo I的水平越高，可裂解復合物的頻率越高，越多數(shù)量的DNA斷裂。這些斷裂導 致細胞周期停止于S/G2-期，細胞凋亡途徑的激活，并最終導致細胞死亡。參見，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)。作為這種情況的結果，Topo I抑制劑只在正在進行中的DNA復 制或RNA轉錄存在下才是致命的。參見，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)。與Gl-或G2/M-細胞相比較，S-期同步化的細胞似乎對Topo I 抑制劑敏感得多，表明對這種類型的藥物的S-期特異性細胞毒性。參見，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