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羟基脲的作用机制

发布日期:2018/11/21 16:37:14

背景及概述【1】

羟基脲作为一种非烷化抗肿瘤和抗病毒药物,最初于1869年由Dressier和Stein合成,随后被用于治疗SCD及真性红细胞增多症(PV)、原发性血小板增多症(ET)、慢性粒细胞白血病(CML)和原发性骨髓纤维化(PMF)等骨髓增殖性疾病。其对头颈部鳞癌、复发性转移性卵巢癌有一定疗效,与放射治疗同时应用可作为放射增敏剂,亦可抑制HIV病毒在人体复制。被世界卫生组织列为“基本药物”之一。羟基脲的临床毒性主要衷现为骨髓抑制、皮肤毒性、轻度胃肠道毒性及肝肾功能异常。并足确认的遗传毒物和动物致畸原,对人具有确切的致癌作用。

应用

羟基脲主要用于治疗慢性粒细胞白血病(慢粒)、黑色素瘤、慢粒的加速期和急变期、真性红细胞增多症,另对头颈部原发性鳞癌、复发性转移性卵巢癌等亦有一定疗效.近年来,发现它对镰状细胞性贫血,地中海贫血.银屑病等有肯定疗效。还有研究报道称,HU与核酸同类物DDl(didanosine)联合用药,可治疗艾滋病,资料显示治疗一年后无明显反弹。

羟基脲作用机制【1】

羟基脲主要通过抑制核糖核昔酸还原酶(RR)产生药理作用。RR是生物体内唯一能催化核糖核苷酸还原为相应脱氧核糖核苷酸(dNTP)的酶,HU通过选择性灭活RR M2亚单位的酪氨酸自由基而抑制RR活性。RR的失活直接造成dNTPs生成减少,从而导致复制叉上的DNA聚合酶运动减慢并诱导增殖中的细胞DNA合成停止,细胞在S期死亡。

同时,由于DNA合成受阻而引起的dsDNA断裂等DNA损伤也是HU产细胞毒性、抗肿瘤活性和致畸作用的重要原因 还有,Hu通过抑制DNA合成也会导致受损的DNA无法得剑修复,从而可以协同放疗或其他烷化剂发挥抗肿瘤作用。

羟基脲可通过增加氨基端激酶(c·jun)mRNA的合成速率来调节其表达,从而诱导肿瘤细胞的分化。dNTPs的消耗亦促进r嘌呤、嘧啶抗代谢物的活性。羟基脲还能产生氧化应激,并在某些突变细胞中诱导胞质分裂停滞,此外,羟基脲还可能作用于某些金属酶和基质蛋白酶4 羟基脲还可通过形成过氧化氢(H2O2)和硝基过氧化物而引起DNA碱基主要是T和C的损伤。见图1

总之,羟基脲主要是通过抑制RR活性和阻碍DNA的合成与修复达到抗肿瘤的目的,因此,具有细胞高更新率的组织(例如造血组织、口腔、胃肠黏膜和皮肤)同样容易受到羟基脲的抑制:这也是羟基脲在治疗癌症的同时产临床副作用的主要分子机理。羟基脲主要通过抑制核糖核苷酸还原酶(RR),造成dNTPs生成减少,导致细胞在S期死亡。羟基脲还可通过增加c-jun mRNA的合成速率,形成H2O2和硝基过氧化物,作用于某些金属酶和基质蛋白酶等,通过多种途径产生副作用。

羟基脲系统性和皮肤副作用的不良反应【1】

羟基脲最常见的副作用是其对造血系统的可逆抑制作用,例如贫血、白细胞和血小板减少。几乎所有服用羟基脲患者的红细胞都会出现巨幼红样改变的全身性副作用大多是轻微的,包括疲劳、头痛、恶心、呕吐、腹泻和发烧.罕见及严重的不良反应可能与长期用药有关,包括全身性的,如严重的骨髓抑制;局限于皮肤、黏膜的,如口腔炎和腹泻,甚至可能出现致命性胃肠溃疡。

羟基脲长期治疗可引起多种皮肤改变,Quattrone等将其分为9类:①皮肤萎缩、皮肤干燥和获得性鱼鳞病;②面部和肢端红斑;③掌跖角化;④脱发;⑤皮肤和黏膜色素沉着;⑥皮肌炎样皮损;⑦甲营养不良和甲黑线;⑧日光性角化稀和鳞状细胞癌;⑨皮肤和黏膜溃疡。HU的皮肤不良反成还包括一种特征性皮疹,Daoud等将此描述为:具有毛细血管扩张、红斑、结垢和苔藓样匠疹的皮肤斑丘疹,通常出现在指问关节和掌指关节背部,类似于皮肌炎但无肌肉受累、羟基脲还能增强紫外线辐射作用,诱导产生基底细胞癌和鳞状细胞癌,抑制P53的表达,特别是在17号染色体异常的情况下。

羟基脲衍生物设计【2】

羟基脲的抗癌活性与其抑制核苷酸还原酶活性是成lF比的,它的作用机制是羟基脲中含有的-NHOH在体内能形成NO,NO与RR酶的hRRM2亚单位作用.通过灭活hRRM2蛋白中的酪氨酸自由基而使RR酶活性丢失,而发挥其抑制癌细胞增殖作用。图2l为羟基脲与RR酶作用的晶体结构图(PDB编号为IJPR)。

药物要达到生物体的受体部位与其结合,脂溶性的大小有很大关系,因为药物要透过细胞膜才能与受体结合,脂溶性越小,越不易被吸收。但HU分子量小和极性大,脂膜穿透能力较弱,这也是造成羟基脲毒副作用大和生物利用度低的主要原因。为降低其毒副作用,有必要增大它的脂溶性,使其更好地与受体部位结合以提高生物利用度。因而我们以羟基脲为先导化合物,合成了二个系列羟基脲类衍生物,其一为苄氧基脲前药系列(1),其二为N-苄基-N-苄氧基脲前药系列(2)。

用ChemDraw Ultra7.O软件计算设计合成的羟基脲前药衍生物的ClogP,结果见下表:(表2.1)

由表2.1可以看出,羟基脲衍生物的ClogP值明显大于HU,所以设计合成的目标化合物的脂溶性相对于HU来说,有明显的提高。因而有利于药物透过细胞膜,可能会使药物生物利用度提高和药物毒副作用降低。羟基脲的前药衍生物可在体内的混合功能氧化酶(Mixed Function Oxidase,MFO)的作用下降解后释放出活性成分,因而通过这一结构修饰,可望使羟基脲的半衰期延长。在生物体内,芳环相连的碳原子(苄位碳)易被氧化为相应的醇羟基代谢物。而在体内C-O键,C—N键常可以发生氧化脱烷基作用,由混合功能氧化酶催化完成,像非那西丁和普萘洛尔等,所以化合物HX-1~HY-12在生物体内,可能会产生脱苄基的反应。过程如下:

从细胞色素P450循环中可以看出,衍生物HX-1~HY-12经代谢后,就可能会还原成羟基脲,HU的药效基团(-(C=X)NHOH;X=O,NH)将会暴露出来,发挥它的抗肿瘤活性。用Chem3D Ultra 7.0软件对设计合成的HX-l~HX-6的基本结构进行三维结构分析,结构如下: (图2.3)

用Chcra3D Ultra 7.0软件对设计合成的HY-7~HY-12的基本结构进行三维结构分析,结构如下:(图2 4)

由图像结构处理,可以看出,苄基接上后,并没有改变羟基脲的三维结构,所以衍生物吸收后,被细胞色素P450代谢后,羟基脲就能以完整结构发挥作用,不会改变它的抗肿瘤活性。目标化合物是在羟基脲的基础上,增加了芳香基或取代芳香基,使化合物的分子量和脂溶性都增加了,空间结构也发生了改变,这些变化可能使化合物的吸收增加,同时,在体内具有相应的酶代谢,使羟基脲的活性基团暴露出来,发挥它的抗肿瘤活性。这可能会使目标化合物的生物利用度有所提高,活性增强,毒副作用降低。

主要参考文献

[1]赵倩楠,刘若璇,张舒曼,周粤闽,吕玉泉,ZHAO Qiannan, LIU Ruoxuan, ZHANG Shuman, ZHOU Yuemin, LYU Yuquan- 《河南大学学报(医学版)》2018年1期

[2]陆小三2007- 南昌大学;南昌大学医学院:药物化学

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