喜树碱类药物的研究进展

【摘要】：本文简要综述了喜树碱类药物的作用机理、构效关系、剂型研究以及现有喜树碱类药物的优劣势。

【关键词】

喜树碱是从珙桐科植物喜树中提取的五环类抗肿瘤生物碱。1961开始临床试验，70年代开始应用于临床。但由于喜树碱的毒副作用大，为了更好的应用于临床，扩大用药范围，广大科研工作者经过多年的系统研究，现已开发出多种喜树碱类抗肿瘤药物及新的剂型。现将近几年有关喜树碱药动学、药效学、生化结构、衍生物、制剂以及新的用途作一简要的综述。

1GTPs的抗肿瘤作用机制

拓扑异构酶是广泛存在于生物体内的一类必需酶，通过调节超螺旋、连锁、去连锁以及核酸解节作用，影响B/2拓扑结构，其主要分为拓扑异构酶Ⅰ与拓扑异构酶II。相比拓扑异构酶II 抑制剂，拓扑异构酶Ⅰ抑制剂疗效高，抗瘤谱广，已成为设计新型抗肿瘤药物的重要靶酶。同时，多种肿瘤细胞如结肠癌、宫颈癌、卵巢癌等的拓扑异构酶Ⅰ含量大大高于正常组织，且在C期肿瘤细胞中活性大幅提高，因此抑制拓扑异构酶Ⅰ的药物可选择性抑制增殖期肿瘤细胞B/2复制，具有较好的选择性。研究发现，GTPs是通过与拓扑异构酶Ⅰ-DNA可裂解复合物可逆结合，形成GTPs-拓扑异构酶Ⅰ-DNA三元复合物，从而稳定了可裂解复合物，形成“路障”，使复制叉不能进行下去，导致细胞死亡。然而GTPs并不能在所有的拓扑异构酶Ⅰ,:,D 所有切割位点捕获可裂解复合物。!&=?诱导的复合物除具=,:,D切割位点的共性即$位为=外，还具有碱基偏好性，它强烈倾向于捕获H$位为I的=,:,D切割位点。当H$位是I时，诱导切割的活性最大，=时最小，2、!居中。因此，!&=?可能与该碱基发生作用@&A，且必须药物、=,:,#、B/2三者同时具备，!&=?才可产生药效。

2.喜树碱结构修饰研究

1．1 A环和(或)B环修饰的喜树碱衍生物A环和(或)B环(喹啉环)修饰的喜树碱衍生物不仅数量多，而且都具有很好的活性，这一点已经被大量的实践所证明12引，见图1，表1。如拓扑替康(topotecan，7唧)和伊立替康(irinotecan，CPT-11)，它们与母体化合物喜树碱相比疗效确切，抗瘤谱，“，已在临床上广泛应用。其他化合物如9一硝基喜树碱(mbitecan)，SN38，exatecan，DB一67，karetinecin(BNP-1350)，CKD．602，gimatecan(ST-1481)等，它们的活性也很好，正在进行I，Ⅱ，Ⅲ期临床或临床前研究。

1．2 C环或D环修饰的喜树碱衍生物多数C环或D环修饰的喜树碱衍生物无抗癌活性，说明C，D两环的结构修饰不利于喜树碱的抗癌活性，这反映了喜树碱的吡啶酮羰基在稳定Topo I —DNA—CPT三元复合物中的重要性，见图2。另有研究表明，A环中被羟基或硝基取代的同时在C环上增加某些基团如烷氧基等这类化合物也有较好的活性_7J。有趣的是化合物12有较好的体外活性，它仅在C环上进行了氟代乙酯的取代，化合物13在抑制P338癌细胞时保持了与喜树碱相同的作用效果。化合物13的活性实验结果表明，当平面结构不被破坏时在C环t增加取代基是可以接受的。

1．3 E环修饰的喜树碱衍生物

E环的取代物强调了保持喜树碱活性的特定结构的重要性，见图3。首先是a一羟基内酯对抑制Topo I和体内活性的重要性。在生理条件下，喜树碱存在着关闭的内酯形式和开环的羧酸盐形式之间的平衡。Hertzberg等用内酰胺代替了内酯基合成了化合物14，降低了E环的开环趋势，但该化合物对Topo I无抑制活性。类似的化合物15一17也无活性，化合物18和19有细胞毒性，但其细胞毒性对抑制Topo工并不相关。喜树碱20位C的立体构型显然至关重要，R 构型无活性。进一步研究表明，羟基本身参与了一个或多个氢键的相互作用。化合物20。23活性明显降低。Lavergne等_14j用口一羟基内酯代替a一羟基内酯合成了化合物24，在生理条件下24 H后卢一羟基内酯仍然稳定。化合物27(BN一80915)对许多癌细胞有较强的抑制增生扩散作用，目前处在I期临床试验阶段。化合物28在缓冲溶液和血浆中内酯环的稳定水平都很高，但化合物25却没有抑制Topo工的活性，不能抑制癌细胞的增生扩散，这说明内酯环的完整性是喜树碱发挥作用的必要结构特征。

然而最近有文献117圳报道了新的E环没有内酯的衍生物，如化合物26，29，它们对抑制TopoI 有较强的活性而且表现出了细胞毒性，这些化合物的合成要求我们对E环内酯部分的作用进行重新评价。

1．4喜树碱结合物

目前使喜树碱的治疗效果最优化的方法主要有两种：一是利用20(s)一羟基作为结合的位点；二是利用喜树碱衍生物上起作用的一些功能基团作为结合的位点，如氨基，羟基和羧基。这些基团通常属于喹啉环的一部分。这类化合物中最简单的化合物30，它是通过20(S)一羟基的酯化作用得到的，20-O一丙酸酯化的喜树碱内酯环的稳定性显著增加，抗癌活性与CPT相当。近几年开发的PEGsPAcER．即类喜树碱衍生物在水中的溶解性非常好，增加了化合物在中性溶液中的稳定性，体内活性实验表明，此类化合物是有效的抗癌物质，如化合物31120-2¨。Lerchen等合成化合物32，其侧链上的氨基酸残基使喜树碱分子更易与血清蛋白结合，增加药物与蛋白结合的稳定性。Walker等[23 J报道了BR96一CPI"结合物33的合成，该化合物降低了由于剂量问题引起的不良反应，同时保持了母体化合物的抗肿瘤活性。Gamcsik等合成了化合物40，增加了三联体复合物的稳定性。Chang等合成了化合物38，它对人前列腺癌细胞有显著的抗肿瘤活性。Ohtsu等人在喜树碱母核的7位上引入紫杉醇合成了如化合物39的一系列化合物，在体外抗肿瘤实验中与喜树碱、紫杉醇及喜树碱与紫杉醇的混合物进行了对比评价，对肿瘤细胞KB的抑制活性优于喜树碱，对HCT-8的抑制活性，比喜树碱和紫杉醇好。Lee等协J通过光化聚合作用合成了34(ETPA—gJy—cP11)，这种聚合体的抗癌活性比喜树碱高。Chiricoa等合成了37(HPMA—CPT)。Pessah等旧l合成了2个新的具有生物活性的喜树碱氨基甲酸盐35和36。Guiotto等人合成了7一乙基一10一氨基喜树碱的PEG结合物4l，该化合物的抗肿瘤活性与CPT-11相当，见图4。

2喜树碱类化合物的构效关系

Topo I—DNA和TPY-Topo I—DNA晶体结构以及计算机模型为喜树碱的抗癌机制提供了有力的证明，同时也为人们对喜树碱进行有目的的结构修饰提供了依据。大量研究探讨了喜树碱的构效关系，并提供了新的观点。我们结合当前研究的最新进展及自己的工作对喜树碱的构效关系总结如下：①A，B，C和D环的平面共轭结构是喜树碱类化合物体内外活性所必需的；在A和B环的7，9，10及11位引入不同的取代基，特别是7和lo位双取代基，可干扰喜树碱开环形式与HsA的结合，提高内酯形式在体内的稳定性，从而增大衍生物的抗肿瘤活性当平面结构不被破坏时，在c环上增加取代基仍可保持活性；D环的结构修饰不利于提高喜树碱的抗癌活性。②E环内酯环是一个必需的结构特征，如其相应的钠盐表现了低活性。喜树碱E环a。羟基的酯化可增大羰基的位阻，破坏分子内氢键，也降低羰基的活性，体内试验表明，它的酯化可大大降低喜树碱的毒性，通过加大剂量来维持它的抗肿瘤活性。然而，最近的一些报道要求对E环内酯环的必要性作重新评价。③c20的s构型被认为是活性所必需的，尺构型则活性降低。④为了优化喜树碱的治疗效果，人们合成了大量的喜树碱结合物，它们利用20(s)一羟基作为结合的位点或是利用一些功能基团(如氨基，羟基和羧基)作为结合的位点。大多数基团属于喹啉环的一部分。这些喜树碱结合物多数具有较好的生物活性，它们的成功合成为进一步开展喜树碱的结构修饰工作提供了新的思路。

# 喜树碱及其衍生物的发展史及喜树碱衍生物的研发现状

2，1．喜树碱衍牛物的发展史

1966 20(s)一喜树碱的分离和结构确认

1967—1970 喜树萃取物显示抗肿瘤活性

1970—1972 喜树碱钠盐的I／II期临床试验

1985—1988 20(s)一喜树碱抑制DNA拓扑异构酶I

1986—199I 9一Nc和9一Ac，伊立替康和拓扑臀康的合成实验

1988—19在几类人肿瘤中发现Topo I的高表达

19 喜树碱类似物抑制Topo I

19—1993 9一Nc，9一Ac，伊立替康和拓扑替康异种移植抗肿瘤试验

1991—1995 伊立替康和拓扑替康临床开发

1995--2000 DX--51f的合成、试验和I／TI期临床试验

1995--2000 GG一2儿的合成、试验和I期临床研究

1996--200l CKD--602的合成、试验和I期临床研究

1997--2001 BN--80915合成、试验和I期临床研究

1999 IOEC公司终止9--AC的临床开发

2002 SuperGen公司向FDA提出9--AC的新药申请

2．2．喜树碱衍生物的研发现状。

至今已有一系列半合成和全合成的喜树碱衍生物出现许进入临床应用或临床试验阶段。

伊立替康(irinotecan，CPTll)：日本Yakul和painichi公司合作开发，1994年首先在日本厚生省批准上市，是一种前体药，在体外抗肿瘤活性很小，在体内代谢成为7一己基一lo一羟基喜树碱(SN--38)显示抗肿瘤作用。

拓扑替康(topotecan，TPT)：拓扑替康是由Smithkline Becham公司开发的一种水溶性，在9位上有一个稳定的碱性侧链，于1996年在美国率先上市，伊立替康、拓扑替康目前已在国内仿制成功。

10-羟基喜树碱(10-hydroxycampotothecine，HCPT)60年代末，我国学者对喜树中的活性成分进行了较全面的研究，发现10，羟基喜树碱的抗癌活性高而毒性低。此药对多种恶性肿瘤有效，目前除应用于消化道肿瘤、肺癌、生殖系统肿瘤外，对自血病等也有良好治疗作用，目前中科院药用植物所已单独开发出“10．羟基喜树碱”已上市。

Exatecan(DX。510：日本Daichi公司开发的一种水溶性全台成衍生物。在体内外抗肿瘤活性中，它小仅抗瘤谱广，而且优于伊立替康和拓扑替康。目前正在进行nI期临床研究。Lurtotecan(GG-211)：美国Gaxo—smitIlHine公司开发的一种六环喜树碱水溶性全合成衍生物。临床研究结果显示，该化合物优于拓扑替康，目前正在进行Ⅱ期临床试验。

CKD一602：韩国CKD pharm公司开发的水溶性衍生物。目前正进行II期临床研究，主要针对结肠癌、胃癌和卵巢癌。

9一硝基喜树碱(9．Nitrocamptothecin，9一NC)，鲁比替康是美国Super Gen公司正在开发中的一种水溶性喜树碱衍生物。目前己完成针对晚期胰腺痛的IⅡ划临床研究，正向FDA提出新药申请。但该药在体内的内酯半衰期较短，敞用脂质体来提高体内内脂稳定性。鲁比替康人体试验已经证实其对大多数实体瘤和血癌有效，可口服，无心、肺，肝，肾和神经毒性，故被誉为第二代拓扑异构酶抑制剂。其临床适应症为胰腺癌、乳腺癌等实体肿瘤和慢性骨髓细胞白血病。

9一氦基喜树碱(9--aminocamptothecin，9一AC)：美国IDEC公司开发的水4i溶件半合成衍生物．它是9一硝基喜树碱在体内代谢产物。由于它在体内内脂含量太低且毒性较大，IDEC公司已于1999年底终止它的三期临床研究。

Gimatecan(STl481)：美困Sigma-Tau公司开发的水不溶性半合成衍生物。目前正在进行神经胶质肿瘤和其他实体肿瘤的I、Ⅱ期临床研究。

Karenitecin(BNP-1350)：美国BioNumerik公司开发的水不溶性半合成衍生物目前已完成I 期临床研究，正在进行对非小细胞肺癌、卵巢癌、乳腺癌、结肠癌和黑色素肿瘤的Ⅱ期临床研究。

Diflomotecan(BN一80915)：法国Biomeasure公司开发的水不溶性B一羟基内脂全合成衍生物。体内外抗肿瘤活性显示，它优于伊立替康、和拓扑替康。由于该化合物与DNA--Topo l 形成三元不可裂解复合物，因此体内脂半衰期延长，目前正在进行Ⅱ期临床研究。

" 喜树碱类药物剂型研究

!" # $%&

对CTP普通制剂一般采用连续滴注或多次注射的给药方法，一方面给患者带来痛苦，另一方面有毒性大等缺点，如中性粒细胞减少症、血小板减少症、贫血和非血液系统毒性反应H ; 9 3 I，故需发展新的剂型，以克服/01 水溶性差、毒性大的缺点。

;2 囊泡#7,)G)&+2：由非离子表面活性剂、胆固醇和十六烷基磷

酸混合物形成。栾立标等H4 I以司盘和胆固醇作为主要膜材，用薄膜分

散9 超声分散法制备/01 囊泡，包封率为E;L。结果表明，/01 囊泡

对小鼠R;5" 瘤细胞有明显抑制作用，但对小鼠体重基本无影响，说明

/01 囊泡不仅具有显著抗癌活性，而且能显著减低/01 的毒性。3 2 固体脂质纳米粒# R)>,A S,’,A 7%-)’%=(,$>+G2 ：杨时成等H E I用热

融分散法制备/01 固体脂质纳米粒，以0)>)B%&+=;55 为表面活性

剂使之吸附在固体脂质纳米粒的表面，改善了/01 疏水性，并产生

“立体位阻”效应，阻止单核吞噬系统的摄取，使药物在血液循环中

的滞留时间延长。体外释放实验表明，体外释放;4Q * 后，透析袋内

的/01 固体脂质纳米粒混悬液中/01 仍以闭环形式存在，说明固

体脂质纳米粒能阻止/01 内酯环开环，使药物的疗效增加。N 2 脂质体# S,’)G)&+G2 ：脂质剂是当前/01 新剂型的研究

热点。脂质体可增强药物的亲细胞性，降低不必要的系统毒性，增

强脂溶性药物在体液中的溶解性，调节药物释放模式。/)=(+G, 等H ! I

利用反相蒸发法和薄膜挤压法制备脂类成分不同的中性、阳离子

和阴离子/01 脂质体，人白血病T4E3 细胞株体外实验表明，/01

脂质体表现出比普通剂型更强的抗肿瘤活性。对人乳腺癌和恶性

黑色素瘤组织移植的裸鼠肌肉注射脂质体/01，癌组织完全消退，

而体重减少的比率明显下降，故认为脂质体降低了/01 毒性，增强

了抗肿瘤活性H5 I。

Q 2 微胶粒#&,$+>>%= 2 ：微胶粒能增加脂溶性物质在水溶液中的

溶解性和稳定性。/)=(+G, 等H ! I利用以吐温9 5" U 吐温9 54 #; U ; 2 混

合制备的微胶粒溶解/01，获得了良好效果。/01 在微胶粒中的溶

解性为水中的4 倍。在对人白血病T4E3 细胞株体外实验中，微胶

粒剂型与普通剂型相比，抗癌活性更强4 2 微乳#O,$=)+&?>G,)-G2 ：微乳较普通乳剂具有热动力学稳定、

单相、成品透明和自乳化的优点，也被用于/01 载体研究。/)=(+G,

等H! I利用由表面活性剂、助表面活性剂、油相和水相合成的微乳溶

解/01。结果/01 在微乳中的溶解性是水的3N 倍，是微胶粒的4

倍；/01 浓度达到4"" &V M &S 时，也未见沉淀现象；将/01 微乳制

剂在室温下放置N" A，在颜色、相分离、分层和/01 析出方面都没

有变化，故认为微乳是/01 的理想溶剂；人白血病T4E3 细胞株体

外实验也显示微乳剂型较普通剂型的抗癌活性更强。

E 2 其他：/%,)>W% 等H : I用/01 的$ 9 羟基的甘氨酸9 苯丙氨酸9

亮氨酸9 甘氨酸寡肽片段与两种7 9 #3 9 羟丙烷基2 甲基丙烯酸

聚合物#C0O82 共轭结合，制备了/01 共轭结合物，改善了/01 的

疏水性。体外血浆、中性缓冲液稳定性实验证明，该结合物能抵抗

内酯环的水解，增强内酯活性结构的稳定性。在C13: 肿瘤小鼠实验中，用#$ 标记的%&’ 和%&’ 共轭结合物分别注射小鼠，结果显

示，肿瘤组织对%&’ 共轭结合物的吸收明显高于一般%&’ 给药，

%&’ 共轭结合物的抑癌率达到()* ，且没有出现毒性死亡。