硼替佐米的研究進(jìn)展

李 恒

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110）

硼替佐米是一種硼酸類化合物,即N-(2-吡嗪羰基）-L-苯丙氨酸-L-亮氨酸硼酸(圖1）,于1998年12月首次被報(bào)道,具有抑制蛋白酶體活性的作用。2003年,美國(guó)食品及藥物管理局批準(zhǔn)蛋白酶體抑制劑硼替佐米用于臨床治療多發(fā)性骨髓瘤,隨后快速遍及全球。作為第一代20S蛋白酶體抑制劑,目前已廣泛應(yīng)用于治療多發(fā)性骨髓瘤[1-5]。

硼替佐米通過(guò)抑制泛素-蛋白酶體途徑達(dá)到治療多發(fā)性骨髓瘤的作用[6]。泛素-蛋白酶體途徑是降解胞內(nèi)蛋白質(zhì)的重要途經(jīng),蛋白質(zhì)通過(guò)與泛素活化酶、泛素結(jié)合、泛素連接酶相互作用從而進(jìn)行泛素化標(biāo)記,泛素化標(biāo)記的蛋白質(zhì)被26S蛋白酶體所識(shí)別并降解[7-9]。26S蛋白酶體由兩部分組成:20S核心顆粒、19S調(diào)節(jié)顆粒。20S核心顆粒由兩個(gè)相同內(nèi)環(huán)與兩個(gè)相同外環(huán)組成的具有空腔的筒狀結(jié)構(gòu),其外環(huán)又稱為α環(huán),由7個(gè)α亞基組成；內(nèi)環(huán)又稱β環(huán),由7個(gè)β亞基組成,其β1、β2、β5亞基是水解蛋白質(zhì)的活性位點(diǎn),分別具有半胱天冬酶樣活性、胰蛋白酶樣活性、糜蛋白酶樣活性。19S調(diào)節(jié)顆粒識(shí)別泛素化標(biāo)記的蛋白并將其送入20S核心顆?？涨恢?使其與活性位點(diǎn)相結(jié)合,從而降解泛素化標(biāo)記蛋白[10-12]。腫瘤細(xì)胞因其增殖的需求,對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)更加敏感,硼替佐米抑制泛素-蛋白酶體途徑,導(dǎo)致多泛素化標(biāo)記的蛋白質(zhì)累積,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡并達(dá)到治療目的。

硼替佐米作為目前治療多發(fā)性骨髓瘤的一線藥物,其常規(guī)合成步驟較為成熟,但其后處理較為繁瑣,對(duì)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)人員的傷害較大,不利于工業(yè)化生產(chǎn)的需求,因此對(duì)其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化具有深遠(yuǎn)的意義。

圖1 硼替佐米Fig.1 Bortezomib

1 硼替佐米的合成

1.1 硼替佐米及其衍生物的常規(guī)合成步驟

以含有保護(hù)基的L-苯丙氨酸為原料,與含有蒎烷二醇的甲基丁烷硼酸鹽反應(yīng)[13-14],得到硼替佐米的前體化合物,隨后該化合物在酸性條件下與異丁基硼酸反應(yīng),脫去保護(hù)基,得到硼替佐米,如圖2所示。

圖2 硼替佐米的常規(guī)合成方法Fig.2 Conventional synthesis of bortezomib

1.2 硼替佐米合成工藝優(yōu)化

雖然硼替佐米的常規(guī)合成步驟較為成熟,但其后處理較為繁瑣,對(duì)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)人員的傷害較大,因此許多課題組對(duì)其工藝進(jìn)行優(yōu)化。

叢艷偉等[15]在常規(guī)合成步驟基礎(chǔ)上增加一部反應(yīng),合成含氟中間體,該中間體為固體顆粒,避免化合物4因其為粘稠糖漿狀物質(zhì)無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確投料及質(zhì)量控制。同時(shí),后續(xù)反應(yīng)步驟可以用水和與水互溶的有機(jī)試劑作為溶劑,有利于減少有機(jī)試劑的使用及環(huán)境的污染,同時(shí)有利于工業(yè)化生產(chǎn),如圖3所示。

圖3 硼替佐米的工藝優(yōu)化方法Fig.3 Process optimization of bortezomib

圖4 硼替佐米的工藝優(yōu)化方法Fig.4 Process optimization of bortezomib

鄭德強(qiáng)等[16]對(duì)硼替佐米的合成路線進(jìn)行工業(yè)化優(yōu)化,以價(jià)格較為低廉的L-苯丙氨酸甲酯鹽酸鹽為原料,在O-苯并三氮唑-N,N,N′,N′-四甲基脲四氟硼酸(TBTU）條件下成酰胺,經(jīng)堿性條件下水解脫去酯基,再次選取TBTU代替EDC、HOBT等與硼替佐米藥效團(tuán)連接,所得產(chǎn)物再與異丁基硼酸在酸性條件下脫去保護(hù)基,得到硼替佐米。改造后工藝成本降低,操作簡(jiǎn)便易行,反應(yīng)條件較為溫和,適合工業(yè)化生產(chǎn)的需求,如圖4所示。

紀(jì)安成等[17]改進(jìn)了一條新的適用于工業(yè)化生產(chǎn)的合成路線,以異戊醛為起始原料,在對(duì)甲苯磺酸條件下與苯乙胺進(jìn)行縮合,隨后與雙聯(lián)頻哪醇硼酸酯進(jìn)行加成反應(yīng),再次通過(guò)催化、氫化、成鹽等步驟得到所需中間體4。再以價(jià)格較為低廉的L-苯丙氨酸為起始原料,進(jìn)行酯化反應(yīng)保護(hù)羧基,氨基與與吡嗪-2-甲酸反應(yīng),脫酯得到中間體8。中間體4與中間體8經(jīng)縮合并進(jìn)一步水解得到所需化合物硼替佐米。該合成方法避免了高溫、高壓等反應(yīng)條件,簡(jiǎn)化操作步驟的同時(shí)保證了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了收率,其總收率可達(dá)38.2%,如圖5所示。

圖5 硼替佐米的工藝優(yōu)化方法Fig.5 Process optimization of bortezomib

2 硼替佐米的藥理研究

硼替佐米作為第一代蛋白酶體抑制劑,自2003年美國(guó)食品及藥物管理局批準(zhǔn)用于臨床治療多發(fā)性骨髓瘤,隨后快速遍及全球,其作用機(jī)制可能為以下幾種途徑:

2.1 NF-κB信號(hào)通路的激活

細(xì)胞受到外界刺激,導(dǎo)致IκB激酶的激活,隨后進(jìn)行泛素化標(biāo)記并通過(guò)蛋白酶體介導(dǎo)降解IκB蛋白,釋放NF-κB二聚體,NF-κB二聚體被激活并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中,通過(guò)與目的基因的結(jié)合,促進(jìn)目的基因的轉(zhuǎn)錄。在腫瘤的生長(zhǎng)過(guò)程中,NF-κB信號(hào)通路的激活與其密切相關(guān)[18-19]。蛋白酶體抑制劑通過(guò)抑制蛋白酶體活性達(dá)到抑制NF-κB信號(hào)通路的激活。

2.2 p53蛋白

p53基因是人體的抑癌基因,在體內(nèi)編碼p53蛋白,p53蛋白具有強(qiáng)大的抑癌作用。具有激活DNA修復(fù)蛋白,阻止細(xì)胞生長(zhǎng)的生理功能,在大多數(shù)癌癥患者中發(fā)現(xiàn)p53蛋白突變或缺失。p53蛋白通過(guò)泛素化標(biāo)記并在蛋白酶體處進(jìn)行降解。正常情況下,p53蛋白的半衰期很短,阻斷蛋白酶體活性有利于減少p53的降解,并導(dǎo)致p53蛋白水平的迅速增加[20]。因此,蛋白酶體抑制劑可能有助于腫瘤抑制。

2.3 細(xì)胞周期蛋白與周期蛋白依賴性激酶

細(xì)胞周期蛋白與周期蛋白依賴性激酶在調(diào)控細(xì)胞周期的過(guò)程中起著重要的作用。細(xì)胞周期蛋白通過(guò)刺激周期蛋白依賴性激酶發(fā)揮其作用,周期蛋白依賴性激酶參與基因轉(zhuǎn)錄和mRNA加工的調(diào)節(jié)。此外,在癌癥中一些細(xì)胞周期蛋白,如細(xì)胞周期蛋白D1常被降解。在套細(xì)胞淋巴瘤中,細(xì)胞周期蛋白D1過(guò)度表達(dá),因此治療套細(xì)胞淋巴瘤的蛋白酶體抑制劑硼替佐米可能與細(xì)胞周期蛋白的水平密切相關(guān)[21]。

2.4 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生在未折疊或折疊蛋白質(zhì)的積累超過(guò)蛋白質(zhì)折疊或降解的速度時(shí),多發(fā)性骨髓瘤的患者特征性地產(chǎn)生過(guò)多的免疫球蛋白片段,持續(xù)的蛋白過(guò)多使骨髓瘤細(xì)胞高度依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[22]。蛋白酶體抑制劑通過(guò)利用了腫瘤細(xì)胞對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的依賴性,阻止促凋亡蛋白的降解和增加細(xì)胞內(nèi)的蛋白負(fù)荷達(dá)到治療效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

硼替佐米作為第一代蛋白酶體抑制劑,在治療多發(fā)性骨髓瘤方面取得里程碑的進(jìn)展,但其合成后處理較為繁瑣,對(duì)環(huán)境危害較大,不符合綠色化學(xué)的理念,因此對(duì)其合成路線進(jìn)行優(yōu)化具有深遠(yuǎn)的意義。硼替佐米合成路線優(yōu)化后成本降低,避免了高溫、高壓等反應(yīng)條件,反應(yīng)條件較為溫和,簡(jiǎn)化操作步驟的同時(shí)保證了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了收率,滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。而泛素-蛋白酶體途徑作為體內(nèi)降解蛋白質(zhì)的重要途徑之一,其生理活性與多種疾病密切相關(guān)。硼替佐米通過(guò)抑制蛋白酶體活性影響多種信號(hào)通路從而達(dá)到治療疾病目的,這使蛋白酶體抑制劑與其他藥物聯(lián)合用藥成為可能。目前,在白血病、淋巴瘤、實(shí)體瘤等多種惡性疾病中,蛋白酶體抑制劑正聯(lián)合其他藥物的用于臨床試驗(yàn)研究。因此抑制蛋白酶體活性作為一種治療惡性疾病的有效策略,有待進(jìn)一步深入的研究。