具有快速皮肤穿透速度的带正电荷的水溶性的芥子类化合物及其相关化合物的前药.pdf

通式(1)“结构式1”中新型的带有正电荷的芥子类化合物(mustards)及其相关化合物的前药已被设计并合成。上述通式(1)“结构式1”中的化合物可以由芥子类化合物及其相关化合物与合适的醇、硫醇或胺与偶合剂反应合成，偶合剂有：N，N′-二环己基碳二亚胺、N，N′-二异丙基碳二亚胺、O-苯并三氮唑-N，N，N′，N′-四甲基脲四氟硼酸酯(TBTU)、O-苯并三氮唑-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)、苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐(BOP)等。前药分子中带正电荷的氨基不仅大大提高了药物在水中的溶解度，而且可以与生物膜的磷酸盐端基负电荷键合，推动前药分子进入细胞质。实验结果表明前药透过人体皮肤的速度比芥子类化合物及其相关化合物快近100倍。在血浆中，超过90％的前药能在几分钟内回到母药结构。这些前药可用于治疗人或动物的任何芥子类化合物及其相关物可治疗的疾病。在治疗中，这些前药可通过透皮给药，避免了芥子类化合物及其相关化合物所产生的大多数副作用。通过这些前药的控释透皮给药系统，可以使血液中芥子类化合物及其相关化合物的浓度稳定在最佳的治疗浓度，提高疗效并减少芥子类化合物及其相关化合物的副作用。这些前药透皮给药的另一大好处是给药更加方

1.  由通式(1)“结构式1”所表示的化合物，

结构式1
其中，R₁代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；R₂代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；R₃代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；A^-代表Cl^-，Br^-，F^-，I^-，AcO^-，柠檬酸根或其他任何负离子；R代表支链或直链，-(CH₂)_n-，其中n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10……；X代表O，S，NH；X₁代表Cl，Br，F，I，OSO₂R₄(R₄表示低碳烷基，芳基或杂芳基)；X₂代表Cl，Br，F，I，OSO₂R₄(R₄表示低碳烷基，芳基或杂芳基)；所有的R，-(CH₂)_n-或-(CH₂)_m-基团可以是支链或直链，可以含有C，H，O，S或N原子，可以有单键，双键，和三键。任一CH₂可以被O，S，或NH取代；Y代表：

其中，Y₁代表CH₂，O，S，NH；Y₂和Y₃分开时各自代表不同，可分别代表H，OH，NHCOCH₃，NHCOC₂H₅，Cl，F，Br，I，或结合起来共同代表氧或2个氢；Y₄代表CH₂，-(CH₂)_n-，O，S，NH；R₄代表H，CH₂CONH₂，CH₂CH₂CONH₂，CH₂COOCH₃，CH₂COOC₂H₅，CH₂NHCOCH₃，CH₂CH₂NHCOCH₃，CH₂CH₂CH₂NHCOCH₃，CH₂CH₂CH₂CH₂NHCOCH₃，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基，或杂芳基；A代表α-氨基酸或β-氨基酸残基，n＝0，1，2，3，4，5，6，7……；所有的R，-(CH₂)_n-或-(CH₂)_m-基团可以是支链或直链，可以含有C，H，O，S，或N原子，可以有单键，双键，和三键；任一CH₂可以被O，S，或NH取代；
代表包括但不限于以下任一芳基或杂芳基

其中，X₃，X₄，X₅，和X₆代表H，F，Cl，Br，I，NHCOCH₃，NO₂，CN，CF₃，OCH₃，SCH₃，NH₂，NHCH₃，OCH₃，OC₂H₅，OC₃H₇，CH₃，C₂H₅，和C₃H₇，当化学键不与芳环或杂芳环的原子相连时，这表示该化学键可以连接于该芳环或杂芳环上的任何位置。

2.  由通式(2)“结构式2”所表示的化合物，

结构式2
其中，R₁代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；R₂代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；R₃代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；A^-代表Cl^-，Br^-，F^-，I^-，AcO^-，柠檬酸根或其他任何负离子；R代表支链或直链，-(CH₂)_n-，n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10……，芳基或杂芳基；X代表O，S，或NH；X₁代表Cl，Br，F，I，OSO₂R₄(R₄表示低碳烷基，芳基或杂芳基)；X₂代表Cl，Br，F，I，OSO₂R₄(R₄表示低碳烷基，芳基或杂芳基)；X₃和X₄代表H，F，Cl，Br，I，NO₂，CN，CF₃，NHCOCH₃，OCH₃，SCH₃，NH₂，NHCH₃，OCOCH₃，OCOC₂H₅，OC₂H₅，OC₃H₇，CH₃，C₂H₅，C₃H₇；m＝0，1，2，3，4，5，6，7，8……；所有的R，-(CH₂)_n-或-(CH₂)_m-基团可以是支链或直链，可以含有C，H，O，S，或N原子，可以有单键，双键，和三键，任一CH₂可以被O，S，或NH取代。

3.  如权利要求1和权利要求2所述通式(1)“结构式1”和通式(2)“结构式2”所表示的化合物的合成方法，其中所述化合物可由芥子类化合物(mustards)及其相关化合物，在偶合剂的作用下，与通式(3)“结构式3”中的化合物反应制得，偶合剂有：N，N′-二环己基碳二亚胺、N，N’-二异丙基碳二亚胺、O-苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲四氟硼酸酯(TBTU)、O-苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)、苯并三氮唑-1-基氧基三(二甲基氨基)磷鎓六氟磷酸盐(BOP)等，

结构式3
其中，R代表支链或直链，-(CH₂)_n-，n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10……；R₁代表H，或任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基或杂芳基；R₂代表H，或任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基或杂芳基；X代表O，S或NH。

4.  如权利要求1和权利要求2所述通式(1)“结构式1”和通式(2)“结构式2”所表示的化合物的合成方法，其中所述化合物可由芥子类化合物及其相关化合物的金属盐、有机碱盐、或固定化碱盐，与通式(4)“结构式4”所表示的化合物反应制得，

结构式4
其中，R代表支链或直链，-(CH₂)_n-，n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10……；R₁代表H，或任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基或杂芳基；R₂代表H，或任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基或杂芳基；R₃代表H，或任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基或杂芳基；Z代表卤素，或对甲苯磺酰基；A^-代表Cl^-，Br^-，F^-，I^-，AcO^-，柠檬酸根，或其它任何负离子。

5.  如权利要求1和权利要求2所述通式(1)“结构式1”或通式(2)“结构式2”所表示的化合物，或含有至少一种通式(1)“结构式1”或通式(2)“结构式2”所表示的化合物作为其活性成分的组合物，其可通过口服或透皮给药的方式(透皮给药方式更好)用于治疗人或动物的任何芥子类化合物及其相关化合物可治疗的状态，芥子类化合物及其相关化合物可治疗的状态包括但不限于：皮肤癌、乳腺癌、口腔癌、结肠直肠癌、呼吸系统癌症、生殖癌、白血病，或其它癌症，和牛皮癣。

6.  透皮治疗应用系统，含权利要求1和权利要求2所述通式(1)“结构式1”或通式(2)“结构式2”所表示的化合物，或含有至少一种通式(1)“结构式1”或通式(2)“结构式2”所表示的化合物作为其活性成分的组合物，可用于治疗人或动物的任何芥子类化合物及其相关化合物可治疗的状态；以上所述系统可以是绷带或贴片，其含有一包含活性物质的基质层和一非渗透的保护层，最优选的系统是一活性物质储库，含有一可渗透的面向皮肤的底部；通过控制释放速度，该系统可使芥子类化合物及其相关化合物稳定在最佳治疗血药浓度从而提高疗效和减少芥子类化合物及其相关化合物的副作用。

具有快速皮肤穿透速度的带正电荷的水溶性的芥子类化合物及其相关化合物的前药
技术领域
本发明涉及芥子类化合物(mustards)及其相关化合物的带有正电荷，且水溶性的前药及其在治疗人和动物的任何芥子类化合物及其相关化合物可治疗状态上的应用。具体地说，本发明旨在使芥子类化合物及其相关化合物能快速穿透皮肤从而减少这些药物在治疗癌症、牛皮癣和其他疾病时的副作用。
背景技术
癌症在美国是排名第二的死亡原因，约占死亡总数的25％。癌症的化疗在过去的40年中得到很大发展，一些以前不能被治愈的癌症现在可以被治愈。
但是根据目前的知识几乎不能区分癌细胞和正常细胞。几乎所有治疗癌症的药物在杀伤癌细胞的同时也会杀伤正常细胞，尤其是快速分裂的正常体细胞，如毛囊、胃肠道粘膜细胞，和免疫防御系统中的骨髓细胞。目前化疗中最常见的副作用是恶心、头发脱落、以及容易感染。另外，癌症病人还可能经历其他多种副作用。
芥子类化合物是一种烷化剂。它们是反应性化合物，可与DNA、RNA和酶反应从而杀死癌细胞。芥子类化合物可以治疗白血病、乳腺癌、卵巢癌和肺癌。Springer等人设计并合成了很多氮芥类化合物用于治疗癌症(Springer，C.J.ea al.美国专利号6,852,755，美国专利号6,916,949，以及美国专利号6,005,002)。Denny等人讨论了硝基苄基芥季铵盐类的合成以及其用于低氧选择性的细胞毒药物的用途(Denny，W.A.et al，美国专利号5,691,371)。Glazier合成了磷酰胺芥、葡磷酰胺芥及其类似物(Glazier，A.U.S.Pat.No.5,659,061)。Farquhar设计并合成了新型抗肿瘤醛磷酰胺类似物(Glazier，A.U.S.Pat.No.5,091,552)。
发明内容
技术问题
根据目前的知识几乎不能区分癌细胞和正常细胞，几乎所有治疗癌症的药物在杀伤癌细胞的同时也会杀伤正常细胞，尤其是快速分裂的体细胞，如毛囊、胃肠道内粘膜细胞，以及免疫防御系统中的骨髓细胞。目前化疗中最常见的副作用是恶心、头发脱落、以及容易感染。癌症病人还可能经历其他多种副作用。
解决方案
Kadow等人提出了一种新的方法，其通过服用一种可与肿瘤细胞结合的肿瘤选择性的抗体-β-内酰胺酶缀合物，从而将抗肿瘤药物传递到肿瘤细胞上(Kadow，J.et al.美国专利号5773435)。另外一种抗癌药物的给药方法就是局部给药。抗癌药物的局部给药有几个优点：该方法帮助避免抗癌药物对胃肠道的直接伤害，并避免了抗癌药物在肝脏及胃肠道“首过代谢”中的失活。该方法可以在没有系统药物暴露的情况下将药物局部传递至目的作用位点并达到适当的局部浓度。局部药物传递方法与系统给药方法相比药物使用量更少，因此可以减少抗癌药物的副作用。
本发明涉及新型带有正电荷的、水溶性的芥子类化合物及其相关化合物的前药的制备及其在医药学上的应用。这些芥子类化合物及其相关化合物的前药具有通式(1)“结构式1”或通式(2)“结构式2”的结构。

结构式1

结构式2
其中，R₁代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；R₂代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；R₃代表H，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原了的烷氧基、1-12个碳原子的烯基，或1-12个碳原子的炔基，或者芳基或杂芳基；A^-代表Cl^-，Br^-，F^-，I^-，AcO^-，柠檬酸根或其他任何负离子；R代表支链或直链，-(CH₂)_n-，其中n＝0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10……；X代表O，S，NH；X₁代表Cl，Br，F，I，OSO₂R₄(R₄表示低碳烷基，芳基或杂芳基)。X₂代表Cl，Br，F，I，OSO₂R₄(R₄表示低碳烷基，芳基或杂芳基)；X₃和X₄代表H，F，Cl，Br，I，NO₂，CN，CF₃，NHCOCH₃，OCH₃，SCH₃，NH₂，NHCH₃，OCOCH₃，OCOC₂H₅，OC₂H₅，OC₃H₇，CH₃，C₂H₅，C₃H₇；m＝0，1，2，3，4，5，6，7，8，……；所有的R，-(CH₂)_n-或-(CH₂)_m-基团可以是支链或直链，可以含有C，H，O，S，或N原子，可以有单键，双键，和三键。任一CH₂可以被O，S，或NH取代；Y代表：

其中，Y₁代表CH₂，O，S，NH；Y₂和Y₃分开时各自代表不同，可分别代表H，OH，NHCOCH₃，NHCOC₂H₅，Cl，F，Br，I，或结合起来共同代表氧或2个氢；Y₄代表CH₂，-(CH₂)_n-，O，S，NH；R₄代表H，CH₂CONH₂，CH₂CH₂CONH₂，CH₂COOCH₃，CH₂COOC₂H₅，CH₂NHCOCH₃，CH₂CH₂NHCOCH₃，CH₂CH₂CH₂NHCOCH₃，CH₂CH₂CH₂CH₂NHCOCH₃，任一1-12个碳原子的烷基、1-12个碳原子的烷氧基、1-12个碳原子的烯基、1-12个碳原子的炔基，芳基，或杂芳基；A代表α-氨基酸或β-氨基酸残基，n＝0，1，2，3，4，5，6，7……；所有的R，-(CH₂)_n-或-(CH₂)_m-基团可以是支链或直链，可以含有C，H，O，S，或N原子，可以有单键，双键，和三键。任何CH₂可以被O，S，或NH取代。
代表包括但不限于以下任一芳基或杂芳基：


其中，X₃，X₄，X₅，和X₆代表H，F，Cl，Br，I，NHCOCH₃，NO₂，CN，CF₃，OCH₃，SCH₃，NH₂，NHCH₃，OCH₃，OC₂H₅，OC₃H₇，CH₃，C₂H₅，和C₃H₇。当化学键不与芳环或杂芳环的原子相连时，这表示该化学健可以连接于该芳环或杂芳环上的任何位置。
药物无论是经过肠胃道吸收还是其他途径吸收，都需要以分子的形式穿过屏障膜。药物需首先溶解，且如果药物具有理想的生物药学特性，它会通过高浓度的区域到低浓度的区域，跨过细胞膜进入血液或全身循环系统。所有的生物膜含有脂类作为主要成份。生物膜结构中起主导作用的分子都具有含有磷酸盐的高极性的头部结构和，在大多数情况下，两条高度疏水的碳氢尾链。生物膜具有双层结构，亲水头部结构面向两侧的水相区域。非常亲水的药物无法通过穿过生物膜的脂质层，而非常疏水性的药物则因相似相容的原因作为生物膜的一部分停留其中，从而不能有效进入内部的细胞质。
本发明的目的是通过提高芥子类化合物及其相关化合物在皮肤表面潮湿水分中的溶解度以及提高其透过生物膜和皮肤屏障的速度，使其可通过透皮给药(外用)，从而避免损伤胃肠道。这些芥子类化合物及其相关化合物的前药有两个相同的结构特点：它们有一个亲脂性的部分(油溶性部分)和一个在生理pH条件下以质子化形式存在的一级，二级，或三级胺基团(水溶性部分)。这样的水溶-油溶的平衡是药物有效穿过生物膜屏障所必需的[SusanMilosovich，et al.，J.Pharm.Sci.，82，227(1993)]。带有正电荷的氨基大大增加了药物在水中的溶解度。这些芥子类化合物及其相关化合物的前药的溶解度是>250mg/ml，而母药芥子类化合物及其相关化合物的溶解度是<0.1mg/ml。多数情况下，药物的溶解是系列过程中最慢和限制速度的步骤。芥子类化合物及其相关化合物在皮肤表面潮湿水分中的溶解度非常小，不能以单个分子形式有效穿透皮肤。它们长时间停留在皮肤外因此会导致皮肤损伤。当这些新型的前药以诸如溶液、喷剂、乳液、软膏、乳胶或凝胶等剂型透皮给药时，它们将迅速溶解在皮肤表面的水分中。这些前药氨基上的正电荷会与生物膜上的磷酸盐端基的负电荷结合。因此，药物在生物膜外侧的局部浓度很高从而有助于这些前药通过高浓度区域到低浓度的区域。当这些前药分子进入到生物膜以后，亲水性部分会推动前药进入细胞质，一种半液态的浓缩水溶液或悬浮液。由于在皮肤外侧的停留时间短，因此前药不会对皮肤造成损伤。这些前药在人体皮肤中的穿透速度在体外通过改进的Franz池中测量。其中人体皮肤分离自大腿部位前面或后面的人体皮肤组织(360-400μm厚)。接受溶液由2ml 2％的pH值7.4磷酸盐缓冲溶液(0.2M)组成并以600转/分的速度搅拌。这些前药及其母药穿过皮肤的累积总量对时间的关系是用特定的高效液相色谱法来测定。以0.2ml溶于0.2M pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液的20％的某些前药溶液或0.2ml溶于0.2M pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液的20％的某些芥子类化合物及其相关化合物的悬浊液作为供体溶液，结果见图1。计算得到，N，N-二乙氨基乙基-4-[双(2-氯乙基)氨基]苯丁酸酯·氢溴酸盐、4-[双(2-氯乙基)氨基]-N-乙酰基-L-苯丙氨酸-N，N-二乙氨基乙酯氢溴酸盐、N，N-双(2-氯乙基)氨基磷酰胺-N，N-二乙氨基乙酯氢溴酸盐、二乙氨基乙基-4-[双(2-甲基硫酰乙基)氨基]苯丁酸酯·氢溴酸盐、苯丁酸氮芥、左旋苯丙氨酸氮芥透过人体皮肤的表观穿透值分别为1.01mg、1.10mg、0.85mg、0.94mg、0.01mg和0.01mg/cm²/h。结果说明前药穿透人体皮肤的速度比芥子类化合物及其相关化合物快约100倍。结果说明二烷基氨基乙基上的正电荷对药物穿过生物膜和皮肤屏障非常重要。通式(1)“结构式1”和通式(2)“结构式2”中的其它前药的透皮速度很快，与N，N-二乙氨基乙基-4-[双(2-氯乙基)氨基]苯丁酸酯·氢溴酸盐相近。
为评价前药的抗肿瘤活性，我们将从多发性骨髓瘤病人腹水中衍生出的人类骨髓瘤细胞系植入小鼠。实验在11组小鼠上进行。空白组(A，口服)，左旋苯丙氨酸氮芥(B₁和B₂组，口服)，苯丁酸氮芥(C₁和C₂组，口服)，N，N-二乙氨基乙基-4-[双(2-氯乙基)氨基]苯丁酸酯·氢溴酸盐(D₁和D₂组，透皮给药)，4-[双(2-氯乙基)氨基]-N-乙酰基-L-苯丙氨酸-N，N-二乙氨基乙酯氢溴酸盐(E₁和E₂组，透皮给药)，二乙氨基乙基-4[双(2-甲基硫酰乙基)氨基]苯丁酸酯·氢溴酸盐(F₁和F₂组，透皮给药)。21天后测定小鼠体重减轻量，结果见表1。
表1：给药芥子类化合物及其新型前药后癌症小鼠的存活时间延长和体重减轻的情况