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Angew. Chem. :基于C-C键断裂的前药设计策略——改善醌类药物的安全性2022-10-31
前药是药物分子设计的重要策略。现有前药策略往往是通过“碳-杂键”(如C-O、C-N键)化学修饰来屏蔽原药结构中的羟基、羧基、氨基等活性基团,使其生物活性丧失或大幅下降;前药分子在体内的酶和(或)化学小分子的作用下发生“碳-杂键”断裂,从而释放出原药发挥药效。

天然邻醌类化合物具有广泛抗肿瘤活性,然而鉴于“邻醌”既是药效团,又是毒性基团,安全性问题是邻醌类药物研发的关键。由于“邻醌”结构中缺乏上述可修饰基团,难以通过常规手段进行前药设计。

近日,中国药科大学的张晓进教授课题组发展了一种基于“C-C键”断裂的前药设计策略。通过还原性条件下的C-苄基化反应屏蔽“邻醌”药效基团,设计合成获得苯硼酸—α-羟基酮结构的前药分子;该前药分子可在肿瘤组织高水平ROS触发下,通过基于1,6-消除的“C-C键”断裂及快速氧化级联过程,选择性在肿瘤组织中释放邻醌类抗肿瘤药物。

 

 

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该研究工作重点选择了邻醌类抗肿瘤天然产物β-lapachone(β-lap,1)作为研究对象设计了前药分子Prodrug 2。Prodrug 2在肿瘤细胞内高水平的ROS触发下,通过基于1,6-消除的C-C键断裂快速释放邻二酚中间体,后者在细胞氧气存在下快速转变为原药β-lap,从而发挥抗肿瘤作用;而在ROS低表达的正常细胞中不能释放出β-lap,从而降低了对正常细胞的毒副作用。量子化学计算表明,关键的C-C键断裂释药步骤的活化能仅为8.3 kcal/mol,可在生理条件下快速释药,其驱动力可能源自产物的芳构化效应。

体内外研究表明Prodrug 2具有良好的抗胰腺癌、抗肺癌药效,且在810 mg/kg剂量下对正常组织无明显毒副作用,安全性显著优于原药β-lap(LD50 = 115.8 mg/kg)。

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在该研究工作中,张晓进教授课题组发展了一种基于C-C键断裂的前药策略,为醌类药物的前药设计、改善安全性等提供了新方法与新思路。

文信息

A Carbon-Carbon Bond Cleavage–Based Prodrug Activation Strategy Applied to β-Lapachone for Cancer-Specific Targeting

Qijie Gong, Xiang Li, Tian Li, Xingsen Wu, Jiabao Hu, Fulai Yang, Xiaojin Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210001

 

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