硼替佐米的研究進展

李 恒

（內蒙古醫科大學藥學院，內蒙古 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月首次被報道,具有抑制蛋白酶體活性的作用。2003年,美國食品及藥物管理局批準蛋白酶體抑制劑硼替佐米用于臨床治療多發性骨髓瘤,隨后快速遍及全球。作為第一代20S蛋白酶體抑制劑,目前已廣泛應用于治療多發性骨髓瘤[1-5]。

硼替佐米通過抑制泛素-蛋白酶體途徑達到治療多發性骨髓瘤的作用[6]。泛素-蛋白酶體途徑是降解胞內蛋白質的重要途經,蛋白質通過與泛素活化酶、泛素結合、泛素連接酶相互作用從而進行泛素化標記,泛素化標記的蛋白質被26S蛋白酶體所識別并降解[7-9]。26S蛋白酶體由兩部分組成:20S核心顆粒、19S調節顆粒。20S核心顆粒由兩個相同內環與兩個相同外環組成的具有空腔的筒狀結構,其外環又稱為α環,由7個α亞基組成；內環又稱β環,由7個β亞基組成,其β1、β2、β5亞基是水解蛋白質的活性位點,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調節顆粒識別泛素化標記的蛋白并將其送入20S核心顆?？涨恢?使其與活性位點相結合,從而降解泛素化標記蛋白[10-12]。腫瘤細胞因其增殖的需求,對蛋白質穩態更加敏感,硼替佐米抑制泛素-蛋白酶體途徑,導致多泛素化標記的蛋白質累積,誘導腫瘤細胞凋亡并達到治療目的。

硼替佐米作為目前治療多發性骨髓瘤的一線藥物,其常規合成步驟較為成熟,但其后處理較為繁瑣,對環境與實驗人員的傷害較大,不利于工業化生產的需求,因此對其合成工藝進行優化具有深遠的意義。

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合成步驟

以含有保護基的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[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,脫去保護基,得到硼替佐米,如圖2所示。

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

1.2 硼替佐米合成工藝優化

雖然硼替佐米的常規合成步驟較為成熟,但其后處理較為繁瑣,對環境與實驗人員的傷害較大,因此許多課題組對其工藝進行優化。

叢艷偉等[15]在常規合成步驟基礎上增加一部反應,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無法進行準確投料及質量控制。同時,后續反應步驟可以用水和與水互溶的有機試劑作為溶劑,有利于減少有機試劑的使用及環境的污染,同時有利于工業化生產,如圖3所示。

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

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

鄭德強等[16]對硼替佐米的合成路線進行工業化優化,以價格較為低廉的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連接,所得產物再與異丁基硼酸在酸性條件下脫去保護基,得到硼替佐米。改造后工藝成本降低,操作簡便易行,反應條件較為溫和,適合工業化生產的需求,如圖4所示。

紀安成等[17]改進了一條新的適用于工業化生產的合成路線,以異戊醛為起始原料,在對甲苯磺酸條件下與苯乙胺進行縮合,隨后與雙聯頻哪醇硼酸酯進行加成反應,再次通過催化、氫化、成鹽等步驟得到所需中間體4。再以價格較為低廉的L-苯丙氨酸為起始原料,進行酯化反應保護羧基,氨基與與吡嗪-2-甲酸反應,脫酯得到中間體8。中間體4與中間體8經縮合并進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、高壓等反應條件,簡化操作步驟的同時保證了產品質量,提高了收率,其總收率可達38.2%,如圖5所示。

圖5 硼替佐米的工藝優化方法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年美國食品及藥物管理局批準用于臨床治療多發性骨髓瘤,隨后快速遍及全球,其作用機制可能為以下幾種途徑:

2.1 NF-κB信號通路的激活

細胞受到外界刺激,導致IκB激酶的激活,隨后進行泛素化標記并通過蛋白酶體介導降解IκB蛋白,釋放NF-κB二聚體,NF-κB二聚體被激活并轉移至細胞核中,通過與目的基因的結合,促進目的基因的轉錄。在腫瘤的生長過程中,NF-κB信號通路的激活與其密切相關[18-19]。蛋白酶體抑制劑通過抑制蛋白酶體活性達到抑制NF-κB信號通路的激活。

2.2 p53蛋白

p53基因是人體的抑癌基因,在體內編碼p53蛋白,p53蛋白具有強大的抑癌作用。具有激活DNA修復蛋白,阻止細胞生長的生理功能,在大多數癌癥患者中發現p53蛋白突變或缺失。p53蛋白通過泛素化標記并在蛋白酶體處進行降解。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 細胞周期蛋白與周期蛋白依賴性激酶

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

2.4 內質網應激

內質網應激發生在未折疊或折疊蛋白質的積累超過蛋白質折疊或降解的速度時,多發性骨髓瘤的患者特征性地產生過多的免疫球蛋白片段,持續的蛋白過多使骨髓瘤細胞高度依賴內質網應激[22]。蛋白酶體抑制劑通過利用了腫瘤細胞對內質網應激的依賴性,阻止促凋亡蛋白的降解和增加細胞內的蛋白負荷達到治療效果。

3 結 語

硼替佐米作為第一代蛋白酶體抑制劑,在治療多發性骨髓瘤方面取得里程碑的進展,但其合成后處理較為繁瑣,對環境危害較大,不符合綠色化學的理念,因此對其合成路線進行優化具有深遠的意義。硼替佐米合成路線優化后成本降低,避免了高溫、高壓等反應條件,反應條件較為溫和,簡化操作步驟的同時保證了產品質量,提高了收率,滿足了工業化生產的需求。而泛素-蛋白酶體途徑作為體內降解蛋白質的重要途徑之一,其生理活性與多種疾病密切相關。硼替佐米通過抑制蛋白酶體活性影響多種信號通路從而達到治療疾病目的,這使蛋白酶體抑制劑與其他藥物聯合用藥成為可能。目前,在白血病、淋巴瘤、實體瘤等多種惡性疾病中,蛋白酶體抑制劑正聯合其他藥物的用于臨床試驗研究。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,有待進一步深入的研究。