18F標(biāo)記吲哚苯醌衍生物分子探針的合成及正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像

尹宏鷺, 邢乃果, 何 菱*

(1. 四川大學(xué) 華西藥學(xué)院,四川 成都 610041； 2. 西南醫(yī)科大學(xué) 附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,四川 瀘州 646000)

大部分天然的、合成的抗腫瘤化合物多包含2-芳基萘型三環(huán)結(jié)構(gòu)[1-2]。其中,三環(huán)共平面且具有芳香性結(jié)構(gòu)的化合物的抗腫瘤活性更高,例如喜樹堿(伊利替康、托泊替康和9-氨基喜樹堿等)、鏈黑菌素和艾力替新。然而,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),僅含有“2-芳基萘型”結(jié)構(gòu)模式的化合物不足以獲得令人滿意的抗癌活性。與此同時(shí),具有醌型結(jié)構(gòu)的化合物多表現(xiàn)出抗腫瘤藥物活性的性能,例如阿霉素、鹽酸米托蒽醌和絲裂霉素C等[3-4]。吲哚衍生物作為雜環(huán)藥物中重要的組成成分,具有廣泛的藥理活性[5～10],主要包括抗過敏[6]、抗菌[7]、抗炎鎮(zhèn)痛[8]、抗病毒[9]和抗癌[10]等。因此,本文將吲哚與苯醌連接起來構(gòu)成2-芳基萘型結(jié)構(gòu),并引入氨基衍生物側(cè)鏈,增強(qiáng)化合物的水溶性,并提高藥物與靶點(diǎn)的相互作用力[11],從而增強(qiáng)化合物的抗腫瘤活性。

Scheme 1

本文以2-甲基吲哚和四氯苯醌、1-二甲基胺-2-丙炔和碘甲基硼酸頻哪醇酯分別作為起始底物,共經(jīng)5步反應(yīng)合成了吲哚苯醌類探針的前體化合物5(Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-MS(ESI)表征。后續(xù)再經(jīng)過放射性標(biāo)記便可合成18F-5探針。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Varian Mercury 400/600 MHz型核磁共振儀；Bruker Daltonics Data Analysis 3.2 Mass Spectrometer型質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 化合物1的合成[12]

氮?dú)獗Ｗo(hù)下,向100.00 mL圓底燒瓶中加入四氯苯醌(500.00 mg, 2.03 mmol)、 2-甲基吲哚(320.00 mg, 2.44 mmol)、 TEBA(99.00 mg, 0.41 mmol)和干燥的無水碳酸鉀(337.00 mg, 2.44 mmol),再向其中加入重蒸乙腈(20.00 mL),室溫?cái)嚢柽^夜(TLC檢測(cè)反應(yīng))。反應(yīng)結(jié)束后,過濾,收集濾液,減壓濃縮,殘余物干法裝柱,用少量二氯甲烷溶解后濕法上樣,經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:PE/EA=7/1,V/V)純化得深藍(lán)色固體化合物2,3,5-三氯-6(2-甲基-1H-吲哚)環(huán)己烷-2,5-二烯-1,4-二酮(1),產(chǎn)率75%;1H NMR (400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.33(s, 1H), 7.33(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.22～7.08(m, 3H), 2.34(s, 3H);13C NMR(100 MHz, Chloroform-d)δ: 175.2, 171.9, 141.5, 140.7, 139.6, 139.0, 137.6, 135.3, 126.7, 122.3, 120.8, 119.9, 111.0, 104.9, 14.0。

(2) 化合物2的合成

稱取化合物1(208.00 mg, 0.61 mmol)和3-疊氮基丙胺(200.00 mg, 1.22 mmol)依次加入50.00 mL圓底燒瓶中,再加入乙腈(10.00mL),室溫?cái)嚢柽^夜(TLC檢測(cè)反應(yīng))。待反應(yīng)結(jié)束后,過濾,收集濾液,減壓濃縮,殘余物干法裝柱,用少量二氯甲烷溶解后濕法上樣,經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:PE/EA=2/1,V/V)純化得到對(duì)位產(chǎn)物深紫色固體化合物2-((3-疊氮丙基)氨基)-3,6-二氯-5-(2-甲基-1H-吲哚-3-基)環(huán)己烷-2,5-二烯-1,4-二酮(2),產(chǎn)率69%;1H NMR(400 MHz, Chloroform-d)δ: 8.38(s, 1H), 7.35～7.04(m, 4H), 6.20～5.91(m, 1H), 3.93(q,J=6.8 Hz, 2H), 3.48(t,J=6.4 Hz, 2H), 1.98(p,J=6.6 Hz, 2H);13C NMR(151 MHz, Chloroform-d)δ: 176.3, 142.2, 137.8, 134.3, 127.1, 121.9, 120.5, 120.3, 110.8, 106.1, 48.9, 30.2, 14.1; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C18H16N5O2Cl2{[M+H]+}404.0675, found 404.0671。

(3) 化合物3的合成[13]

氮?dú)獗Ｗo(hù)下,向10.00 ml反應(yīng)管中加入1-二甲基胺-2-丙炔(196.00 μL, 2.00 mmol)和乙醚(4.00 mL),再滴加碘甲基硼酸頻哪醇酯(330.00 μL, 1.80 mmol),立即產(chǎn)生白色沉淀,室溫?cái)嚢?0.00 min。反應(yīng)結(jié)束后,過濾并用冷的乙醚(3×10.00 mL)洗滌沉淀,得到白色固體化合物N,N-二甲基-N-((4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼雜環(huán)戊烷-2-基)甲基)乙銨(3),產(chǎn)率95%。

(4) 化合物4的合成[13]

稱取化合物3(100.00 mg, 0.45 mmol)加入10.00 mL反應(yīng)管中,依次向其中加入KHF2(600.00 μL, 3.00 M)、鹽酸(600.00 μL, 4.00 M)、 DMF(1.20 mL)和水(400.00 μL), 45 ℃條件下攪拌反應(yīng)2 h。反應(yīng)結(jié)束后,向其中加入NH4OH(49.00 μL)猝滅反應(yīng),調(diào)至pH=8,得到化合物N-((二氟硼烷基)甲基)-N,N-二甲基丙-2-炔-1-氟化銨(4)的水溶液。

(5) 化合物5的合成[14]

移取化合物2(2.70 mL, 0.26 mmol)于25.00 mL圓底燒瓶中,并向其中依次加入化合物4(157.00 mg, 0.39 mmol)、硫酸銅(98.00 mg, 0.39 mmol)和L-抗壞血酸鈉(77.00 mg, 0.39 mmol),再加入乙腈(3.00 mL)、水(3.00 mL)和NH4OH(1.50 mL), 45 ℃條件下攪拌反應(yīng)4 h(TLC檢測(cè)反應(yīng))。待反應(yīng)結(jié)束后,加入EA(3×10.00 mL)和飽和NaCl(20.00 mL),收集有機(jī)層,無水硫酸鈉干燥,過濾,收集濾液,減壓濃縮,殘余物干法裝柱。用少量二氯甲烷溶解后濕法上樣,經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:丙酮)純化得到深紅色固體化合物1-(1-(3-((2,5-二氯-4-(2-甲基-1H-吲哚-3-基)-3,6-二氧環(huán)己烷-1,4-二烯-1-基)氨基)丙基)-1H-1,2,3-三唑-5-基)-N-((二氟硼烷)甲基)-N,N-二甲基甲胺氟化物(5),產(chǎn)率62.5%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d)δ: 10.98(s, 1H), 7.99(s, 1H), 7.28(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.07(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.02～6.96(m, 1H), 6.93～6.86(m, 1H), 4.45(s, 2H), 3.84(q,J=6.7 Hz, 2H), 3.40(ddd,J=22.8 Hz, 10.8 Hz, 5.2 Hz, 1H), 3.29(dd,J=10.8 Hz, 5.7 Hz, 1H), 3.17(s, 1H), 2.89(s, 6H), 2.23(q,J=4.8 Hz, 2H), 2.16(s, 3H), 1.74～1.57(m, 2H);13C NMR(101 MHz, DMSO-d)δ: 208.9, 173.6, 149.6, 128.5, 127.9, 120.7, 119.2, 118.5, 111.1, 100.6, 73.9, 68.9, 67.5, 60.4, 56.3, 52.2, 48.5, 47.5, 45.0, 32.6, 31.8, 30.1, 25.4, 12.7; HR-MS(ESI-TOF)m/z: calcd for C24H26BN6O2F2Cl2{[M+H]+}549.1549, found 549.1552。

1.3 18F-5的合成及正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像

(1) 標(biāo)記條件

取前體化合物51.00 mg,再依次加入DMF 15.00 μL, 1.00 M鹽酸25.00 μL和18F-水溶液60.00 μL(約10.00 mCi),于85 ℃條件下反應(yīng)15 min后得到探針分子18F-5。

(2) HPLC分析條件

C18反向色譜柱(Agilent, ZORBAX Eclipse C18Plus, 4.60 mm×250.00 mm, 5.00 μm)。HPLC流動(dòng)相:A泵,0.10%三氟乙酸乙腈溶液；B泵,0.10%三氟乙酸水溶液,洗脫梯度為0～15 min,乙腈濃度在10%～90%之間,流速為1 mL/min。

(3) HPLC純化條件

反應(yīng)液加1.00 mL純化水進(jìn)行稀釋,過C-18柱(Waters Sep-pak light cartridge),用10.00 mL純化水清洗C-18柱(洗去未反應(yīng)的18F-),推空氣排干水分,再用1.00 mL乙腈洗脫產(chǎn)品,減壓蒸除乙腈,用5%乙醇溶解,得到18F標(biāo)記的產(chǎn)品。

(4) 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像條件

向小鼠尾靜脈注射用生理鹽水稀釋的探針(200～300 μCi),共計(jì)150.00 μL。掃描期間用0.80 mL/min氧氣和1.50%異氟烷的氣體進(jìn)行麻醉。在注射后的30 min、 60 min和120 min時(shí),使用Senmens inveon的PET/CT進(jìn)行20 min靜態(tài)掃描。采用PET/CT軟件處理小動(dòng)物腫瘤和其他器官上的區(qū)域(ROI),統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),單位為%ID/g,并計(jì)算每組的平均攝取和標(biāo)準(zhǔn)偏差(Mean±SD)(n=3)。

保留時(shí)間/min(a)

(a)

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

分子探針前體化合物5的標(biāo)記結(jié)果如圖1所示,用高效液相色譜分析,保留時(shí)間為3.606 min時(shí)的峰為游離的F,保留時(shí)間13.997 min的峰為雜質(zhì)。該化合物的放射化學(xué)產(chǎn)率為10%。經(jīng)過高效液相色譜純化后,得到18F標(biāo)記的探針,其放射化學(xué)純度為99%。

2.2 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)

取昆明小鼠一只,于尾靜脈注射純化后的探針18F-5。在注射0.5 h、 1 h和2 h后分別進(jìn)行顯像,使用microPET-CT對(duì)全身麻醉小鼠進(jìn)行掃描(圖2)。由圖2可知,探針進(jìn)入小鼠體內(nèi)0.5 h后,小鼠的膀胱、膽和腸道均有攝取,且大部分都在膀胱聚集。在注射1 h后,膽部位的探針攝取越來越多,小部分的探針正在排入腸道進(jìn)行代謝。而腸道攝取的部分探針也正在進(jìn)行代謝并逐步排入膀胱。在注射2 h后,膽內(nèi)仍有少部分探針停留,而腸道內(nèi)的探針已大部分代謝并排入膀胱。

基于2-芳基萘型結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)并合成了吲哚苯醌衍生物,并引入水溶性好的氨基側(cè)鏈衍生物,以總產(chǎn)率32.3%獲得了未見文獻(xiàn)報(bào)道的吲哚苯醌類探針分子的前體。將前體經(jīng)放射性核素18F標(biāo)記后注射入小鼠體內(nèi)并分析正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像。結(jié)果表明:探針進(jìn)入小鼠體內(nèi)后分別在膀胱、膽和腸道聚集,隨后經(jīng)腸道和膀胱代謝排出體外,為后續(xù)進(jìn)一步膽和腸顯像研究建立基礎(chǔ)。