CC BY
7
УДК 542.942.6, 542.953.4, 615.277.3
СИНТЕЗ ПИПЕРОНИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ДАУНОРУБИЦИНА ОДНОСТАДИЙНЫМ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫМ АМИНИРОВАНИЕМ О.И. Артюшин, В.К. Брель, А.А. Моисеева*
(Институт элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН; *e-mail: ma@ineos.ac.ru)
Одностадийным восстановительным аминированием с использованием ароматических альдегидов получены новые .N-производные даунорубицина, обладающие высоким цитостатическим эффектом.
Ключевые слова: антрациклиновые антибиотики, даунорубицин, восстановительное аминирование, ароматические альдегиды, противоопухолевые средства.
Даунорубицин, как и другие антрациклиновые антибиотики, широко применяют в современной химиотерапии опухолевых заболеваний человека, чему способствуют такие его свойства, как высокая эффективность, доступность и сравнительно низкая цена. Однако этот класс лекарственных препаратов обладает целым рядом серьезных недостатков, таких как высокая кардиотоксичность, канцерогенность, мутагенность, миело- и иммуно-депресивное действие, а также быстрое развитие устойчивости опухолевых клеток к применяемым препаратам по механизму множественной лекарственной резистентности [1]. Для преодоления указанных недостатков была использована химическая модификация молекулы даунорубицина, затрагивающая как антрахиноидный агликон, так и аминосахарный (даунозоаминный) фрагмент [2]. В настоящее время наименее трудозатратной и максимально эффективной считается модификация 3'-ЫН2-группы, что отчасти подтверждает предполагаемый механизм действия антрацикли-нов, согласно которому именно даунозоаминная часть молекулы даунорубицина связывается с пуриновыми основаниями ДНК при интеркали-ровании [3]. Даунозоаминный фрагмент дауно-рубицина в разные годы подвергали алкилирова-нию, ацилированию, триметилсилилированию, фосфорилированию и т.д. [4]. В последнее время был разработан простой и весьма эффективный способ функционализации 3'-ЫН2-группы, основанный на ее одностадийном восстановительном аминировании с использованием ароматических альдегидов и цианоборгидрида натрия [5]. Ранее нами был реализован такой подход к модификации даунорубицина различными замещенными ароматическими альдегидами. Была получена серия конъюгатов, содержащих как донорные, так и
акцепторные заместители в бензильном фрагменте [6]. Восстановительное аминирование оказалось весьма эффективным и при синтезе гибридных молекул, содержащих металлоценовые фрагменты [7]. Однако проведенное биологическое тестирование всех синтезированных нами ранее производных даунорубицина показало, что они существенно уступают родительскому соединению.
Экспериментальная часть
1 13
Спектры ЯМР H и C зарегистрированы на приборе «Bruker AMX-400» в растворе CDCl3 с использованием сигналов остаточных протонов в качестве внутреннего стандарта (1H, 5 = 7.28 м.д.).
13
В спектрах ЯМР C химический сдвиг триплета CDCl3 принят равным 76.91 м.д. Спектры ЯМР 13C зарегистрированы в режиме JMODECHO, сигналы атомов углерода с четным и нечетным количеством протонов имеют противоположную полярность. Контроль за ходом реакций осуществлялся методом ТСХ на пластинках Alumina TLC Plates w/UV254, хроматографическая очистка продуктов - на силикагеле марки Macherey-Nagel (MNKieselgel 60, 70-230 mesh). Даунорубицин был получен из Китая в форме коммерчески доступного гидрохлорида. Цианоборгидрид натрия NaCNBH3 (95%) и используемые альдегиды также коммерчески доступны, последние применяли без дополнительной очистки. Очистку NaCNBH3 производили перекристаллизацией его комплекса с диоксаном по описанной методике [8].
Элементный анализ вновь синтезированных соединений выполнен в лаборатории микроанализа ИНЭОС РАН. Строение полученных соединений изучено с помощью оборудования Центра исследования строения молекул ИНЭОС РАН. Биологические испытания про-
тивораковои активности проведены в институте Физиологически активных веществ РАН г. Черноголовка.
Общая методика получения соединений 2, 3
Смесь соответствующего карбоксальдеги-да (8,0 ммоль) и гидрохлорида даунорубицина (225 мг, 0,4 ммоль) в смеси СН3СН - Н20 (3:1, 9 мл) перемешивали в течение 0,5 ч при комнатной температуре в темноте. Затем добавляли НаСНБН3 (76 мг; 1,2 ммоль) и перемешивали полученную реакционную смесь 0,5 ч, после чего добавляли Н20 (5 мл) и экстрагировали СНС13 (3^10 мл). Органический слой промывали Н20 (15 мл), водный слой экстрагировали СНС13 (15 мл). Объединенные органические экстракты сушили На2804 и фильтровали, затем удаляли растворитель в вакууме водоструйного насоса (10 мм рт. ст.). Остаток очищали хроматографией на сили-кагеле, используя в качестве элюента градиентную смесь растворителей СНС13 - МеОН (100:1 ^ 1:1).
Темно-оранжевый порошок 2, выход 0,04 г (32%).ХН ЯМР, 5, м.д., I, Гц (СЭС13, 400 МГц): 14.00 (уш. с, 1Н, С160Н); 13.25 (уш. с, 1Н, С9Он); 8.06 (д, 1Н, 3/ш = 7.6, СХН); 7.81 (т, 1Н, 3/НН = 8,0, С2Н); 7.41 (д, 1Н, 3/НН = 8,0; С3Н); 6.78 (с, 1Н, С32Н); 6.72 и 6.71 (д, по 1Н, 3/ш = 8.0, С28Н, С29Н); 5.93 (с, 2Н, С33Н2); 5.54 (уш. с, 1Н, С21Н); 5.32 (уш. с, 1Н, С14Н); 4.-71 (уш. с, 1Н, С23Н); 4.11 (с, 3Н, С35Н3); 4.09 (к, 1Н, = 6,8; С22Н); 3.67 (уш. с, 1Н, С24Н); 3.73 и 3.60 (д, по 1Н, 2/НН = 12,4; С26Н2); 3.25 и 2.99 (уш. д, по 1Н, 2/НН = 18,8; СПН2); 2.45 (с, 3Н, С20Н3); 2.41-2.38 и 2.11-2.10 (м по 1Н, С13Н2); 1.86-1.79 и 1.71-1.67 (м, по 1Н, С25Н2); 1.40 (д, 3Н, 3/НН = 6,8; С34Н3).13С ЯМР (ХН }, 5, м.д. (СЭС13, 100 МГц): 211.71 ((С19); 186.64, 186.29 (С18, С7); 160.78
(С4); 156.20, 155.55 (С9, С16); 147.54, 147.48 (С
С31); 135.50 (С2); 135.18 (С6); 134.21, 134.07 (С
30 10
С15); 133.41 (С27); 120.96 (С28); 120.55 (С5); 119.55, 118.20 (С1, С3); 111.09, 110.94 (С8, С17); 108.36, 107.98 (С29, С32); 100.82 (С21); 100.75 (С33); 76.59 (С12); 69.66, 66.70, 66.47 (С14, С23, С22); 56.45 (С35); 52.22 (С24); 50.03 (С26); 34.68, 33.05, 30.15 (С11, С13, С25); 24.64 (С20); 16.96 (С34). Найдено, %: С, 58.34; Н, 4.84; N 1.97. Вычислено для С35Н35Н012-3Н20, %: С, 58.74; Н, 5.77; N 1.96.
Темно-оранжевый порошок 3, выход 0,05 г (34%).ХН ЯМР, 5, м.д., /, Гц (СЭС13, 400 МГц): 14.00 (уш. с, 1Н, С160Н); 13.25 (уш. с, 1Н, С90н); 8.06 (д, 1Н, 3/НН = 8,0; СХН); 7.81 (т, 1Н, 3/НН = 8,0; С2Н); 7.41 (д, 1Н, 3/НН = 8,0; С3Н); 6.37 (с, 1Н,
27
28
С28Н); 5.94 (с, 2Н, С33Н2); 5.54 (уш. с, 1Н, С21Н);
33
21
5.33 (уш. с, 1Н, С14Н); 4.73 (уш. с, 1Н, С23Н); 4.11
23
(с, 3Н, С35Н3); 4.09 (к, 1Н, 3/НН = 6,8; С22Н); 3.91 и 3.82 (с, по 3Н, С36Н3, С37Н3); 3.73 (уш. с, 1Н, С24Н); 3.72 и 3.61 (д, по 1Н, 2/НН = 12,0; С26Н2); 3.25 и 3.00 (уш. д, по 1Н, 2/НН = 16,0; СПН2); 2.45 (с, 3Н, С20Н3); 2.41-2.38 и 21.15-2.10 (м, по 1Н, С13Н2); 1.83—1.79 и 1.66-1.62 (м, по 1Н, С25Н2); 1.42 (д, 3Н, 3/НН = 8,0; С34Н3).13С ЯМР (ХН }, 5, м.д. (СЭС13, 100 МГц): 211.73 ((С19); 187.01, 186.65 (С18, С7); 160.97 (С4); 156.35, 155.85 (С9, С16); 138.66, 138.05 (С30, С31); 136.40, 136.19 (С29, С32); 135.59 (С2); 135.49 (С6); 134.36, 134.26 (С10, С15); 124.23 (С27); 120.90 (С5); 119.70, 118,28 (С1, С3); 111.35, 111.19 (С8, С17); 108.52 (С28); 101.51 (С33); 100.83 (С21); 76.78 (С12); 69.65, 66.50 (С14, С23, С22); 59.88 (С35); 56.81, 56.58 (С36, С37); 51.72 (С24); 45.27 (С26); 34.84, 33.31, 30.19 (С11, С13, С25); 24.66 (С20); 17.04 (С34). Найдено, %: С, 52.44; Н, 5.91; N 3.00. Вычислено для С37Н39Н014-7Н20, %: С, 52.42; Н, 6.30; N 1.65.
Результаты и их обсуждение
Для повышения антипролиферативного эффекта новых конъюгатов мы решили ввести в гибридные молекулы на основе даунорубицина (1) остатки биологически активных альдегидов - пипера-наля (схема, конъюгат 2), и его диметоксипроиз-водного, (схема, конъюгат 3).
Соединения 2 и 3 (рисунок) были получены с выходами 32-34% после хроматографической очистки. Их строение было установлено комплек-
1 13
сом спектральных методов (ЯМР Н и С), а состав подтвержден элементным анализом.
Хотя выходы конъюгатов 2 и 3 были несколько ниже, чем в случае ранее полученных производных даунорубицина [6], испытание их биологических свойств показало, что они превосходят родительское соединение как по антипролифера-тивной активности, так и по значению острой токсичности, как видно из данных таблицы [9].
Большое преимущество соединений 2 и 3 -широкий спектр антипролиферативной активности. Они эффективны для лечения онкологических заболеваний, включая карциному легкого, рабдомиосаркому, карциному кишечника, аде-нокарциному молочной железы. Дальнейшие исследования острой токсичности, проведенные согласно экспресс-методу В.Б. Прозоровского на беспородных белых мышах массой 22-24 г [10] при внутрибрюшинном способе введения, показали, что острая токсичность (ЬЭ50) производных 2 и 3 равняется 108,0 (160±73) мг/кг. Данные соединения относятся к 3-му классу веществ - «умеренно токсичные вещества» по классификации К. К. Сидорова [11]. По литера-
С х е м а
А - (88-цис)-8-Ацетил-10-[[3-(бензо^][1,3]диоксол-5-илметиламино)-2,3,6-тридезокси-а-Ь-ликсогексо-
пиранозил]окси]-7,8,9,10-тетрагидро-6,8,11-три-гидрокси-1-метокси-5,12-нафтацендион (2); Б - (8S-цис)-8-Ацетил-10-[[3-(4,7-диметокси-бензо[d][1,3]диоксол-5-илметиламино)-2,3,6-три-дезокси-a-L-ликсогексопиранозил]окси]-7,8,9,10-тетрагидро-6,8,11-три-гидрокси-1-метокси-5,12-нафтацендион (3)
Цитотоксичность полученных соединений
Соединение Ингибирующая концентрация 1С50, мкмоль/л Острая токсичность LD50, мг/кг
А549 (немелко-клеточный рак легкого) RD (рабдомио-саркома) НСТ116 (карцинома кишечника) МСБ7 (аденокарцинома молочной железы)
Даунорубицин 0,34±0,02 1,24±0,00 0,12±0,00 0,40±0,02 1,8
2 0,22±0,00 0,17±0,01 0,10±0,00 0,79±0,02 108,0
3 1,57±0,02 0,46±0,00 0,19±0,00 0,24±0,02 108,0
турным данным, LD50 даунорубицина при вну-трибрюшинном введении мышам составляет 1,8 мг/кг [12], что позволяет отнести данное вещество ко 2-му классу - «высоко токсичные вещества» по классификации К. К. Сидорова. Более низкое (в 60 раз) значение острой токсичности соединений 2 и 3, по сравнению с исходным анти-
биотиком, делает эти соединения более эффективными в качестве противоопухолевых препаратов.
Обобщение всех полученных результатов с учетом новизны, низких значений острой токсичности и широкого спектра антипролиферативной активности полученных соединений (что свидетельствует о потенциальной возможности их исполь-
зования для лечения онкологических заболеваний, связанных с пролиферацией опухолевых клеток) позволило нам запатентовать соединения 2 и 3 [9]. Предполагается, что механизм действия данных соединений ничем не отличается от механизма биологической активности самого даунорубици-на и других антрациклиновых препаратов [13]. Работа выполнена при поддержке Ро ссийского фонда фундаментальных исследований (про-
ект № 18-03-00073а), а также стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам (конкурс СП-2019, № СП-2717.2019.4) и Министерства науки и высшего образования Российской Федерации с использованием научного оборудования Центра исследования строения молекул ИНЭОС РАН. Конфликта интересов нет. Дополнительных материалов нет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тевяшова А.Н. Модификация углеводной части противоопухолевых антибиотиков антрациклиновой группы. Дис. ... канд. хим. наук. М., 2005.
2. Moiseeva A.A. // ИНЭОС OPEN. 2019. Vol. 2. N 1. P. 9.
3. Zunino F., Pratesi G., Perego P. // Biochem. Pharmacol. 2001. Vol. 61. P. 933.
4. Van Dalen E.C., Michiels E.M.C., Caron H.N., Kremer L.C.M. // Cochrane Database of Systematic Reviews. 2010. N 3. P. 1.
5. Tong G.L., Henry D.W., Acton E.M. // J. Med. Chem. 1979. Vol. 22. P. 36.
6. Artyushin O.I., Sharova E.V., Vinogradova N.M., Genkina G.K., Moiseeva A.A., Khodak A.A., Brel V.K. // Russian Journal of General Chemistry. 2017. Vol. 87. N 6. P. 1323.
7. Sharova E.V.,Artyushin O.I., Vinogradova N.M., Genkina G.K., Brel V.K. // Mendeleev Communications. 2017. Vol. 27. P. 608.
8. Borch, R.F., Bernstein M.D., Durst H.D. // J. American Chemical Society. 1971. Vol. 93. N 12. P. 2897.
9. Брель В.К., Артюшин О.И., Шарова Е.В., Генкина Г.К., Виноградова Н.М., Моисеева А.А., Клочков С.Г., Аникина Л.В. // Пат. РФ 2642068 С07Н 15/22. 2018.
10. Прозоровский В.Б., Прозоровская М.П., Демченко В.М. // Фармакология и токсикология. 1978. Vol. 41. N 4. P. 497.
11. Сидоров К. К. Токсикология новых промышленных химических веществ. Сб. О классификации токсичности ядов при парентеральных способах введения. М., 1973. Вып. 13. С. 47.
12. Woodman R.J., Cysyk R.L., Kline I., Gang M., Venditti J.M. // Cancer Chemother. Rep. 1975. Vol. 59. N 4. P. 689.
13. Yang F.,Teves S.S., Kemp C.J., Henikoff S. // Biochimica et Biophysica Acta. 2014. Vol. 1845. P. 84.
Поступила в редакцию 03.08.2019 Получена после доработки 25.08.2019 Принята к публикации 14.09.2019
SYNTHESIS OF DAUNORUBICIN PIPERONAL DERIVATIVES BY ONE-STEP REDUCTIVE AMINATION
O.I. Artyushin, V.K. Brel, A.A. Moiseeva*
(Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of the Russian Academy of Sciences; *e-mail: ma@ineos.ac.ru)
Using aromatic aldehydes new daunorubicin N-derivatives was obtained by one-step reductive amination, which have a high cytotoxic effect.
Key words: аnthracycline antibiotics, daunorubicin, reductive amination, aromatic aldehydes, antitumor agents.
Сведения об авторах: Артюшин Олег Иванович - ст. науч. сотр. лаборатории фос-форорганических соединений (ЛФОС №112) ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова, доцент, канд. хим. наук (oleg.artyushin@gmail.com); Брель Валерий Кузьмич - зав. лабораторией фосфорорганических соединений (ЛФОС №112) ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова, глав. науч. сотр., докт. хим. наук, профессор (v_brel@mail.ru); Моисеева Александра Андреевна - аспирант, мл. науч. сотр. лаборатории фосфо-рорганических соединений (ЛФОС №112) ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова (moi-seevasasha@yandex.ru / ma@ineos.ac.ru).
