CC BY
10УДК 615.917:547.85
В.В.Зобов, А.В.Ланцова, А.В.Зобов, Г.В.Капанадзе, В.Д.Акамсин, И.В.Галяметдинова, С.Г.Фаттахов, Р.Х.Гиниятуллин, С.М.Горбунов, В.С.Резник
ТОКСИЧНОСТЬ И ТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯ ШИРОТА 1,3-БИС-(5-АММОНИОПЕНТИЛ)-6-МЕТИЛУРАЦИЛДИБРОМИДОВ С РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДОЙ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ В УРАЦИЛОВОМ И
БЕНЗИЛЬНОМ ЦИКЛАХ
Институт органической и физической химии им. А.Е.Арбузова Казанского научного центра РАН, Казань
Ряд новых представителей 1,3-бис[5-(аммонио)пентил]урацилдибромидов с антихолинэстеразным типом действия «высокотоксичны» относительно мышей и «малотоксичны» или «практически нетоксичны» относительно дафний. В тестах «бег на третбане» и «вращающийся стержень» (мыши, в/б) отмечен высокий вклад стерических свойств заместителей в положениях 5 и 6 урацилового фрагмента в показатели миорелаксантной активности и терапевтической широты. Соединения фармакологически (ВЬ50/БЕ50 до 163,0—180,0) и экологически (СЬ50 до 205,1 мкМ, дафнии) более безопасны, чем прозерин и BW284c51.
Ключевые слова: ингибиторы ацетилхолинэстеразы, токсичность, терапевтическая широта.
Введение. В продолжение исследований [1-4], направленных на выявления среди бисаммо-ниевых ингибиторов холинэстераз веществ с высокими показателями как «фармакологической» («терапевтическая широта» = БЬ50/БЕ50), так и «экологической» (СЬ50, дафнии) безопасности нами был синтезирован и изучен ряд новых 1,3-бис[5-(аммонио)пентил]урацилдибро-мидов (соединения 1-ХУ1). Важно было установить, насколько меняются показатели токсичности (ВЬ50, СЬ50), избирательности влияния на локомоторную функцию (БЕ50) и безопасности (БЬ50/БЕ50) синтезированных соединений при введении заместителей в положения 5 и 6 ураци-лового фрагмента.
RA
N'
R
О С2Н5
(CH2)5-N СН2 С2Н5
„ о
N" С2Н5
(CH2)5-W^CH2
С2Н5 соединения I-XVI
R = H (I-X), CH3 (XI-XIV), CH3OCH2 (XV), C6H5 (XVI).
R1 = H (I, XVI), F (II-IV), Br (XI), NO2 (V, XII), CN (VI, VII, XIII), CH3 (VIII, IX), CH30 (X, XV), (CH3)2NS02 (XIV).
Я2 = Н (IX), о-Вг (IV), о-СК (I, II, У, VI, VIII, Х-ХУ1), m-CN (III, VII)
Химические названия синтезированных и изученных соединений:
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]урацилдибромид (I),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-фторурацилдибромид (II),
1,3-бис[5-(диэтил-m-цианбензиламмонио)-пентил]-5-фторурацилдибромид (III),
1,3-бис5-(диэтил-о-бромбензиламмонио)-пентил]-5-фторурацилдибромид (IV),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-нитроурацилдибромид (V),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-цианурацилдибромид (VI),
1,3-бис[5-(диэтил-m-цианбензиламмонио)-пентил]-5-цианурацилдибромид (VII),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-метилурацилдибромид (VIII),
1,3-бис[5-(бензилдиэтиламмонио)пентил]-5-метилурацилдибромид (IX),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-метоксиурацилдибромид (X),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-бром-6-метилурацилдибромид (XI),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-нитро-6-метилурацилдибромид (XII), 1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-циан-6-метилурацилдибромид (XIII),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-диметиламидосульфонил-6-метил-урацилдибромид (XIV),
1,3-бис[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-5-метокси-6-метоксиметилурацилди-бромид (XV),
1,3-бис-[5-(диэтил-о-цианбензиламмонио)-пентил]-6-фенилурацилдибромид (XVI).
Материалы и методы исследования. Острую токсичность соединений при их внутрибрюшин-ном (в/б) введении определяли на нелинейных белых мышах обоего пола массой 19±2 г, а также
Таблица 1
Биологическая активность соединений I-XVI в опытах на мышах
Соединение DL50, мкМ, в/б Миорелаксантная активность, DE50, мкМ, в/б Терапевтическая широта, DL50/DE50
«бег на третбане» «вращ. стержень» «бег на третбане» «вращ. стержень»
I 1,87 (1,57+2,22) 0,04** (0,03 + 0,04) 0,02** (0,02 + 0,03) 46,75** (36,91 + 63,09) 93,50** (75,50 + 111,50)
II 2,43* (2,12+2,80) 0,02** (0,02 + 0,03) 0,02** (0,02 + 0,03) 121,50** (103,50 + 139,50) 121,50** (103,50 + 139,50)
III 2,00 (1,73+2,29) 0,39* (0,33 + 0,46) 0,49* (0,42 + 0,56) 5,13* (3,96 + 6,29) 4,08* (3,20 + 5,00)
IV 1,74 (1,51+2,00) 0,39* (0,33 + 0,45) 0,43* (0,37 + 0,50) 4,46* (3,51 + 5,49) 4,05* (3,16+4,94)
V 2,36 (2,05+2,71) 0,04** (0,03 + 0,04) 0,04** (0,03 + 0,04) 59,00** (41,85 + 76,15) 59,00** (41,85 + 76,15)
VI 3,26*# (2,86+3,71) 0,02** (0,02 + 0,03) 0,02** (0,02 + 0,03) 163,00** (130,06 + 197,21) 163,00** (126,24+191,41)
VII 1,40 (1,21 + 1,62) 0,33 (0,27 + 0,39) 0,41* (0,35 + 0,48) 4,24* (3,16 + 5,43) 3,41* (2,62+4,21)
VIII 1,83 (1,53+2,20) 0,03** (0,03 + 0,04) 0,04** (0,03 + 0,04) 61,00** (43,86 + 76,14) 45,75** (35,50 + 64,50)
IX 2,28 (1,96+2,64) 0,78** (0,69 + 0,89) 1,17** (1,00+1,37) 2,92* (2,30 + 3,54) 1,95** (1,49+2,40)
X 1,80 (1,58+2,05) 0,02** (0,02 + 0,03) 0,01** (0,01 + 0,02) 90,00** (77,50 + 102,50) 180,00** (155,00+205,00)
XI 1,11* (0,96+1,29) 0,06** (0,05 + 0,07) 0,08** (0,07 + 0,09) 18,50** (14,88+25,12) 13,88* (10,95 + 17,62)
XII 2,32 (1,98+2,71) 0,04** (0,04 + 0,05) 0,06** (0,05 + 0,07) 58,00** (41,80 + 69,31) 38,67** (30,10+49,90)
XIII 1,54 (1,32+1,80) 0,03** (0,03 + 0,04) 0,04** (0,03 + 0,04) 51,33** (39,86 + 64,14) 38,50** (26,89+50,11)
XIV 1,19* (1,01 + 1,40) 0,27 (0,23 + 0,32) 0,27 (0,23 + 0,32) 4,41* (3,25 + 5,55) 4,41* (3,22 + 5,75)
XV 1,71 (1,48+1,96) 0,05** (0,04 + 0,05) 0,05** (0,04 + 0,05) 34,20** (29,00+46,00) 34,20** (29,28+45,72)
XVI 1,36 (1,16+1,61) 0,08** (0,07 + 0,10) 0,06** (0,05 + 0,07) 17,00** (12,53+21,76) 22,67** (17,72 + 30,28)
Прозерин 1,53 (1,34+1,74) 0,39* (0,34 + 0,45) 0,30 (0,26+0,34) 3,92* (3,11+4,73) 5,10 (4,05 + 6,15)
BW284c51 2,12 (1,86+2,42) 0,21* (0,18 + 0,24) 0,25 (0,22 + 0,29) 10,10* (8,07 + 12,13) 8,48 (6,67 + 10,29)
Здесь и в табл. 2: различия статистически значимы (р < 0,05) по отношению к прозерину (*) и БШ284е51 (*)
на лабораторной культуре дафний Daphnia magna Straus в возрасте 18±6 ч. Для установления средне-смертельной дозы DL50 (в мкмоль/кг) каждое соединение вводили 4 группам мышей (по 10 мышей на каждую дозу; n = 40); время наблюдения — 72 ч. Для установления средне-смертельной концентрации CL50 (в мкмоль/л) 3 группы дафний помещали в растворы тестируемых соединений (по 30 дафний на каждую концентрацию; n = 90); время наблюдения — 48 ч. Предварительно тестировалась чувствительность культуры дафний к К2СГ2О7; величина CL50 ч K2Cr2O7 находилась в пределах нормы (1,6 мг/л) [5]. По величине CL50 на дафниях выносили первичное суждение об уровне «экологической безопасности» соединений. Симптоматика отравления соединениями при внутривенном их введении фиксировалась на кроликах-самцах породы «советская шиншилла» массой 3,0—3,5 кг.
В качестве показателей избирательности действия соединений на нервно-мышечную передачу были избраны среднеэффективные мио-релаксантные дозы (DE50), полученные в тесте «бег на третбане» (Treadmill, Nihon Kohden STS-7500A/CC-730DA, Япония; скорость протяжки ленты 1 км/ч) [6] и в тесте «вращающийся стержень» (Rota-rod treadmill; Ugo Basile, Италия; скорость вращения стержня 6 оборотов/мин) [7]. Для установления значений DE50 каждое соединение вводили внутрибрюшинно 4 группам предварительно тренированных мышей (22,0±2,0 г; по 8 мышей на каждую дозу; n = 32) за 5 мин до начала выполнения физической нагрузки. В качестве критерия терапевтической широты (или «фармакологической безопасности») соединений использовался параметр DL50/DE50. Контрольным мышам вводился физиологический раствор. Препаратами сравнения служили антихолинэстеразные средства — про-зерина метил сульфат и BW284c51 (избирательный ингибитор ацетилхолинэстеразы; Sigma).
Обработку результатов исследования проводили методом вариационной статистики с ис-
пользованием t-критерия Стьюдента, а также с помощью программы ToxCalc™ v.5.0.23F (Tide-pool Scientific Software; U.S. Environmental Protection Agency).
Результаты и обсуждение. Из данных табл. 1 следует, что соединения I-XVI по данным опытов на мышах могут быть отнесены к высокотоксичным [8]. На дафниях соединения I, III, IV, VII, XIII — малотоксичны или практически нетоксичны [8] (табл. 2).
В картине острого действия эффективных доз соединений у животных доминировало холино-миметическое гипервозбуждение. Выраженные антихолинэстеразные проявления (мышечные фибрилляции, подергивания и др.) не позволяли мышам полноценно выполнять бег на третбане. Более того, попытки к выполнению физической нагрузки токсифицированными мышами в тесте «бег на третбане», в отличие от теста «вращающийся стержень», приводили к усилению мио-релаксантного эффекта соединений в отношении задних конечностей как по интенсивности, так и по длительности («use-dependent effect»).
Токсичность (DL50) изученных соединений мало зависит от природы радикалов в положениях 5 (R1) и 6 (R) урацилового фрагмента. С другой стороны, природа радикалов в урациловом фрагменте оказывает существенное влияние на миорелаксантную активность и терапевтическую широту действия. Однако наибольшей миоре-лаксантной активностью в тесте «бег на третба-не» (DE50 = 0,02—0,05 мкМ), а также терапевтической широтой (DL50/DE50 = 34,20—161,00) обладают соединения с малыми по объему заместителями в положениях 5 и 6 урацилового фрагмента (H-, F-, -Br, NO2, CN-, CH3-, CH3O-, CH3OCH2-; соединения I, II, V, VI, VIII, X-XIII, XV), причем их электронное влияние на ураци-ловый фрагмент не играет определяющей роли. Так, близки по эффективности соединения VI и X, содержащие в 5-м положении как CN-, так и CH3O- группы. В то же время, более высок вклад стерических свойств заместителей в положени-
Таблица 2
Токсичность соединений I, III, IV, VII, XIII в опытах на дафниях Daphnia magna
Соединение CL5048 ч, мкМ
I 186,60" (159,49-218,32)
III 103,39* (88,37-120,97)
IV 46,53*# (39,77-54,44)
VII 205,10" (170,92-246,12)
XIII 97,76* (83,55-114,38)
Прозерин 2,70# (2,21-3,29)
BW284c51 100,56* (82,43-122,68)
ях 5 и 6 урацилового фрагмента. Так, влияние таких заместителей, как атомов Б-, СМ- и СН30-групп, близко к оптимальному для проявления максимальной миорелаксантной активности (табл. 1, соединения II, VI, X). Увеличение объема заместителя (табл. 1, соединения XIV и XVI) приводят к снижению миорелаксантной активности и терапевтической широты, хотя положение 6 урацилового фрагмента еще допускает введение фенила (соединение XVI). Аналогично низкой миорелаксантной активностью обладают соединения III, IV и VII, содержащие о-Бг-или т-СМ- заместители в бензильном радикале, а также незамещенное бензильное производное IX, имеющие, соответственно, Б-, СМ-, СН3- радикалы в положении 5 урацилового фрагмента. В целом, стерические свойства заместителей в урациловом фрагменте существенно влияют на параметры фармакологической (ВЬ50/ОБ50) безопасности производных 6-метилурацила. Наиболее предпочтительным является наличие в положениях 5 и 6 урацилового фрагмента малых по объему заместителей.
Таким образом, для 11 из 16 изученных соединений (I, II, V, VI, VIII, X-XIII, XV, XVI) характерны высокие показатели избирательности действия в отношении локомоторной функции и соответствующей «фармакологической безопасности» (ВЬ50/ББ50 до 163,0 в тесте «бег на третбане»). По критерию токсичности и соответствующей «экологической безопасности» на дафниях (СЬ50 до 205,1 мкМ) соединения I, III, VII, XIII существенно превосходят свои фосфо-рилированные аналоги [4], а также прозерин и BW284c51 (табл. 2).
Работа поддержана грантами РФФИ № 07-0401137, № 07-04-12097, Президента РФ «Ведущие научные школы» НШ-4444.2006.4, грантами АН РТ № 03-3.1-30/2006(Г), № 09-9.3-278(Ш)/2006(Г).
Список литературы
1. Резник В.С., Аникиенко К.А., Курочкин В.К. и др. Новый класс ингибиторов холинэстераз: тет-раалкиламмониевые производные 6-метилурацила и аллоксазина // Доклады РАН, 1998. - Т. 362. -№ 1. - С. 68-70.
2. Зобов В.В., Петров К.А., Аслямова А.А. и др. Синтез и миорелаксантная активность 1,3-бис-(а-аммониопентил)-6-метилурацилдигалогенидов //Хим.-фарм. ж., 2005. - Т. 39. - № 4. - С. 13-15.
3. Зобов В.В., Петров К.А., Аслямова А.А. и др. Синтез и миорелаксантная активность 1,3-бис-(5-аммониопентил)-6-метилурацилдибромидов // Там же, 2005. -Т. 39. - № 6. - С. 12-14.
4. Зобов В.В., Петров К.А., Аслямова А.А. и др. Фосфорилированные и тетраалкиламмониевые производные урацила: безопасность и избирательность миорелаксантного действия // Современные проблемы токсикологии, 2004. - № 3. -С. 25-33.
5. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. - 2-е изд. - М.: Протектор, 1995. - С. 410-458.
6. Бобков Ю.Г., Виноградов В.М., Катков В.В. и др. Фармакологическая коррекция утомления. -М.: Медицина, 1984. - 208 с.
7. Jones B.J., Roberts D.J. The Quantitative Measurement of Motor Incoordination in Naive Mice Using an Accelerating Rotarod // J. Pharm. Pharmac., 1968. - V. 20. - P. 302-304.
8. Измеров Н.Ф., Саноцкий И.В., Сидоров К.К. Параметры токсикометрии промышленных ядов при однократном введении (справочник). - М.: Медицина, 1977. - С. 196-197.
9. Graslund S, Bengtsson B.E. Chemicals and biological products used in south-east Asian shrimp farming, and their potential impact on the environment // Sci. Total. Environ., 2001. - V. 280. - № 1-3. - P. 93-131.
Материал поступил в редакцию 27.06.07.
V.V.Zobov, A.V.Lantsova, A.V.Zobov, G.V.Kapanadze, V.D.Akamsin, I.V.Galyametdinova, S.G.Fattakhov, R.Kh.Giniyatullin, S.M.Gorbunov, V.S.Reznik
TOXICITY AND THERAPEUTIC RANGE OF 1,3-BIS-(5-AMMONIOPENTIL)-6-
METHYLURACILDIBROMIDES WITH DIFFERENT KIND OF SUBSTITUTES IN URACIL AND BENZYL CYCLES
A.Ye.Arbuzov Institute for Organic and Physical Chemistry, Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Kazan
A number of representatives of 1,3-bis-[5-ammonio)pentil] uracildibromides having an anti-choline type of action are «high toxic» to mice and «low toxic» or practically «non-toxic» to daphnia.Under «treadmill» and «rod rotating» tests (mice, intra-ab-dominal) it was noted a significant contribution of substitutes steric properties in positions 5 and 6 of the uracil fragment to indicators of myorelaxant activity and therapeutic broadness. The best compounds are pharmacologically (LD 50/ED50 up to 163.0—180.0 and ecologically (LC50 up to 205.1 ^M, daphnia) much safer than proserine and BW284c51.
