硼替佐米的研究进展

李 恒

（内蒙古医科大学药学院，内蒙古 呼和浩特 010110）

硼替佐米是一种硼酸类化合物,即N-(2-吡嗪羰基）-L-苯丙氨酸-L-亮氨酸硼酸(图1）,于1998年12月首次被报道,具有抑制蛋白酶体活性的作用。2003年,美国食品及药物管理局批准蛋白酶体抑制剂硼替佐米用于临床治疗多发性骨髓瘤,随后快速遍及全球。作为第一代20S蛋白酶体抑制剂,目前已广泛应用于治疗多发性骨髓瘤[1-5]。

硼替佐米通过抑制泛素-蛋白酶体途径达到治疗多发性骨髓瘤的作用[6]。泛素-蛋白酶体途径是降解胞内蛋白质的重要途经,蛋白质通过与泛素活化酶、泛素结合、泛素连接酶相互作用从而进行泛素化标记,泛素化标记的蛋白质被26S蛋白酶体所识别并降解[7-9]。26S蛋白酶体由两部分组成:20S核心颗粒、19S调节颗粒。20S核心颗粒由两个相同内环与两个相同外环组成的具有空腔的筒状结构,其外环又称为α环,由7个α亚基组成；内环又称β环,由7个β亚基组成,其β1、β2、β5亚基是水解蛋白质的活性位点,分别具有半胱天冬酶样活性、胰蛋白酶样活性、糜蛋白酶样活性。19S调节颗粒识别泛素化标记的蛋白并将其送入20S核心颗粒空腔中,使其与活性位点相结合,从而降解泛素化标记蛋白[10-12]。肿瘤细胞因其增殖的需求,对蛋白质稳态更加敏感,硼替佐米抑制泛素-蛋白酶体途径,导致多泛素化标记的蛋白质累积,诱导肿瘤细胞凋亡并达到治疗目的。

硼替佐米作为目前治疗多发性骨髓瘤的一线药物,其常规合成步骤较为成熟,但其后处理较为繁琐,对环境与实验人员的伤害较大,不利于工业化生产的需求,因此对其合成工艺进行优化具有深远的意义。

图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规合成步骤

以含有保护基的L-苯丙氨酸为原料,与含有蒎烷二醇的甲基丁烷硼酸盐反应[13-14],得到硼替佐米的前体化合物,随后该化合物在酸性条件下与异丁基硼酸反应,脱去保护基,得到硼替佐米,如图2所示。

图2 硼替佐米的常规合成方法Fig.2 Conventional synthesis of bortezomib

1.2 硼替佐米合成工艺优化

虽然硼替佐米的常规合成步骤较为成熟,但其后处理较为繁琐,对环境与实验人员的伤害较大,因此许多课题组对其工艺进行优化。

丛艳伟等[15]在常规合成步骤基础上增加一部反应,合成含氟中间体,该中间体为固体颗粒,避免化合物4因其为粘稠糖浆状物质无法进行准确投料及质量控制。同时,后续反应步骤可以用水和与水互溶的有机试剂作为溶剂,有利于减少有机试剂的使用及环境的污染,同时有利于工业化生产,如图3所示。

图3 硼替佐米的工艺优化方法Fig.3 Process optimization of bortezomib

图4 硼替佐米的工艺优化方法Fig.4 Process optimization of bortezomib

郑德强等[16]对硼替佐米的合成路线进行工业化优化,以价格较为低廉的L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐为原料,在O-苯并三氮唑-N,N,N′,N′-四甲基脲四氟硼酸(TBTU）条件下成酰胺,经碱性条件下水解脱去酯基,再次选取TBTU代替EDC、HOBT等与硼替佐米药效团连接,所得产物再与异丁基硼酸在酸性条件下脱去保护基,得到硼替佐米。改造后工艺成本降低,操作简便易行,反应条件较为温和,适合工业化生产的需求,如图4所示。

纪安成等[17]改进了一条新的适用于工业化生产的合成路线,以异戊醛为起始原料,在对甲苯磺酸条件下与苯乙胺进行缩合,随后与双联频哪醇硼酸酯进行加成反应,再次通过催化、氢化、成盐等步骤得到所需中间体4。再以价格较为低廉的L-苯丙氨酸为起始原料,进行酯化反应保护羧基,氨基与与吡嗪-2-甲酸反应,脱酯得到中间体8。中间体4与中间体8经缩合并进一步水解得到所需化合物硼替佐米。该合成方法避免了高温、高压等反应条件,简化操作步骤的同时保证了产品质量,提高了收率,其总收率可达38.2%,如图5所示。

图5 硼替佐米的工艺优化方法Fig.5 Process optimization of bortezomib

2 硼替佐米的药理研究

硼替佐米作为第一代蛋白酶体抑制剂,自2003年美国食品及药物管理局批准用于临床治疗多发性骨髓瘤,随后快速遍及全球,其作用机制可能为以下几种途径:

2.1 NF-κB信号通路的激活

细胞受到外界刺激,导致IκB激酶的激活,随后进行泛素化标记并通过蛋白酶体介导降解IκB蛋白,释放NF-κB二聚体,NF-κB二聚体被激活并转移至细胞核中,通过与目的基因的结合,促进目的基因的转录。在肿瘤的生长过程中,NF-κB信号通路的激活与其密切相关[18-19]。蛋白酶体抑制剂通过抑制蛋白酶体活性达到抑制NF-κB信号通路的激活。

2.2 p53蛋白

p53基因是人体的抑癌基因,在体内编码p53蛋白,p53蛋白具有强大的抑癌作用。具有激活DNA修复蛋白,阻止细胞生长的生理功能,在大多数癌症患者中发现p53蛋白突变或缺失。p53蛋白通过泛素化标记并在蛋白酶体处进行降解。正常情况下,p53蛋白的半衰期很短,阻断蛋白酶体活性有利于减少p53的降解,并导致p53蛋白水平的迅速增加[20]。因此,蛋白酶体抑制剂可能有助于肿瘤抑制。

2.3 细胞周期蛋白与周期蛋白依赖性激酶

细胞周期蛋白与周期蛋白依赖性激酶在调控细胞周期的过程中起着重要的作用。细胞周期蛋白通过刺激周期蛋白依赖性激酶发挥其作用,周期蛋白依赖性激酶参与基因转录和mRNA加工的调节。此外,在癌症中一些细胞周期蛋白,如细胞周期蛋白D1常被降解。在套细胞淋巴瘤中,细胞周期蛋白D1过度表达,因此治疗套细胞淋巴瘤的蛋白酶体抑制剂硼替佐米可能与细胞周期蛋白的水平密切相关[21]。

2.4 内质网应激

内质网应激发生在未折叠或折叠蛋白质的积累超过蛋白质折叠或降解的速度时,多发性骨髓瘤的患者特征性地产生过多的免疫球蛋白片段,持续的蛋白过多使骨髓瘤细胞高度依赖内质网应激[22]。蛋白酶体抑制剂通过利用了肿瘤细胞对内质网应激的依赖性,阻止促凋亡蛋白的降解和增加细胞内的蛋白负荷达到治疗效果。

3 结 语

硼替佐米作为第一代蛋白酶体抑制剂,在治疗多发性骨髓瘤方面取得里程碑的进展,但其合成后处理较为繁琐,对环境危害较大,不符合绿色化学的理念,因此对其合成路线进行优化具有深远的意义。硼替佐米合成路线优化后成本降低,避免了高温、高压等反应条件,反应条件较为温和,简化操作步骤的同时保证了产品质量,提高了收率,满足了工业化生产的需求。而泛素-蛋白酶体途径作为体内降解蛋白质的重要途径之一,其生理活性与多种疾病密切相关。硼替佐米通过抑制蛋白酶体活性影响多种信号通路从而达到治疗疾病目的,这使蛋白酶体抑制剂与其他药物联合用药成为可能。目前,在白血病、淋巴瘤、实体瘤等多种恶性疾病中,蛋白酶体抑制剂正联合其他药物的用于临床试验研究。因此抑制蛋白酶体活性作为一种治疗恶性疾病的有效策略,有待进一步深入的研究。