专利名称：多胺类小分子显像剂、其生产方法及其应用的制作方法
多胺类小分子显像剂、其生产方法及其应用
技术领域：
本发明涉及正电子发射断层(PET)显像剂(药物)、其生产方法及其应用，尤其涉及细胞凋亡偶合多价多胺类小分子化合物、其生产方法及其在制备PET显像剂中的应用。
背景技术：
肿瘤治疗机制之一就是干扰DNA的合成及细胞的分裂，诱导肿瘤细胞凋亡，从而达到抑制或清除肿瘤的目的。而恶性肿瘤细胞对化疗、放疗或某些激素治疗会产生耐药性， 这与其逃避诱导凋亡的能力有关，肿瘤治疗后最初的肿瘤细胞凋亡程度也可反映治疗的敏感性。因此，检测细胞凋亡在恶性肿瘤治疗评估中具有非常重要的作用。传统观念认为抗肿瘤治疗是引起癌症细胞凋亡，但最近研究表明细胞凋亡并不是固体实瘤治疗引起的主要死亡形式。抗肿瘤治疗主要通过两种途径导致细胞死亡，即细胞凋亡死亡途径和非细胞凋亡死亡途径，非细胞凋亡死亡包括细胞坏死、有丝分裂障碍、自吞噬、衰老等细胞死亡形式 [1_4]。通常抗肿瘤治疗在引起细胞凋亡的同时，也会伴随非细胞凋亡死亡(如细胞坏死、有丝分裂障碍、自吞噬和衰老)发生，两者有时无严格界限。可见，检测细胞凋亡和细胞死亡同样重要，均可能准确评估肿瘤治疗效果。细胞凋亡(Apoptosis)，又称为程序性细胞死亡(Programmedcell death, PCD)， 是一种区别于细胞坏死由多种基因调控的主动性细胞死亡过程，通过死亡受体途径或通过线粒体途径启动之后，凋亡细胞自身均会产生一系列的病理生理改变，在这一过程中凋亡细胞将产生(或暴露、结合)多种可识别的、特异性的化学信号(靶标)。磷脂酰丝氨酸(Phosphatidyl serine, PS)就是研究较为深入的凋亡细胞表面重要信号(靶标)之一 [4’5]。PS是一种带负电荷的磷脂，正常状态下分布于细胞膜脂双层的内层，主要靠翻转酶 (floppase)和移位酶(translocase)这两种ATP依赖性酶的作用来维持其内向性。细胞凋亡早期，细胞内Ca2+水平增加，这两种ATP酶失活及爬行酶(scramblase)的激活使PS由内膜移向外膜，暴露于细胞表面。ArmexinV是一种人体内源性Ca2+依赖性磷脂结合蛋白家族，分子量为36000，在钙离子存在下，Annexin V可与凋亡早期细胞外在表达的PS快速结合，具有高亲和力[6]。由于PS从细胞膜脂双层内层迁移至外层是细胞凋亡级联反应的初始事件，亦即PS的外翻在细胞凋亡过程中出现的时间要明显早于DNA的降解及可辨认的细胞形态学改变。因此，利用ArmexinV和PS的高度亲和作用可早期检测细胞凋亡的发生，具有较高的时效性。另外，PS外翻不仅发生于凋亡细胞，也会在非凋亡细胞死亡时发生，PS外翻通常也伴随着坏死细胞、有丝分裂障碍、自吞噬、衰老等死亡形式的发生[5’7]。可见，PS可作为细胞死亡的靶点，靶向PS显像剂(标记ArmexinV)可测定抗肿瘤治疗总的死亡细胞，从而可望准确评估抗肿瘤治疗效果。其中，99mTc-Armexin V是应用较广的细胞凋亡显像剂，已应用于单光子发射计算机断层成像(SPECT)临床试验，显示很好应用前景[8]。18F-Armexin Vm也已研制成功并用于临床前动物PET显像实验研究。然而，标记Armexin V也存在以下严重不足⑴分子量较大(3.6X104)，血液清除较慢，较低的靶/非靶放射性比值，早期显像效果不佳[1』；(2)标记Armexin V成本高，价格昂贵；(3)具有免疫原性M。另外，突触
9结合蛋白I的C2A片段_及分子量较少的蛋白质AFIM[11]的标记化合物也有报道，尽管它们与PS具有较强的特异性结合能力，且分子量比Armexin V少，但仍具有与Armexin V相类似的缺陷[5]。靶向磷脂PS非多肽蛋白质类小分子显像剂的研制是细胞凋亡分子显像极其重要发展方向te]。目前，在半胱天冬酶(Caspase)小分子抑制剂和诱导剂、检测线粒体膜电位下降显像剂和凋亡细胞膜印迹显像剂等细胞凋亡小分子PET显像剂研发方面有了较大发展，但至今尚没发现靶向磷脂PS非多肽蛋白质类小分子PET显像剂的研究报道ω。现有两类与磷脂PS有关的小分子化合物引起人们强烈研究兴趣一类是ApoSense小分子化合物(凋亡细胞膜印迹显像剂)。这类化合物作用机理可能涉及靶向细胞膜，通过细胞膜电位不可逆损失、外部细胞膜单张和细胞质永久酸化以及膜磷脂爬行酶系统活化而选择性地被凋亡细胞摄取，从而保持膜的完整性。目前，ApoSense小分子化合物包括丹酰化衍生物和烷基丙二酸衍生物。丹酰化衍生物不能区分坏死细胞和凋亡细胞，但只有体外实验研究报道；烷基丙二酸衍生物如18F-ML-IO能区分坏死细胞和凋亡细胞，已用于动物细胞凋亡PET显像，并已初步用于临床PET显像的研究报道Μ。另一类是靶向磷脂PS的小分子Armexin V模拟物。这类化合物已用于体外实验研究，并取得较好实验结果。最有应用前景的是二-(Zn2+-2，2’ - 二吡啶甲基胺)类配合物(DPA&12)配合物，属于依赖Si2+型小分子化合物，其作用机制与Armexin V相类似，靶向带负电荷磷脂PS[6’12]。目前，含有报告要素荧光素的DPAZn2配位物(指的是二价含锌离子DPA，即含两个Si2+-DPA基团，简写为DPA&12)，已用于体外细胞凋亡实验和动物细胞凋亡光学显像研究[13]，但尚无放射性核素标记Si2+-DPA配位物的研究报道。此外，尚有一类非靶向磷脂PS的环多胺类小分子荧光配合物(Dansylamidoethylcyclen，Cyclen)特别引人关注。其结构与丹酰化DPA有些类似，它用于细胞凋亡测定的可能机理是通常情况下，Zn2+与金属蛋白质牢固结合在一起，但在细胞凋亡早期，细胞内游离Si2+流出量显著增加，Cyclen与细胞内Si2+有很高亲和力，它们的结合可形成含Si2+强荧光配合物，从而可用体外荧光法测定。体外实验表明， Dansylamidoethylcyclen可区分坏死细胞和早期凋亡细胞，并优于Annexin V类探针[14]。 但是，如果早期肿瘤凋亡细胞内游离Si2+浓度较低时，Dansylamidoethylcyclen很难检出凋亡细胞，目前也无放射性核素标记Dansylamidoethylcyclen的研究报道。参考文献[l]Brown JM,Attardi LD. The role of apoptosis in cancer development and treatment response. Nat Rev Cancer,2005 ；5 :231-237.[2]Okada H and Mak Tff. Pathways of apoptotic and non-apoptotic death in tumour cells. Nat Rev Cancer, 2004 ；5 :592-603.[3]Verheij M. Clinical biomarkers and imaging for radiotherapy-induced cell death. Cancer Metastasis Rev, 2008 ；27 :471-480.[4]Corsten MF,Hofstra L, Narula J, Reutel ingsperger CPM. Counting heads in the war against cancer :Defining the role of Annexin A5imaging in cancer treatment and survei 1 lance. Cancer Res, 2006 ；66 (3) 1255-60.[5]Grimberg H, Levin G, Shirvan A, Cohen A, Yogev-Falach M, Reshef A, et al. Monitoring of tumor response to chemotherapy in vivo by a novel smal1-molecule detector of apoptosis. Apoptosis,2009 ；14 :257-267.[6]Hanshaw RG and Smith BD.New reagents for phosphatidyl serine recognition and detection of apoptosis. Bioorg Med Chem, 2005 ;12 :5035-5042.[7]Eom Yff,Kim MA,Park SS,Goo MJ,Kwon HJ,Sohn S，et al. Two distinct modes of cell death induced by doxorubicin :apoptosis and cell death through mitotic catastrophe accompanied by senescence—1 ike phenotype. Oncogene, 2005 ；24, 4765-4777.[8]Boersma HH,Kietselaer BLJH,Stolk LML,et al.Past,present,and future of annexin A5 :from protein discovery to clinical application. J Nucl Med,2005 ； 46 :2035-2050.[9]Reshef A,Shirvan A,Akselrod-Bal 1 in A,Wal 1 A,Ziv I. Smal 1-molecule biomarkers for clinical PET imaging of apoptosis. J Nucl Med, 2010 ；51 :837-840.[10]Zhao M,Beauregard DA,Loizou L,Davletov B,Brindle KM. Non-invasive detection of apoptosis using magnetic resonance imaging and a targeted contrast agent. Nat Med,2001 ；7 (11) :1241-1244.[11]Lahorte CMM,Vanderheyden JL,Steinmetz N,Van de Wiele C,Dierckx RA, Siegers G. Apoptosis-detecting radioligands :current state of the art and future perspectives. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2004 ；31 :887-919.[12]Hanshaw RG, Lakshmi C, Lambert TN, et al. Fluorescent detection of apoptotic cells by using zinc coordination complexes with a selective affinity for membrane surfaces enriched with phosphatidylserine. ChemBioChem,2005 ；6 2214-2220.[13]Smith B,Akers WJ，Leevy WM,Lampkins AJ,Xiao S,Wolter ff,et al. Optical Imaging of mammary and prostate tumors in living animals using a synthetic near infrared Zinc (II)-Dipicolylamine probe for anionic cell surfaces. J Am Chem Soc, 2010；132 :67-69.[14]Kimura Ε, Aoki S, Kikuta Ε, et al. A macrocyclic zinc (II)fluorophore as a detector of apoptosis. PNAS,2003 ； 100 (7) :3731-3736.

发明内容1、本发明设计了以下化合物，可作为细胞凋亡偶合多胺类小分子显像剂，包括多价多胺类小分子显像剂和杂交多胺类小分子显像剂，其一般结构式为
权利要求
1.多胺类小分子化合物，具有如下结构
2.根据权利要求1所述的多胺类小分子化合物，其特征在于所述化合物报告基团结构为核素标记辅基，选自-11CH3, -CH2CH218F, -CH2CH2 (OCH2CH2) 2NHC0C6H418F-p 或-CH2CH2 (OCH2CH2) 2NH-CH2CH218F 之一。
3.根据权利要求1所述的多胺类小分子化合物，其特征在于所述化合物为含两个2， 2’ - 二吡啶甲基胺类配合物，其结构式
4.根据权利要求1所述的多胺类小分子化合物，其特征在于所述化合物为含两个三氮杂环九烷基类配合物，其结构式
5.根据权利要求ι所述的多胺类小分子化合物，其特征在于所述化合物为含两个四氮杂环十二烷基类配合物，其结构式为
6.根据权利要求1所述的多胺类小分子化合物，其特征在于所述化合物为含两个四氮杂环十四烷基类配合物，其结构式为
7.根据权利要求1所述的多胺类小分子化合物，其特征在于所述化合物为杂交化合物，其结构式为
8.权利要求1所述的多胺类小分子化合物合成方法为①含酚羟基前体(A)在碱性溶液中分别与lie-三氟甲磺酸甲酯11CH3OSO2CF2*对甲苯 ^酸-2-18F-氟乙基酯18FCH2CH2OTs反应，生成不含锌离子PET显像剂(B)；
9.权利要求1所述的多胺类小分子化合物合成方法为①含酚羟基前体(A)在碱性溶液中与242-(2-(叔丁氧羰基)乙氧基)乙氧基)对甲磺酸乙酯TsOCH2CH2 (OCH2CH2)2NHB0c反应后，经三氟乙酸TFA水解得含游离氨基化合物 (D)；
10.权利要求3的化合物合成方法为①5-羟基间苯二甲酸二甲酯⑴经四氢铝锂还原成3，5-二羟甲基苯酚⑵；
11.权利要求4的化合物的合成方法为含酚羟基ΝΟΤΑ前体与标记中间体 TsOCH2CH218F, BrCH2CH218F或IlCH3I反应，获得18F或11C标记NOTA类化合物，进一步与硝酸锌反应生成18F或11C标记含锌的NOTA类化合物。
12.权利要求5的化合物合成方法为含酚羟基Cyclen前体分别与标记中间体 TsOCH2CH218F^BrCH2CH218F或11CH3I反应，获得18F或11C标记Cyclen类化合物，进一步与硝酸锌反应生成18F或11C标记含锌的Cyclen类化合物。
13.权利要求6的化合物合成方法为含酚羟基Cyclam前体分别与标记中间体 TsOCH2CH218F, BrCH2CH218F或11CH3I反应，获得18F或IlC标记Cyclam类化合物，进一步与硝酸锌反应生成18F或11C标记含锌的Cyc Iam类化合物。
14.权利要求1所述的多胺类小分子化合物在制备靶向磷脂酰丝氨酸或凋亡细胞早期游离Si2+的细胞死亡或细胞凋亡显像剂中的应用。
15.根据权利要求14所述的化合物的应用，其特征在于其在制备抗肿瘤化学治疗、放射治疗、生物治疗疗效监测的显像剂中的应用。
16.根据权利要求14所述的化合物的应用，其特征在于其在制备神经退行性疾病、脑Rn=-11CH3, -CH2CH2lsF, -COC6H418F 或-Dansyl18F-FEN-DPAZn2 R"= -CH2CH218F 18F-FB-DPAZn2: R"= -COC6H418F DansyI-DPAZn2: R"= -Dansyl中风、艾滋病、血栓、动脉粥样斑、以及心肌梗塞的早期鉴别诊断的显像剂中的应用。
17.根据权利要求14所述的化合物的应用，其特征在于其在制备与细胞死亡或细胞凋亡过程中产生PS有关病变的鉴别诊断与疗效监测的显像剂中的应用。
全文摘要
本发明涉及多胺类小分子化合物，具有如下结构，其中，Mx+＝0，Zn2+，Ga3+，Gd3+，Ca2+或其它二、三价金属离子；S＝报告基团(包括核素标记辅基、顺磁性物质、荧光素或微泡)，如核素标记辅基-11CH3，-CH2CH218F，-CH2CH2(OCH2CH2)2NHCOC6H418F-p或-CH2CH2(OCH2CH2)2NH-CH2CH218F；R＝-H，-OCH3，-OCH2CH3或-Cl；R1、R2、R3和R4为氢、羧基、烷烃基、烯烃基或杂烷基。本发明还涉及该类化合物在制备靶向磷脂酰丝氨酸(PS)和/或凋亡细胞早期游离Zn2+的细胞死亡或细胞凋亡显像剂中的应用。本发明的化合物，为靶向磷脂酰丝氨酸(PS)或凋亡细胞早期游离Zn2+的特异性多胺类小分子显像剂，可用于与PS有关的抗肿瘤化学治疗、放射治疗、生物治疗等疗效监测；可用于神经退行性疾病(老年性痴呆、帕金森氏病)、脑中风、艾滋病、血栓、动脉粥样斑、以及心肌梗塞的早期鉴别诊断；也可用于其他与细胞死亡或细胞凋亡过程中表达PS有关疾病的鉴别诊断与疗效监测，如炎症显像与抗炎症治疗显像。
文档编号A61K101/00GK102442996SQ20111027545
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者唐刚华, 唐小兰, 王红亮 申请人:中山大学附属第一医院