一種氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于藥物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物及其制備方 法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物發(fā)光（Bioluminescence)是生物體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)在酶的催化下將化學(xué)能轉(zhuǎn) 化為光能的一種過(guò)程，這是一種特殊類型的化學(xué)發(fā)光，不依賴于機(jī)體對(duì)光的吸收，化學(xué)能轉(zhuǎn) 化為光能的效率很高，接近1〇〇%。生物發(fā)光現(xiàn)象廣泛存在于自然界生物有機(jī)體中，包括細(xì) 菌、昆蟲和海洋生物等。不同的生物發(fā)光體系的螢光素酶和螢光素結(jié)構(gòu)也各有差別，目前只 完成為數(shù)不多的幾個(gè)物種的活性物質(zhì)分離和分子結(jié)構(gòu)確定，并被應(yīng)用于哺乳動(dòng)物的成像研 宄。雖然每種發(fā)光體系的發(fā)光底物不盡相同，但其生物發(fā)光的機(jī)制確大致相同：底物被螢光 素酶催化氧化，產(chǎn)生含有激發(fā)態(tài)的電子中間體，當(dāng)該電子由激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn) 化為光能，釋放出光子。
[0003] 生物發(fā)光成像（bioluminescence imaging)是通過(guò)靈敏的光學(xué)檢測(cè)儀器監(jiān)控螢 光素酶標(biāo)記的細(xì)胞或基因在活體生物內(nèi)的活動(dòng)和行為過(guò)程的一種新興的成像技術(shù).生物 發(fā)光成像技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便快速、靈敏度高、能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)以及非侵襲性等優(yōu) 點(diǎn)。隨著理論研宄的深入，該技術(shù)已經(jīng)逐步地應(yīng)用到微生物學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、分子 生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，成為了一種重要的成像手段.生物發(fā)光成像技術(shù)在腫瘤 生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)移示蹤、目標(biāo)基因表達(dá)的檢測(cè)、蛋白-蛋白相互作用、藥物高通量篩選、細(xì)胞 內(nèi)ATP水平探測(cè)和研宄細(xì)菌病毒感染宿主過(guò)程等領(lǐng)域有著不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。生物 發(fā)光信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與螢光素的半衰期和組織的滲入量緊密相關(guān)。然而生物發(fā)光是一 種爆發(fā)型的發(fā)光現(xiàn)象，半衰期較短，這些因素在很大程度上限制了螢光素在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的 應(yīng)用。為了解決這些問(wèn)題，Piwnica-Worms等人用微滲透泵來(lái)保證組織中螢光素的濃度 (Gross, S., et al., Continuous delivery of D-Iuciferin by implanted micro-osmotic pumps enables true real-time bioluminescence imaging of luciferase activity in vivo. Mol Imaging, 2007. 6 (2) :p. 121-30.)，而 Denmeade 等人則利用聚乙二醇與 D-螢光 素的類似物氨基螢光素連接來(lái)延長(zhǎng)螢光素的半衰期（Chandran, S. S.，S. A. Williams, and S. R. Denmeade, Extended-release PEG-Iuciferin allows for long-term imaging of firefly luciferase activity in vivo. Luminescence, 2009. 24 (I) :p. 35-8.) 〇 除此之 外，生物發(fā)光的發(fā)光波長(zhǎng)只在可見(jiàn)光范圍，與部分生物分子（例如，血紅素）吸收光譜的重 疊限制了其在深組織的應(yīng)用，將生物發(fā)光的波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到近紅外區(qū)域是一個(gè)較為理想 的目標(biāo)。Yasuteru Urano等人利用生物發(fā)光能量共振轉(zhuǎn)移（BRET)的方法，將一系列Cy5焚 光團(tuán)鏈接在氨基螢光素上，得到近紅外的發(fā)光范圍（Kojima，R.，et al·，Rational Design and Development of Near-Infrared-Emitting Firefly Luciferins Available In Vivo. Angew. Chem. Int. Ed，2013. 52:p. 1175-1179)。雖然上述研宄在某種程度上解決了限制生 物發(fā)光應(yīng)用的問(wèn)題，但是以上方法合成繁瑣，發(fā)光強(qiáng)度較弱和花費(fèi)較高，這也使得這些方法 不能大范圍推廣。螢火蟲螢光素酶和螢光素酶底物有著較高的特異性。對(duì)螢光素結(jié)構(gòu)的改 造可能會(huì)使其發(fā)光性質(zhì)受到影響。氨基螢光素的生物發(fā)光發(fā)射光波長(zhǎng)紅移（557nm紅移至 593nm)，且與螢光素酶具有更強(qiáng)的親和力。D-螢光素的類似物以及具有新骨架的螢光素酶 底物的發(fā)現(xiàn)能夠拓展生物發(fā)光成像在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于整個(gè)成像領(lǐng)域的進(jìn)步有著 較大的推動(dòng)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物及其制備方法與應(yīng)用，在氨 基螢光素的基礎(chǔ)上，對(duì)其氨基進(jìn)行簡(jiǎn)單的環(huán)烷基取代，得到了能延長(zhǎng)體內(nèi)半衰期，提高組織 滲透性和增強(qiáng)近紅外區(qū)域發(fā)光強(qiáng)度的生物發(fā)光底物。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] 一種氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物，具有通式（I )的結(jié)構(gòu)：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物，具有通式（I )的結(jié)構(gòu)：
其中，η為1至9的自然數(shù)，m為1至9的自然數(shù)；n = m時(shí)，R為氫基、甲基、乙基、正丙 基、正丁基、氟、氯、溴或碘；當(dāng)η辛m時(shí)，R為氫基。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物，其特征在于：所述R為氫基時(shí)， m，η 之和為 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17 或 18。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物，其特征在于：所述化合物的名 稱如下： (S) -2- (6-(氮雜環(huán)庚烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧酸（LI)， (S)-2-(6-(氮雜環(huán)己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧酸（L2)， (S) -2- (6-(氮雜環(huán)戊烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧酸（L3)， (S) -2- (6-(氮雜環(huán)丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧酸（L4)， (S)-2-(6-(4-甲基氮雜環(huán)己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧 酸（L5)， (S)-2-(6-(3-甲基氮雜環(huán)丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧 酸（L6), (S)-2-(6-(4-乙基氮雜環(huán)己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4,5-二氫噻唑-4-羧 酸（L7)， (S) -2- (6- (3-乙基氮雜環(huán)丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧 酸（L8)， (S)-2-(6-(4-丙基氮雜環(huán)己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧 酸（L9)， (S) -2- (6- (3-丙基氮雜環(huán)丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧 酸（LlO)， (S)-2-(6-(4-溴氮雜環(huán)己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧酸 (LU), (S) -2- (6- (3-溴氮雜環(huán)丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氫噻唑-4-羧酸 (L12), 化合物名稱后的括號(hào)中為其對(duì)應(yīng)的代號(hào)。
4. 權(quán)利要求1所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素作為生物發(fā)光的底物應(yīng)用。
5. 權(quán)利要求1所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素在檢測(cè)螢光素酶的存在和數(shù)量，檢測(cè)螢光素 酶在體外，細(xì)胞和體內(nèi)分布成像方面的應(yīng)用。
6. 權(quán)利要求1所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素在檢測(cè)ATP的存在和數(shù)量，檢測(cè)ATP在體外， 細(xì)胞和體內(nèi)分布成像方面的應(yīng)用。
7. 權(quán)利要求1所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素在檢測(cè)藥物的吸收，分布，代謝，排泄以及毒 性作用方面的應(yīng)用。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物的制備方法，具體制備步 驟如下： 1) 將丙二醛或丁二醛或戊二醛或己二醛溶于冰醋酸中，隨后加入2-氰基6-氨基苯 并噻唑，攪拌，再加入氰基硼氫化鈉，待反應(yīng)液呈現(xiàn)澄清的橙紅色溶液時(shí)，加入乙酸乙酯，攪 拌，再分次加入飽和碳酸鈉溶液，直至反應(yīng)液中無(wú)氣泡生成；用乙酸乙酯萃取，乙酸乙酯相 依次用飽和碳酸鈉溶液和飽和氯化鈉溶液洗絳，然后，用無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、過(guò)硅膠柱 純化，即得中間體化合物； 2) 將中間體化合物溶于甲醇和二氯甲烷的混合溶液中，得混合溶液1，將無(wú)水碳酸鉀 與一水合半胱氨酸鹽酸鹽溶于甲醇水溶液中，得混合溶液2,在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下將上述兩混 合溶液混合，反應(yīng)后，將反應(yīng)液中的有機(jī)溶劑蒸除，調(diào)節(jié)反應(yīng)液的PH值為弱酸性，將所得固 體過(guò)濾，即得目標(biāo)化合物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于：步驟1)中所述丙二醛或丁二醛或戊 二醛或己二醛的加入量為所述醋酸重量的2~10% ;所述2-氰基6-氨基苯并噻唑的加入 量為所述醋酸重量的1~5% ;所述氰基硼氫化鈉的加入量為所述醋酸重量的3~8%，所 述每次加入2. 5-3. 5mL飽和碳酸鈉溶液，總量為醋酸重量的4-6倍，每次加入的乙酸乙酯 的量為醋酸重量的15-30倍；加入2-氰基6-氨基苯并噻唑后，攪拌的時(shí)間為10-15分鐘； 加入乙酸乙酯后，攪拌的時(shí)間為4-7分鐘。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于：步驟2)中，甲醇和二氯甲烷的混合 溶液中，甲醇和二氯甲烷的體積比為1 :1，所述中間體化合物的加入量為所述甲醇和二氯 甲烷的混合溶液重量的1%~3%，所述無(wú)水碳酸鉀和一水合半胱氨酸鹽的加入量分別為 所述甲醇水溶液重量的1 %~2%和1. 5~2. 5%，所述混合溶液1和混合溶液2的體積比 為 1-2:1-2〇
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氮雜環(huán)烷氨基螢光素化合物及其制備方法與應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)通式為：其中，n為1至9的自然數(shù)，m為1至9的自然數(shù)；n＝m時(shí)，R為氫基、甲基、乙基、正丙基、正丁基、氟、氯、溴或碘；當(dāng)n≠m時(shí)，R為氫基。該化合物在作為生物發(fā)光的底物方面的應(yīng)用，在檢測(cè)螢光素酶的存在和數(shù)量，檢測(cè)螢光素酶在體外，細(xì)胞和體內(nèi)分布成像方面的應(yīng)用；在檢測(cè)ATP的存在和數(shù)量，檢測(cè)ATP在體外，細(xì)胞和體內(nèi)分布成像方面的應(yīng)用以及在檢測(cè)藥物的吸收，分布，代謝，排泄以及毒性作用方面的應(yīng)用。
【IPC分類】C07D471-14, G01N21-64, A61K49-00, C09K11-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104860947
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510223552
【發(fā)明人】李敏勇, 杜呂佩, 張?zhí)斐? 吳文曉
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日