卡尼汀前体药物的设计、合成与神经保护活性研究

论文摘要

第一部分研究背景左旋卡尼汀是广泛分布于自然界的一种类氨基酸物质,在人体的营养和治疗方面具有重要的生物学作用,是人体内长链脂肪酸代谢产生能量所必需的物质。因其具有维生素B的化学特征,也被称为VitBT。1905年两位俄国科学家Gulewitch和Krimberg在肌肉提取物中发现了左旋卡尼汀（Carnitine）,称为肉碱。20世纪50年代,卡尼汀的基本作用机制被揭示出来;70年代,随着第一个左旋卡尼汀缺乏症病人被发现,肉碱的临床应用开始为人们所认识,左旋乙酰卡尼汀、左旋丙酰卡尼汀、左旋柠檬酰卡尼汀相继从人体中发现并分离出来,继而左旋卡尼汀及其衍生物的化学合成与临床应用相继展开。90年代末,随着克隆技术的发展,各种左旋卡尼汀转运酶被发现并克隆,左旋卡尼汀的研究进入了一个崭新的阶段,其细胞保护作用、抗氧化作用、调节生物代谢作用等相继被人们所认识,其治疗应用范围也从最初的运动营养、心肌保护、糖尿病透析辅助治疗等,扩展到抗衰老、调节内分泌、治疗老年痴呆、新生儿营养、抗癌辅助治疗等方面。进入21世纪,随着多达近10种左旋卡尼汀转运酶的发现和克隆,左旋卡尼汀转运酶及其作用机制的研究达到了一个高潮。新发现的转运酶几乎可以将左旋卡尼汀及其衍生物运载到人体的各个部位,加之左旋卡尼汀本身具有的高安全性,高水溶性和广泛的生物学活性,表明其不但具有更深层的药物开发价值,同时也是一个天然的良好药物载体。在降低药物的毒性、改善脂水分配系数、穿透各种生物屏障,提高药物的生物利用度等方面,有潜在的独特优势。第二部分目标化合物的设计思想通过跟踪卡尼汀及其衍生物的化学、生物学特征及其临床治疗用途的最气.新进展。发现其神经细胞保护作用是其刚开始为世人所认识的一个新的领域,其易于穿透血脑屏障的特点在2000年以后才被揭示出来,并迅速成为人们关注的焦点之一,研究表明其对于阿尔斯海默症、帕金森氏症等脑部疾病均有一定的治疗作用,基于此,本文以左旋卡尼汀为载体先导化合物,根据前药设计原理对其结构进行如下的修饰:（1）在左旋卡尼汀的羟基部位引入脂肪酸侧链形成前药;（2）在左旋卡尼汀的羧基部位再引入醇、胺侧链形成双前药;（3）利用前药化学中的拼合原理,在左旋卡尼汀的羧基部位引入活性分子形成孪药。设计并合成了一系列左旋卡尼汀衍生物。第三部分目标化合物的合成左旋卡尼汀是一个4碳直链小分子,包含有三个活性基团和一个手性碳,有其特有的化学反应特征,本文在检索文献和反复试验的基础上,对其化学特征有了较全面的掌握,发现了一个新的反应机理,克服了合成上的障碍,完成了三个系列目标化合物的合成。第一系列是以卡尼汀为起始原料,通过酯化反应,与不同的脂肪酸缩合得到的酰基卡尼汀。在此基础上,将卡尼汀的羧基与苯甲醇缩合,得到第二个系列的化合物。与川芎醇、N,N-二甲基乙醇胺结合形成第三个系列化合物。第一个系列有7个目标化合物未见文献报道,第二、第三系列目标化合物均未见文献报道,并在合成方法研究中,意外获得了一个新化合物。其结构均通过傅立叶变换红外光谱、核磁共振氢谱及电喷雾质谱确定:部分化合物还进行了核磁共振碳谱、元素分析以及晶体结构的测定。第四部分目标化合物的活性评价对合成得到的三个系列共40个化合物进行了体外神经细胞保护活性评价,并挑选部分体外神经细胞保护活性较好的化合物进行了动物体内活性试验。结果表明:左旋酰基卡尼汀苯甲醇系列化合物,在不影响药效的情况下,成功的改善了左旋酰基卡尼汀的强吸水性,使其更具药物开发价值;左旋酰基卡尼汀川芎嗪酯和N,N-二甲基乙醇胺酯系列化合物中,有近10种化合物具有神经细胞保护活性,且活性优于川芎嗪、N,N-二甲基乙醇胺等公认的神经细胞保护药物,达到了设计目标,具有潜在的市场开发前景。并对左旋丙酰卡尼汀进行了急性毒性和一般药理学研究,未发现明显的毒副作用,根据化学物质分类标准,本品属无毒物质。综上所述,本文在左旋卡尼汀前药研究方面进行了有益的尝试,设计、合成了一系列新型的卡尼汀衍生物。研究结果表明:设计的合成路线合理,原料易得,目标化合物达到了设计目的。对其中具有潜在的神经细胞保护活性化合物,将继续建立适合的动物模型,作进一步的活性评价。对其体内活性及其代谢过程,进行进一步的探讨。希望能筛选出具有临床研究意义的治疗药物。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACTS
• 第一章 前言
• 1.1 缺血性脑神经细胞损伤的机制
• 1.2 脑神经细胞保护药物的研究进展
• 1.3 神经保护药物评价的缺陷与对策
• 1.4 L-卡尼汀及其衍生物的研究进展及临床应用
• 参考文献
• 第二章 卡尼汀前体药物的设计思路
• 2.1 卡尼汀系列神经保护药物设计依据
• 2.2 目标化合物的设计思路
• 2.3 酰基卡尼汀系列化合物的设计
• 2.4 酰基卡尼汀苯甲醇酯系列化合物的设计
• 2.5 酰基卡尼汀神经保护活性酯系列化合物的设计
• 2.6 神经细胞保护活性设计
• 参考文献
• 第三章 卡尼汀前体药物的的化学合成
• 3.1 酰基-L-卡尼汀系列化合物的合成
• 3.2 酰基-L-卡尼汀苄酯系列化合物的合成
• 3.3 酰基-L-卡尼汀川芎酯系列化合物的合成
• 3.4 酰基-L-卡尼汀N,N-二甲基氨基乙酯系列化合物的合成
• 3.5 实验讨论
• 参考文献
• 第四章 目标化合物的生物活性评价
• 4.1 化合物4c的肝微粒体酶释放测定
• 4.2 酰基-L-卡尼汀及其苄酯系列化合物的神经细胞保护活性
• 4.3 化合物8A-J的神经细胞保护活性
• 4.4 9A-J系列化合物的神经细胞保护活性:
• 4.5 小鼠断头呼吸试验
• 4.6 化合物2c单次给药毒性研究
• 4.7 化合物2c对KM小鼠神经系统各项指标的影响
• 4.8 化合物2C对犬心血管系统和呼吸系统影响
• 4.9 活性试验总结
• 参考文献
• 第五章 讨论与展望
• 5.1 L-卡尼汀及其衍生物的化学结构特征
• 5.2 L-卡尼汀系列前体药物的代谢与活性
• 5.3 目标化合物的动物体内活性
• 5.4 目标化合物的活性讨论
• 5.5 展望
• 致谢
• 附录Ⅰ:攻读学位期间主要研究成果
• 1H-NMR图谱'>附录Ⅱ:部分目标化合物的IR、ESI-MS、¹H-NMR图谱
• 附录Ⅲ:外文论文
• 学位论文评阅及答辩情况表