趙凌舟，張華北

（放射性藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，北京 100875）

PARP是一種存在于多數(shù)真核細(xì)胞中的DNA修復(fù)酶，最早于1963年由法國斯特拉斯堡大學(xué)的Chambon及其研究小組在肝細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)［1］。這種多功能核酸蛋白通過檢測(cè)因氧化應(yīng)激、電離輻射和細(xì)胞毒素劑引起的DNA結(jié)構(gòu)損傷片段而被激活［2，3］，具有 DNA 損傷修復(fù)和維持基因組的穩(wěn)定性等重要作用，被認(rèn)為是DNA損傷的感受器。同時(shí)，PARP還參與多種蛋白表達(dá)的調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡和壞死、細(xì)胞復(fù)制和變異的控制，與核糖體蛋白酶活性和蛋白質(zhì)泛素化作用等有著密 切關(guān)系［4－10］。其中，PARP－1與多種惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的密切關(guān)系及其作為腫瘤治療的新靶點(diǎn)成為近年來研究的熱點(diǎn)。

1 PARP－1結(jié)構(gòu)與生理功能

PARP是結(jié)構(gòu)和功能高度保守的蛋白，具有1 014個(gè)氨基酸殘基，相對(duì)分子質(zhì)量為116 000，由N－末端區(qū)、中心自動(dòng)修復(fù)區(qū)和C－末端催化區(qū)3個(gè)功能區(qū)組成（PARP－1結(jié)構(gòu)和功能組織示于圖1）［11］。N－末端區(qū)包括雙“鋅指”DNA 結(jié)合區(qū)和核定位信號(hào)區(qū)，其中雙“鋅指”DNA結(jié)合區(qū)能識(shí)別DNA缺口并與有缺口的DNA結(jié)合。PARP的這種功能是由它的兩個(gè)特異的“鋅指”結(jié)構(gòu)（Zn2＋fingers）和核定位信號(hào)區(qū) （Nuclear Localization Signal，NLS）決定的。這個(gè)區(qū)域通過第一和第二“鋅指”結(jié)構(gòu)的非序列依賴方式識(shí)別雙鏈和單鏈DNA缺口。C－末端催化區(qū)由兩部分組成：NAD＋結(jié)合位點(diǎn)和合成聚腺苷二磷酸核糖的催化位點(diǎn)。中心自動(dòng)修復(fù)區(qū)集中了大部分聚ADP核糖化催化位點(diǎn)，被認(rèn)為是自身聚腺苷二磷酸核糖化的靶位［6，11，12］。

目前PARP家族有18個(gè)亞型，其中PARP－1在家族中比例最大，發(fā)揮著90%以上的功能，包括介導(dǎo)DNA修復(fù)、消耗細(xì)胞能量池導(dǎo)致細(xì)胞機(jī)能障 礙 和 壞 死、促 進(jìn) 炎 癥 基 因 轉(zhuǎn) 錄 等［6，7，13］。當(dāng)DNA損傷出現(xiàn)時(shí)，PARP－1迅速被活化，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）在PARP－1的催化下分解為煙酰胺和 ADP－核糖（PARP催化NAD＋分解的過程示于圖2），而ADP－核糖可以聚合在核受體蛋白（主要為PARP－1本身）上，形成線狀或直鏈的PARP－1－ADP核糖多聚物，導(dǎo)致PARP－1的自身修飾，使PARP－1被抑制。這種位阻大、電荷多的多聚物，可以防止周圍DNA分子與損傷的DNA進(jìn)行重組并降低PARP－1與DNA的親和性，使PAR－1從DNA斷裂處解離，然后引導(dǎo)DNA修復(fù)酶與DNA缺口結(jié)合，對(duì)損傷部位進(jìn)行修復(fù)。PARP－1－ADP核糖多聚物從DNA上解離后，經(jīng)過聚ADP－核糖水解酶［Poly（ADP－ribose）Glycohydrolase，PARG］裂解為ADP－核糖和PARP－1。裂解后的 ADP－核糖可重新與煙酰胺形成NAD＋。同時(shí)裂解后PRAP－1又重新被激活與DNA結(jié)合，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行DNA損傷的修復(fù)，最終使細(xì)胞存活，PARP的生理功能示于圖3。當(dāng)DNA嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，超表達(dá)的PARP大量消耗 NAD＋，引發(fā)ATP的耗盡，使細(xì)胞處于能量缺乏狀態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞功能紊亂并死亡［14，15］。

圖1 PARP－1結(jié)構(gòu)和功能組織圖

圖2 PARP催化NAD＋分解的過程

圖3 PARP的生理功能

2 PAPR與腫瘤的發(fā)生

在維持基因組的穩(wěn)定性方面，PARP－1的作用至關(guān)重要，但抑制PARP－1可能增加機(jī)體細(xì)胞對(duì)烷化劑、電離輻射等DNA損傷因子易感性，導(dǎo)致更容易發(fā)生腫瘤。許多研究發(fā)現(xiàn)，DNA損傷因子處理敲除PARP－1基因的小鼠可導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，而單純PARP－1缺失的小鼠觀察至9月齡卻未出現(xiàn)任何器官的腫瘤［16］。例如，Nozaki等［17］通過破壞PARP外顯子1產(chǎn)生PARP－1缺失（PARP－1－／－）小鼠，再用 AOM（氧化偶氮甲烷）處理PARP－1－／－小鼠后，發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸腺瘤和腺癌、肝臟結(jié)節(jié)發(fā)生率均明顯高于PARP－1＋／＋組，而從出生至9月齡的 PARP－1－／－ 小鼠各器官并未發(fā)生自發(fā)的腫瘤；Tsutsumi等［18］通過破壞 PARP－1外顯子1產(chǎn)生 PARP－1－／－ 小鼠，然后用BHP（N－二亞硝基－2－羥丙胺）處理小鼠，發(fā)現(xiàn)其肝血管瘤、血管肉瘤和肺腺瘤發(fā)生率明顯高于 PARP－1＋／＋組；而 Conde等［19］發(fā)現(xiàn)，破壞PARP－1外顯子4所產(chǎn)生的PARP－1和p53共缺失（PARP－1－／－p53－／－）的小鼠和單純p53完全缺失（PARP－1＋／＋p53－／－）組小鼠幾乎都死于腫瘤（主要是淋巴瘤、肉瘤、表皮腫瘤和腦腫瘤），然而前組無瘤生存率卻明顯高于后組。這些似乎表明PARP－1相關(guān)的腫瘤的發(fā)生存在一定聯(lián)系。

3 PARP－1抑制劑與腫瘤治療

由于PARP－1在DNA修復(fù)、細(xì)胞死亡、增殖分化等方面發(fā)揮著重要作用，通過抑制PARP－1活性可抑制PARP－1對(duì)DNA修復(fù)的機(jī)制，從而提高放療和化療對(duì)腫瘤細(xì)胞DNA的損傷，因而PARP－1對(duì)腫瘤具有潛在治療價(jià)值。目前，化療是治療癌癥的主要手段之一。在諸多的化療藥物中，大多是對(duì)癌細(xì)胞DNA進(jìn)行破壞來發(fā)揮藥效，例如替莫唑胺（Temozolomide）使DNA甲基化，喜樹堿（Camptothecin）類化合物抑制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ等。但是腫瘤細(xì)胞對(duì)這類藥物經(jīng)常產(chǎn)生抗藥性，其部分原因是由于藥物造成的腫瘤細(xì)胞DNA損傷的同時(shí)，損傷的DNA使核酶PARP大量激活，促進(jìn)了DNA的修復(fù)，因而削弱了藥物對(duì)癌細(xì)胞的殺傷作用。因此，人們開始嘗試PARP－1抑制劑與DNA損傷藥物（如DNA烷化劑、拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑）或放療聯(lián)用，以抑制由PARP介導(dǎo)的DNA修復(fù)，從而增強(qiáng)治療效果，并通過減少用藥（放射）劑量降低毒副作用。據(jù)報(bào)道，PARP－1抑制劑能有效增加腫瘤細(xì)胞對(duì)放療及烷基化試劑的敏感性。這些結(jié)果均提示，PARP－1抑制劑有可能作為腫瘤化療和放療的增敏劑，例如，在非毒性劑量下，PARP－1抑制劑可顯著提高Topotecan抑制癌細(xì)胞生長的活性和Temozolomide的體內(nèi)抗癌活性［20］。此外，PARP抑制劑能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)N－甲基－N－亞硝脲、博萊霉素、喜樹堿、電離放射誘導(dǎo)細(xì) 胞 毒 性 的 敏 感 性［21－24］。 在 PARP－1 抑制劑單獨(dú)使用作為抗腫瘤藥物方面，F(xiàn)armer［25］和Bryant［26］分別報(bào)道了PARP－1抑制劑對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的乳腺腫瘤有顯著抑制。但是對(duì)于PARP－1抑制劑的研究還是重點(diǎn)集中在與DNA損傷藥物的聯(lián)合使用方面。

4 PARP－1抑制劑的研究進(jìn)展

大部分PARP－1抑制劑為競爭性抑制劑，阻止NAD＋與催化區(qū)域的結(jié)合。已有的X射線衍射結(jié)果顯示，PARP－1抑制劑主要有以下幾個(gè)特征：結(jié)構(gòu)中含內(nèi)酰胺的雙環(huán)或類似雙環(huán)的結(jié)構(gòu)（如圖4中的A環(huán)和B環(huán)）；含有位于A環(huán)上酰胺鍵另一側(cè)的氫鍵受體或給體；含有位于A環(huán)上酰胺鍵旁邊的疏水性小取代基；含有雙環(huán)中的疏水性大基團(tuán)［27］。目前，以PARP－1為靶點(diǎn)的藥物研究主要針對(duì)腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)和炎癥等疾病，尤其是在抗腫瘤方面，PARP－1抑制劑的研究最為廣泛。

圖4 PARP－1抑制劑的結(jié)構(gòu)特征

4.1 傳統(tǒng)型PARP－1抑制劑

早期的PARP－1抑制劑是對(duì)煙酰胺進(jìn)行化學(xué)修飾而得到。此類抑制劑由于有限的細(xì)胞吸收和細(xì)胞的滯留時(shí)間，其選擇性和活性都較差，大部分化合物的水溶性很差［28－29］。煙堿和5－甲基煙堿衍生物是首次見于報(bào)道［30］的PARP－1抑制劑。此后，許多結(jié)構(gòu)類似的化合物，例如苯甲酰胺，吡嗪酰胺和苯甲酰胺的取代物，特別是3－氨基苯甲酰胺和3－甲氧基苯甲酰胺（其化學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖5），陸續(xù)顯示出了對(duì)PARP－1存在抑制作用。此后的研究發(fā)現(xiàn)，3－氨基苯甲酰胺（3－AB）雖然不是選擇性PARP－1抑制劑，但在體外可以阻斷各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和介質(zhì)促炎性上調(diào)［31－32］，而且體內(nèi)研究表明，3－AB對(duì)各種缺血再灌注損傷器官，例如腦、心、腸、腎和骨骼肌，都有保護(hù)作 用［33－38］。 據(jù) 報(bào) 道［39］，苯 甲 酰 胺 衍 生 物 可以抑制葡萄糖的代謝以及DNA和RNA的合成，但對(duì)cAMP、磷酸二酯酶、羧肽酶A和胰凝乳蛋白酶的抑制作用弱，能有效地增加腫瘤細(xì)胞對(duì)放療及烷基化試劑的敏感性，有可能作為增敏劑聯(lián)合用于化療和放療。

針對(duì)3位取代苯甲酰胺類抑制劑的構(gòu)效關(guān)系的研究表明，當(dāng)3位是供電子基團(tuán)取代時(shí)，活性增強(qiáng)，3位取代苯甲酰胺的活性優(yōu)于其他位置取代苯甲酰胺的活性［40］。X射線衍射研究表明，PARP－1抑制劑與酶活性部位結(jié)合能力的強(qiáng)弱由酰胺鍵中羰基的構(gòu)象決定［41］。由于絕大多數(shù)PARP－1抑制劑是NAD＋的類似物，因此抑制劑和PARP－1的相互作用方式與NAD＋類似，即NAD＋酰胺上的羰基和C2－C3鍵之間是反式構(gòu)象與酶相互作用。PARP－1抑制劑上羰基與PARP－1上的Ser904和QHJ863氨基酸殘基也應(yīng)該形成3個(gè)氫鍵。通過這些研究，設(shè)計(jì)合成了一系列具有優(yōu)勢(shì)構(gòu)象的雙環(huán)類PARP－1抑制劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)示圖6，例如取代的二氫異喹啉－1－酮（2）、酞嗪（2H）－1－酮（3）、喹唑啉－2，4－二酮（4）、取代的喹唑啉－4－酮（5）和二氫苯噁并嗪－4－酮衍生物（6）等，與苯甲酰胺類PARP－1抑制劑相比，這類雙環(huán)類PARP－1抑制劑的活性更好［42］。

4.2 新型PARP－1抑制劑

新型PARP－1抑制劑大部分是甲酰胺連接芳香環(huán)或者氨基甲?；B接在含有雜原子的多環(huán)芳烴，形成芳香類的內(nèi)酰胺或者酰亞胺，這類化合物與傳統(tǒng)的PARP－1抑制劑相比具有更好的活性和選擇性。新型PARP－1抑制劑發(fā)展于20世紀(jì)90年代。Suto［43］和 Banasilk［44］報(bào)道了170多個(gè)良好的特異性PARP－1抑制劑。并且二氫異喹啉酮類和異喹啉酮類5位置被羥基取代，可以提高活性［45］。后續(xù)報(bào)道［46－48］顯示，5－羥基異喹啉酮（5－AIQ）具有心臟保護(hù)功能。Shinkwin等［49］將苯甲酰胺中的苯環(huán)用噻吩環(huán)取代，設(shè)計(jì)了一系列新型PARP－1抑制劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖7，它們分別是噻吩酰胺衍生物（7）（IC50＝8.9μmol／L）、噻吩并嘧啶酮衍生物（8）（IC50＝9.7μmol／L）、噻吩并［1，3］惡唑酮（9）及噻吩并吡啶酮衍生物（10）等。初步的活性研究［54］表明，噻吩環(huán)取代原來的苯環(huán)沒有明顯降低PARP－1的抑制活性。

圖5 苯甲酰胺、煙堿和3－AB結(jié)構(gòu)式

圖6 雙環(huán)類PARP－1抑制劑

圖7 將苯甲酰胺中的苯環(huán)用噻吩環(huán)取代后形成的一系列新型PARP－1抑制劑

4.3 第三代PARP－1抑制劑

第三代PARP－1抑制劑屬于苯并咪唑類、吲哚類和包括一些具有環(huán)結(jié)構(gòu)的相關(guān)化合物，例如正在用于臨床試驗(yàn)的 AG014699［50，51］。這些化合物不僅活性很好、選擇性高、溶解性和藥物動(dòng)力學(xué)特征有所不同，而且闡述了PARP－1抑制的構(gòu)效關(guān)系［52，53］。PARP－1抑制劑分子需要有空間位置和合適的氫鍵受體和供體（例如酰胺鍵中的羰基和N端的活潑H）與PARP－1催化活性位點(diǎn)的Ser－904，Gly－863氨基酸殘基結(jié)合。N端的活潑H與抑制活性密切相關(guān)，倘若N端被甲基化，抑制活性基本消失。此外富電子的芳香環(huán)或者雜環(huán)平面，與Tyr－907氨基酸殘基的π－π相互作用對(duì)活性也很關(guān)鍵（PARP－1與其抑制劑的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合示意圖示于圖8）。其中很多化合物是由3－氨基苯甲酰胺的結(jié)構(gòu)演化而來，并具有很好的可溶性和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，例如 正 在 進(jìn) 行 臨 床 試 驗(yàn) 的 ABT－888、BSI－201、AG014699、MK－4827、AZD2281 和 CEP－9722，其相關(guān)情況列于表1，其結(jié)構(gòu)式示于圖9。雖然這些化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物利用度各不相同，但都具有較短的半衰期，因此需要頻繁給藥［54］。其中，BSI－201已于2010年3月通過靜脈注射給藥與吉西他濱／卡鉑聯(lián)用治療三陰性乳腺癌的三期臨床試驗(yàn)［55］，其治療腹膜癌、子宮癌和卵巢癌的研究也處于Ⅱ期臨床階段，BSI－201很有可能成為第一種通過FDA審批的PARP－1抑制劑［27，56］。

Abbott開發(fā)的強(qiáng)效PARP－1抑制劑ABT－888，可以與替莫唑胺、順鉑、卡鉑和環(huán)磷酰協(xié)同作用，明顯提升對(duì)腫瘤的殺傷作用，且耐受性較好。口服給藥后，ABT－888在小鼠、貓、犬體內(nèi)的生物利用度分別達(dá)92%、61% 和72%［57］。ABT－888具有良好的血腦屏障通過性，能夠與替莫唑胺聯(lián)用治療腦部多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，有明顯的抑制效果，腫瘤收縮率達(dá)67%［58］。目前ABT－888與全腦放療聯(lián)合應(yīng)用治療轉(zhuǎn)移性腦瘤已進(jìn)入Ⅰ期臨床，而用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌、結(jié)腸癌和轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的治療也進(jìn)入Ⅱ期臨床階段。

圖8 PARP－1與其抑制劑的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合示意圖

表1 處于臨床試驗(yàn)階段的PARP－1抑制劑

圖9 AG014699、ABT－888和2（BSI－201）結(jié)構(gòu)式

2－（4－羥苯基）苯并咪唑－4－酰胺的衍生物，如NU1064（11）、NU1085（12）和 NU1025（13）也是很好的PARP抑制劑，也能加強(qiáng)抗癌藥物的細(xì)胞毒性作用［31，59，60］。由于 NU1025的溶解度較差，未能進(jìn)入臨床試驗(yàn)，但其對(duì)PARP－1的抑制活性是3－AB的50倍。200μmol·L－1濃度的NU1025可使拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ抑制劑拓?fù)涮婵档目鼓[瘤活性增強(qiáng)5倍，使DNA烷化劑替莫唑胺的活性增強(qiáng)6倍，但若單獨(dú)使用則抗腫瘤活性很弱［61］。通過分子內(nèi)氫鍵限制酰胺鍵構(gòu)型的化合物NU1085，在濃度只有10μmol·L－1時(shí)即可與替莫唑胺發(fā)生協(xié)同作用，即對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)致敏效果［62］，而且鑒于NU1085合成簡單，活性強(qiáng)，且水溶性好，常作為PARP抑制劑的一個(gè)對(duì)照化合物。NU1085也可以提高拓?fù)涮婵档寞熜?，有可能在癌癥治療中通過聯(lián)合用藥降低腫瘤抗藥性和用藥劑量。Stacie等基于構(gòu)效關(guān)系和蛋白－配體結(jié)構(gòu)信息設(shè)計(jì)并合成了一系列吲哚酮類抑制劑（14）［39］。同時(shí)，Agouron制藥公司的研究組在苯并咪唑甲酰胺類化合物的基礎(chǔ)上，以化合物AG014344（15）為基礎(chǔ)進(jìn)一步優(yōu)化，得到化合物AG014699。該藥通過靜脈注射給藥，作為化療增強(qiáng)劑與TMZ聯(lián)用，有很好的抗癌活性，并且在單用或與TMZ聯(lián)用的情況下都不表現(xiàn)毒性。2003年進(jìn)入Ⅰ期臨床，與替莫唑胺聯(lián)用用于晚期實(shí)體瘤，是第一個(gè)進(jìn)入臨床的PARP－1抑制劑。這些化合物的設(shè)計(jì)符合PARP－1和NAD＋結(jié)合區(qū)域的空間填充和原子間相互作用，其化學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖10。

AZD2281為口服的小分子PARP－1抑制劑，主要用于卵巢癌、乳腺癌和實(shí)體瘤的治療。2009年4月，AstraZeneca報(bào)道了AZD2281首次作為單藥在Ⅰ期臨床中治療胃癌，其表現(xiàn)出明顯抑制效果，耐受性良好，藥物毒性95%以上為1～2級(jí)。目前該藥物與順鉑、卡鉑、紫杉醇等藥物聯(lián)用治療卵巢癌、乳腺癌，實(shí)體瘤的研究正處于Ⅱ期臨床階段，預(yù)計(jì)對(duì)于乳腺癌的治療將于2011年進(jìn)入Ⅲ期臨床。

圖10 苯并咪唑類和吲哚酮類PARP－1抑制劑

圖11 AZD2281、INO1001、INO1188和 Merck4827分子結(jié)構(gòu)式

二氫異喹啉－1－酮和喹唑啉酮類化合物也可以提高抗腫瘤藥物對(duì)細(xì)胞生長的抑制作用。Banasik等［63］報(bào)道了一系列5［H］phenanthridin－6－ones取代物的活性比未取代的Phenanthridinone母體活性強(qiáng)100倍。Inotek開發(fā)的口服PAPR－1抑制劑藥物INO1188（PJ34）抗腫瘤活性良好，可用于治療腦卒中、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和再灌注損傷等疾病，但是目前對(duì)該藥物的研究仍處于臨床前研究階段。該公司開發(fā)的另一個(gè)靜脈注射PARP抑制劑INO1001用于治療再灌注損傷，正處于Ⅱ期臨床階段，與替莫唑胺聯(lián)合治療黑色素瘤也正處于Ⅰ期臨床研究階段［55］。很多PJ43類似化合物的EC50值接近40nmol／L，能夠修復(fù)各種鼠科動(dòng)物體外的胸腺細(xì)胞［64］。體內(nèi)模型研究［65］發(fā)現(xiàn)，這類化合物可以減少細(xì)胞壞死，并改善中風(fēng)、心肌梗死、糖尿病和關(guān)節(jié)炎等疾病的癥狀。

Merck開發(fā)的MK4827在人類乳腺癌細(xì)胞系中的IC50為3.8nmol·L－1，口服給藥后，在貓、犬、猴體內(nèi)的生物利用度分別達(dá)65%、80%和70%。MK4827與卡鉑聯(lián)用治療晚期實(shí)體瘤和卵巢癌，目前正處于Ⅰ期臨床研究階段［66］。

美國Cepkalon公司采用高通量篩選的方法，發(fā)現(xiàn)了一種全新的PARP－1抑制劑，其母核為吡咯并咔唑內(nèi)酰胺?；衔?6的活性好，其余的衍生物的活性都較低。后續(xù)報(bào)道的化合物CEP－6800（17），不僅水溶性較好，而且顯著增加了對(duì)PC12細(xì)胞的毒性，并在體外對(duì)多種腫瘤細(xì)胞系顯示了增強(qiáng)TMZ、依立替康和順鉑等藥物的抗癌活性的作用［67］。但由于CEP－6800存在骨髓毒性，未能進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。經(jīng)過對(duì)CER－6800進(jìn)一步修飾，得到化合物 CEP－8983（18），雖然解決了骨髓毒性的問題，但水溶性較CER6800差。為增加CEP－8983的水溶性，在其酰胺的氮原子上引入二烷基氨甲基得到化合物18的前藥CEP－9722（19）。2009年5月開始進(jìn)入三期臨床試驗(yàn)階段，主要針對(duì)實(shí)體瘤的治療。吡咯并咔唑內(nèi)酰胺類PARP－1抑制劑化學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖12。

圖12 吡咯并咔唑內(nèi)酰胺類PARP－1抑制劑

5 放射性核素標(biāo)記PRAP－1抑制劑的研究進(jìn)展

PET是將發(fā)射正電子的核素標(biāo)記物引入體內(nèi)，采集數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)重建圖形得到器官斷層影像的一種新技術(shù)，分辨能力較單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層（SPECT）明顯提高；且由于其所用正電子核素大多是構(gòu)成人體的基本元素或其類似物，如11C、13N、15O、18F等，標(biāo)記物多是人體生理物質(zhì)，如葡萄糖、水、氨基酸和神經(jīng)介質(zhì)等，故PET圖像實(shí)質(zhì)上是反映某種生理物質(zhì)在人體內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化和代謝過程，是在分子水平上反映人體的生理或病理變化。PET是人類第一次在活體分子水平上完成生物學(xué)顯示的顯像技術(shù)，可以在器官尚未發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的階段對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷。

關(guān)于用放射性核素標(biāo)記PARP－1抑制劑的研究，最早是在1994年，Andersson等［68］報(bào)道了11C標(biāo)記的苯甲酰胺類化合物，作為聚（ADP－核糖）合成酶的示蹤劑。11C均標(biāo)記在3－氨基苯甲酰胺、3－甲氧基苯甲酰胺和煙酰胺的酰胺基上，其合成路線示于圖13。其反應(yīng)時(shí)間約為5 min，標(biāo)記的產(chǎn)率為45%～70%，放化純度均大于99%，放射性比活度為2～3μCi·mol－1。在猴子體內(nèi)的分布和藥代動(dòng)力學(xué)表明，11C標(biāo)記的化合物在肝、腎和淋巴組織中攝取高，而且存在滯留情況，其中11C煙堿雖然血清除快，但相對(duì)于11C標(biāo)記的3－氨基苯甲酰胺和3－甲氧基苯甲酰胺慢。除了11C標(biāo)記的3－甲氧基苯甲酰胺起始腦攝取較高外，11C標(biāo)記的煙堿和3－氨基苯甲酰胺腦攝取低，而且清除均太快。給藥3min后的顯像表明，雖然有部分進(jìn)腦，但肝腎攝取過高，顯像效果并不理想，而且也并沒有證明標(biāo)記的化合物與PARP存在很好的結(jié)合。

2000年，Yoshinori Miyake等［69］報(bào)道了11C標(biāo)記 的 異 喹 啉 類 化 合 物 （11C－MIQO，3，4－dihydro－5－［11C］methoxy－1（2H）－isoquinolinone），作為聚（ADP－核糖）合成酶的示蹤劑，檢測(cè)PARP－1的過度表達(dá)。圖14為11C－MIQO 的合成過程。其反應(yīng)時(shí)間較長，約為35min，標(biāo)記率較低，小于40%，放化純度大于99%，比活度76GB·qμmol－1。11C－MIQO 在老鼠和猴子腦中藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，盡管正常小鼠的11CMIQO腦攝取低，但是11C－MIQO進(jìn)腦速度快，腦清除也快，且其分布結(jié)果不同于［15O］H2OPET得到的腦血流分布結(jié)果，這主要與11CMIQO在腦中的快速清除有關(guān)。雖然在猴腦周圍的肌肉組織中發(fā)現(xiàn)了少量的11C－MIQO滯留，但不影響利用PET檢測(cè)猴腦中缺血性損傷區(qū)域?qū)?1C－MIQO的攝取，這主要是因?yàn)槿毖該p傷增加了PARP抑制劑能夠結(jié)合的活化的NAD結(jié)合位點(diǎn)。聚（ADP－核糖）的濃度可以反映PARP酶活性，當(dāng)完整細(xì)胞用氧化劑處理后，聚（ADP－核糖）的濃度迅速增加，然后用0.01 mmol／L 1，5－dihydroisoquinolinone（MIQO 類似物）處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)95%的由氧化劑誘發(fā)的聚（ADP－核糖）減少了。另外，小鼠的局灶性腦缺血模型體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，3，4－dihydro 5－［4－（1－piperidinyl）butoxy］－1（2H）－isoquinolinone能 夠 大幅度減少梗塞面積。這些結(jié)果意味著，PARP抑制劑僅僅在有DNA損傷的細(xì)胞處積累，并且與DNA的損傷程度相關(guān)。這些結(jié)果主要與在正常組織中11C－MIQO的快速進(jìn)入和快速清除性質(zhì)有關(guān)。11C－MIQO有可能成為一種示蹤劑，利用PET檢測(cè)缺血性損傷區(qū)域的PARP過度表達(dá)，但是還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)11C－MIQO在缺血性損傷的組織中具有特異性積累。

圖13 11C標(biāo)記的苯甲酰胺類化合物合成路線

圖14 11C－MIQO的合成步驟

2005 年，Zhude Tu 等［70］報(bào) 道 了 Phenanthridinone類衍生物，2－（dimethylamino）－N－（5，6－dihydro－6－oxophenanthridin－2－yl）acetamide，11C－PJ34作為細(xì)胞凋亡PARP－1的顯像劑，與PARP－1具有很好的結(jié)合關(guān)系，IC50值達(dá)到了nm級(jí)，11C－PJ34的合成和標(biāo)記過程示于圖15。其反應(yīng)時(shí)間比較長，在50min以上，標(biāo)記率約為60%，放化純度大于99%，比活度接近740Bq／mol。靜脈注射高劑量的含有葡萄糖的亞硝基脲（STZ），進(jìn)入到細(xì)胞的STZ干擾主要在β細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的GLUT－2，破壞胰腺的β細(xì)胞導(dǎo)致Ⅰ型糖尿病產(chǎn)生。由于肝細(xì)胞也表達(dá)GLUT－2，所以肝細(xì)胞中的DNA也會(huì)被STZ損傷。其動(dòng)物分布實(shí)驗(yàn)表明：與對(duì)照組相比，接收STZ劑量的動(dòng)物組中，胰腺和肝對(duì)11C－PJ34有更高的攝取。而且，缺少GLUT－2的組織對(duì)11CPJ34的攝取也沒有區(qū)別。免疫組學(xué)研究也表明，與對(duì)照組相比，在用STZ處理的動(dòng)物的胰腺β細(xì)胞中存在大量的利用免疫組學(xué)染色的PAR。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了用STZ處理動(dòng)物后，其胰腺和肝對(duì)11C－PJ34有更高的攝取，也表明了11C－PJ34能夠反映在早期的細(xì)胞壞死階段、PARP－1活性的過度表達(dá)。

2009年Riss等［71］報(bào)道了18F標(biāo)記的哌侖西平和其代謝物 N5－18F氟代乙酯－LS 75（化合物4，18F－FE－LS－75）及類似物化合物3（圖16）的研究。其反應(yīng)時(shí)間在2h左右，標(biāo)記率也較低，只有約30%，放化純度大于98%，比活度67～89 GBq·μmol－1。其中化合物3的進(jìn)腦雖然較化合物4好，但是活性低（大于3μmol／L），代謝慢，不能成為PARP－1的示蹤劑。而化合物4體外實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性好，對(duì)PARP－1的抑制活性中等（0.2μmol／L），進(jìn)腦量較好，有潛力成為一種PARP－1的PET顯像劑。

圖15 11C－PJ34的合成和標(biāo)記路線

圖16 18F－FE－LS－75和化合物3的結(jié)構(gòu)式

5 小結(jié)與展望

在過去的幾十年中，研究人員已經(jīng)對(duì)PARP－1的結(jié)構(gòu)和PARP－1抑制劑在治療一些重大疾病中的作用進(jìn)行了廣泛而深入的研究，迄今為止，盡管還沒有PARP－1抑制劑作為藥物上市，但越來越多的PARP－1抑制劑分子受到關(guān)注，尤其是在三陰性乳腺癌和晚期卵巢癌等難治癌癥治療上的成果引人注目。隨著人們對(duì)PARP家族中其他成員的深入研究，憑借在PARP－1抑制劑研究已經(jīng)取得的成果，其他成員也會(huì)成為新的潛在藥物作用靶點(diǎn)，進(jìn)而開辟新的抗腫瘤藥物研究領(lǐng)域。在放射性核素標(biāo)記PARP－1抑制劑的研究中，主要標(biāo)記核素是11C和18F，通過PET檢測(cè)PARP－1的過度活化，早期診斷腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。目前雖然報(bào)道的較少，但是隨著PARP－1抑制劑的不斷深入，新的PARP－1抑制劑的不斷出現(xiàn)，放射性核素標(biāo)記PARP－1抑制劑的研究也會(huì)越來越豐富，在腫瘤早期診斷和治療領(lǐng)域也會(huì)占有一席之地。

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