叶酸拮抗剂类药物研究进展孙居锋郭志雄潘惠英陈立功*(天津大学药物科学与技术学院天津 300072)摘要由于叶酸在细胞内生物合成中所起的关键作用，细胞内叶酸代谢已成为癌症化疗的一个重要的有吸引力的作用靶点，作用于叶酸途径的各种酶尤其是二氢叶酸还原酶(DHFR)和胸苷合成酶(TS)成为药物设计和开发的重要研究对象。
本文主要讨论了作用于叶酸代谢途径上几种主要酶的拮抗剂，包括经典和非经典等结构多样的叶酸拮抗剂及其研究进展。
关键词经典叶酸拮抗剂非经典叶酸拮抗剂二氢叶酸还原酶(DHFR) 胸苷合成酶(TS)Progress of Antifolate DrugsSun Jufeng, Guo Zhixiong, Pan Huiying, Chen Ligong *(College of Pharmaceutical and Biotechnology, Tianjin University, Tianjin 300072 )Abstract The folate metabolism became an important and attractive target of cancer chemotherapy because of the essential role in the biosynthesis of cell. The enzymes which depend on folate, especially dihydrofolate reductases(DHFR) and thymidylate synthase(TS), have been the most interesting subject of drug design and development.This article presents the state of inhibitors of a few kinds of key enzymes, including classical antifolates and non-classical antifolates mainly and the progress of the research.Key words Classical-antifolate, Nonclassical-antifolate, Dihydrofolate reductases(DHFR), Thymidylate synthase(TS)存在于自然界的叶酸有二氢叶酸和四氢叶酸两种形式，而在人体中只有四氢叶酸才具有生理功能，二氢叶酸还原酶(DHFR)催化叶酸或7,8-二氢叶酸(FH2)，将其转化为四氢叶酸(FH4)；四氢叶酸是一碳单元的传递体，而一碳单元是指在人体新陈代谢过程中含有一个碳原子的基团，例如甲基、羟甲基等。
正是由于四氢叶酸提供的这些活跃的一碳单元，使得胸苷合成酶(TS)能够催化2'-脱氧尿苷5'-单磷酸盐(dUMP)还原甲基化转变为2'-脱氧胸苷-5'-单磷酸盐(dTMP)，这是dTMP 从头生物合成的唯一路径，而dTMP是核酸合成所必须的前体物质[1~6]。
除了参与核酸的合成以外，四氢叶酸还参与了许多化合物的生成和代谢，例如生命物质中各种氨基酸的相互转换，以及血红蛋白、肾上腺素、肌酸、胆碱的合成等。
如果在肿瘤细胞的快速增长过程中DHFR和TS受到抑制，肿瘤细胞就会因为缺乏胸腺嘧啶而死亡，正是由于在核酸前体的生物合成中所起的关键作用，细胞内叶酸代谢成为癌症化疗的一个重要的有吸引力的作用靶点。
长期以来药物学家一直把作用于叶酸途径的各种酶尤其是二氢叶酸还原酶(DHFR)和胸苷合成酶(TS)作为癌症化疗的非常重要的对象进行研究，现在已经有几种酶的抑制剂被用作抗肿瘤药物。
最早用于肿瘤治疗的药物主要是氨基喋呤(Aminoopterin，AMT)和氨甲喋呤(Methotrexate，孙居锋女，35岁，硕士生，现从事药物合成研究。
*联系人MTX) [6~8]，它们的化学结构与叶酸相似，通过竞争性抑制DHFR ，阻断二氢叶酸(Dihydrofolate ，FH2)还原成四氢叶酸(Tetrahydrofolate ，FH4)，从而使N 5,N 10-甲烯四氢叶酸(N 5,N 10-Methylene-FH4)减少，当细胞内的N 5,N 10-甲烯四氢叶酸耗竭，没有一碳单位可传递，最终减少了DNA 、RNA 和蛋白质的生物合成，致使细胞死亡[5]。
另外，MTX 在细胞内可形成多聚谷氨酸盐形式，增加了它的体积及所带的负电荷数目，使MTX 长期滞留于特定细胞内。
因此，有该反应能力的细胞(如淋巴母细胞)可能对MTX 的杀细胞作用更敏感，所以其抗癌作用强，但长时间使用会导致体内积累，因此其毒副作用大，癌细胞极易对其产生耐药性。
其原因主要包括以下几个方面：(1)二氢叶酸还原酶(DHFR)基因的扩增导致细胞内DHFR 水平增高；(2)DHFR 基因突变导致DHFR 与MTX 的亲和力下降；(3)MTX 在细胞内的吸收减少；(4)细胞内MTX 多聚谷氨酸盐含量下降。
因此目前的药物研究主要集中在设计易吸收或易于多谷氨酰化或在叶酸代谢中作用于不同靶酶的新型叶酸拮抗剂，从而提高抗肿瘤作用的选择性和克服MTX 易产生耐药性的缺点，现分述如下。
1胸苷合成酶(TS)抑制剂[3~9]由于胸苷合成酶是dTMP 由dUMP 从头合成的关键酶，在细胞的快速增长过程中胸苷的充足供应对DNA 的合成极为关键，所以近年来药物学家们针对此设计筛选发展了一系列新的TS 特异性抑制剂，其中最著名的是ZD1694(Tomudex)1，由Zeneca 公司开发，1995年在英国提出上市申请，现正处于Ⅱ/Ⅲ期临床阶段。
ZD1694是水溶性的TS 特异性抑制剂，不影响RNA 合成等其它细胞内生命活动，因而不良反应较小，主要为白细胞减少、转氨酶升高。
临床试验中单药或与其它抗癌药放疗联用，对头颈部恶性肿瘤、前列腺癌、肺癌、结直肠癌、胃癌、软组织肉瘤、白血病等有较理想的疗效。
第一个应用于临床的TS 抑制剂是CB3717(丙炔脱氮叶酸DDPF)2是10-丙炔的叶酸喹唑啉类似物，是脱氧胸苷酸合成酶和二叶酸还原酶抑制剂，其对细胞周期的影响与MTX 相似，抑制DNA 合成；对间皮癌、卵巢癌、乳腺癌有一定疗效；不良反应主要是肝毒性、肾毒性及倦怠乏力等。
化合物ICI198583 3是6-6喹唑啉类似物，研究表明由于没有7-甲基的存在使其既具有TS 抑制活性又可以不作为FPGS 的底物；ZM214888 4是CB3717的2,7-二甲基-2'-氟苯甲酰模拟物，由于2'-F 的存在使其抑制活性增加2～3倍。
HN NO H 2NCOSN CH 3GLUOHHN NOH 2NN OCOOHCOOHHN15R X Y NH 2 H HCH 3 H HCH 3 CH 3FCB3717ICI198583ZM214888234化合物代号BW1843U89 5是3-甲基-苯并喹唑啉的类似物，由Glaxo Wellcome 公司开发，是一种强效TS 抑制剂，具有很好的生物利用度,目前正在进行临床实验。
2二氢叶酸还原酶(DHFR)抑制剂[9~13]如上所述药物学家针对MTX 和AMT 抗肿瘤活性高但具有耐药性的缺点而对其结构进行修饰、设计、合成并筛选得到了伊打曲沙6(EDX ，Edatrexate 乙基去氮氨喋呤)等喋呤类似物，与MTX 相比它们在细胞内可以进行更广泛的多谷氨酸化，对TS 亦有强力的抑制作用，在癌细胞内保留时间更长，因此抗肿瘤活性比MTX 更有效，不易产生耐药性，其毒副作用较小，主要是骨髓抑制和胃肠道反应。
PDX 7也是喋呤类似物，是EDX 的接续，由于具有较好的药理和治疗作用，目前正在进行临床实验。
化合物8和9由Gangjee 等合成，对白血病细胞株细胞L1210中的DHFR 也都具有较强的抑制作用。
N NNH 2H 2NNN CH 2CHC 2H 5CO GLU OHN NNH 2H 2NNN CH 2CHCO HC CCH 2GLU OH67N NNH 2H 2NY ZCO CH 3XRGLU OHN NOHHONCO SGLU OH89Gangjee 等[14]还合成了含呋喃环的经典DHFR 抑制剂10，生物学研究表明，9-位甲基取代的化合物10a 的抑制活性是9-位无取代基的10b 的两倍，而9-位乙基取代的化合物10c 的抑制活性又强于10a 。
H 2 b R=H c R=Et10 3甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰基转移酶(GARTF)抑制剂[15~18]由于偶然发现高叶酸及其还原衍生物是通过嘌呤从头生物合成的途径而不是按原来设想的那样通过抑制TS 而起作用，药物学家们开始对专一作用于嘌呤从头生物合成部位的叶酸拮抗剂可作为潜在的抗肿瘤药物产生极大的兴趣，设计、合成了许多GARTF 抑制剂。
其中有代表性的是洛美特森(DDATHF ，Lometrexate 中文别名洛美曲沙，二去氮四氢叶酸)11合成于1985年，是第一个应用于临床的GARTF 抑制剂，为四氢叶酸的同类物，其不同之处仅将5、10位两个N 代以C 。
其对二氢叶酸还原酶抑制作用不明显，而主要抑制甘氨酰胺核糖甲酰转移酶，从而抑制嘌呤的合成。
它的生化作用及对肿瘤细胞、鼠类移植性肿瘤的作用均与MTX 等抑制二氢叶酸还原酶(DHFR)不同，对MTX 、TMTX 及EDX 耐药者均有效。
DDATHF 可通过膜转运及谷氨酸化所产生的多谷氨酸转化物对甘氨酰胺核糖甲酰转移酶的结合力比LTX 强100倍，可用于恶性纤维组织细胞瘤、肺鳞癌、卵巢癌及鼻咽癌；不良反应主要是骨髓抑制和胃肠道反应，该药正在进行Ⅲ期临床研究；目前正在开发的GARFT 抑制剂还有Agouron 公司的AG2037及AG2034[19] 12和礼莱公司开发的LY309887[20] 13等，LY309887是二代叶酸拮抗剂，目前正在进行临床研究。
H 21112H 2 R=H e R=COCO 2Et R=CHO f R=COCH(OMe)2 R=COCH 3 g R=COCH 2Br R=COCOCH 3 h R=CH 2CONH 21314化合物是14[21]是一系列10-甲酸基叶酸衍生物的类似物，经哒嗪环改造的GARTF 抑制剂。
Boger 等[21]合成了具有时间依赖特性的GARTF 抑制剂化合物15，它们能够和GARTF 底物形成多底物加合物(MAI)，该加合物是一种有效的抑制剂。
经过对时间依赖效应的观察，Boger 等[22]还合成了多底物加合物抑制剂16，这是一种极其高效的GARTF 抑制剂。