127-07-1 / 羥基脲的作用機制

背景及概述^【1】

羥基脲作為一種非烷化抗腫瘤和抗病毒藥物，最初于1869年由Dressier和Stein合成，隨后被用于治療SCD及真性紅細胞增多癥(PV)、原發(fā)性血小板增多癥(ET)、慢性粒細胞白血病(CML)和原發(fā)性骨髓纖維化(PMF)等骨髓增殖性疾病。其對頭頸部鱗癌、復發(fā)性轉移性卵巢癌有一定療效，與放射治療同時應用可作為放射增敏劑，亦可抑制HIV病毒在人體復制。被世界衛(wèi)生組織列為“基本藥物”之一。羥基脲的臨床毒性主要衷現(xiàn)為骨髓抑制、皮膚毒性、輕度胃腸道毒性及肝腎功能異常。并足確認的遺傳毒物和動物致畸原，對人具有確切的致癌作用。

應用

羥基脲主要用于治療慢性粒細胞白血病(慢粒)、黑色素瘤、慢粒的加速期和急變期、真性紅細胞增多癥，另對頭頸部原發(fā)性鱗癌、復發(fā)性轉移性卵巢癌等亦有一定療效．近年來，發(fā)現(xiàn)它對鐮狀細胞性貧血，地中海貧血．銀屑病等有肯定療效。還有研究報道稱，HU與核酸同類物DDl(didanosine)聯(lián)合用藥，可治療艾滋病，資料顯示治療一年后無明顯反彈。

羥基脲作用機制^【1】

羥基脲主要通過抑制核糖核昔酸還原酶(RR)產(chǎn)生藥理作用。RR是生物體內(nèi)唯一能催化核糖核苷酸還原為相應脫氧核糖核苷酸(dNTP)的酶，HU通過選擇性滅活RR M2亞單位的酪氨酸自由基而抑制RR活性。RR的失活直接造成dNTPs生成減少，從而導致復制叉上的DNA聚合酶運動減慢并誘導增殖中的細胞DNA合成停止，細胞在S期死亡。

同時，由于DNA合成受阻而引起的dsDNA斷裂等DNA損傷也是HU產(chǎn)細胞毒性、抗腫瘤活性和致畸作用的重要原因 還有，Hu通過抑制DNA合成也會導致受損的DNA無法得劍修復，從而可以協(xié)同放療或其他烷化劑發(fā)揮抗腫瘤作用。

羥基脲可通過增加氨基端激酶(c·jun)mRNA的合成速率來調(diào)節(jié)其表達，從而誘導腫瘤細胞的分化。dNTPs的消耗亦促進r嘌呤、嘧啶抗代謝物的活性。羥基脲還能產(chǎn)生氧化應激，并在某些突變細胞中誘導胞質分裂停滯，此外，羥基脲還可能作用于某些金屬酶和基質蛋白酶4 羥基脲還可通過形成過氧化氫(H₂O₂)和硝基過氧化物而引起DNA堿基主要是T和C的損傷。見圖1

總之，羥基脲主要是通過抑制RR活性和阻礙DNA的合成與修復達到抗腫瘤的目的，因此，具有細胞高更新率的組織(例如造血組織、口腔、胃腸黏膜和皮膚)同樣容易受到羥基脲的抑制：這也是羥基脲在治療癌癥的同時產(chǎn)臨床副作用的主要分子機理。羥基脲主要通過抑制核糖核苷酸還原酶(RR)，造成dNTPs生成減少，導致細胞在S期死亡。羥基脲還可通過增加c-jun mRNA的合成速率，形成H₂O₂和硝基過氧化物，作用于某些金屬酶和基質蛋白酶等，通過多種途徑產(chǎn)生副作用。

羥基脲系統(tǒng)性和皮膚副作用的不良反應^【1】

羥基脲最常見的副作用是其對造血系統(tǒng)的可逆抑制作用，例如貧血、白細胞和血小板減少。幾乎所有服用羥基脲患者的紅細胞都會出現(xiàn)巨幼紅樣改變的全身性副作用大多是輕微的，包括疲勞、頭痛、惡心、嘔吐、腹瀉和發(fā)燒．罕見及嚴重的不良反應可能與長期用藥有關，包括全身性的，如嚴重的骨髓抑制；局限于皮膚、黏膜的，如口腔炎和腹瀉，甚至可能出現(xiàn)致命性胃腸潰瘍。

羥基脲長期治療可引起多種皮膚改變，Quattrone等將其分為9類：①皮膚萎縮、皮膚干燥和獲得性魚鱗?。虎诿娌亢椭思t斑；③掌跖角化；④脫發(fā)；⑤皮膚和黏膜色素沉著；⑥皮肌炎樣皮損；⑦甲營養(yǎng)不良和甲黑線；⑧日光性角化稀和鱗狀細胞癌；⑨皮膚和黏膜潰瘍。HU的皮膚不良反成還包括一種特征性皮疹，Daoud等將此描述為：具有毛細血管擴張、紅斑、結垢和苔蘚樣匠疹的皮膚斑丘疹，通常出現(xiàn)在指問關節(jié)和掌指關節(jié)背部，類似于皮肌炎但無肌肉受累、羥基脲還能增強紫外線輻射作用，誘導產(chǎn)生基底細胞癌和鱗狀細胞癌，抑制P₅₃的表達，特別是在17號染色體異常的情況下。

羥基脲衍生物設計^【2】

羥基脲的抗癌活性與其抑制核苷酸還原酶活性是成lF比的，它的作用機制是羥基脲中含有的-NHOH在體內(nèi)能形成NO，NO與RR酶的hRRM2亞單位作用．通過滅活hRRM2蛋白中的酪氨酸自由基而使RR酶活性丟失，而發(fā)揮其抑制癌細胞增殖作用。圖2l為羥基脲與RR酶作用的晶體結構圖(PDB編號為IJPR)。

藥物要達到生物體的受體部位與其結合，脂溶性的大小有很大關系，因為藥物要透過細胞膜才能與受體結合，脂溶性越小，越不易被吸收。但HU分子量小和極性大，脂膜穿透能力較弱，這也是造成羥基脲毒副作用大和生物利用度低的主要原因。為降低其毒副作用，有必要增大它的脂溶性，使其更好地與受體部位結合以提高生物利用度。因而我們以羥基脲為先導化合物，合成了二個系列羥基脲類衍生物，其一為芐氧基脲前藥系列(1)，其二為N-芐基-N-芐氧基脲前藥系列(2)。

用ChemDraw Ultra7．O軟件計算設計合成的羥基脲前藥衍生物的ClogP，結果見下表：(表2．1)

由表2．1可以看出，羥基脲衍生物的ClogP值明顯大于HU，所以設計合成的目標化合物的脂溶性相對于HU來說，有明顯的提高。因而有利于藥物透過細胞膜，可能會使藥物生物利用度提高和藥物毒副作用降低。羥基脲的前藥衍生物可在體內(nèi)的混合功能氧化酶(Mixed Function Oxidase，MFO)的作用下降解后釋放出活性成分，因而通過這一結構修飾，可望使羥基脲的半衰期延長。在生物體內(nèi)，芳環(huán)相連的碳原子(芐位碳)易被氧化為相應的醇羥基代謝物。而在體內(nèi)C-O鍵，C—N鍵?？梢园l(fā)生氧化脫烷基作用，由混合功能氧化酶催化完成，像非那西丁和普萘洛爾等，所以化合物HX-1～HY-12在生物體內(nèi)，可能會產(chǎn)生脫芐基的反應。過程如下：

從細胞色素P450循環(huán)中可以看出，衍生物HX-1～HY-12經(jīng)代謝后，就可能會還原成羥基脲，HU的藥效基團(-(C=X)NHOH；X=O，NH)將會暴露出來，發(fā)揮它的抗腫瘤活性。用Chem3D Ultra 7．0軟件對設計合成的HX-l～HX-6的基本結構進行三維結構分析，結構如下： (圖2．3)

用Chcra3D Ultra 7．0軟件對設計合成的HY-7～HY-12的基本結構進行三維結構分析，結構如下：(圖2 4)

由圖像結構處理，可以看出，芐基接上后，并沒有改變羥基脲的三維結構，所以衍生物吸收后，被細胞色素P₄₅₀代謝后，羥基脲就能以完整結構發(fā)揮作用，不會改變它的抗腫瘤活性。目標化合物是在羥基脲的基礎上，增加了芳香基或取代芳香基，使化合物的分子量和脂溶性都增加了，空間結構也發(fā)生了改變，這些變化可能使化合物的吸收增加，同時，在體內(nèi)具有相應的酶代謝，使羥基脲的活性基團暴露出來，發(fā)揮它的抗腫瘤活性。這可能會使目標化合物的生物利用度有所提高，活性增強，毒副作用降低。

主要參考文獻

[1]趙倩楠,劉若璇,張舒曼,周粵閩,呂玉泉,ZHAO Qiannan, LIU Ruoxuan, ZHANG Shuman, ZHOU Yuemin, LYU Yuquan- 《河南大學學報（醫(yī)學版）》2018年1期

[2]陸小三2007- 南昌大學;南昌大學醫(yī)學院:藥物化學