摘 要

乳腺癌被认为是最普遍的癌症，2018年美国新发病例估计为266, 120例，死亡估计为40, 920例，在全世界妇女中的相关数据仅次于肺癌，位居第二。乳腺癌的激素反应性是预防和治疗这种恶性肿瘤的重要机会。雌激素和黄体酮，无论是内源性的还是外源性的，都在乳腺癌发生过程中发挥作用。雌激素在女性和男性生殖组织和非生殖组织的发育和维持中发挥着重要作用。虽然雌激素是必需的，但是雌激素的促增殖作用可能是病理性的，并且会导致乳腺癌和子宫癌。雌激素的多重作用由两种雌激素受体（雌激素受体alpha;和雌激素受体beta;）介导，这两种受体虽然相似，但是是不同的基因产物，具有不重叠甚至相反的功能。它们可以促进一组环境中的癌症发展，但有助于预防另一组环境中的癌症发展。长期以来，本课题组一直致力于抗乳腺癌药物的研发,在SERMs方面做了大量探索工作，我们成功合成出氧桥双环庚烯类选择性雌激素受体调节剂OBHS，该化合物为选择性雌激素受体拮抗剂。基于碳硼烷的三维芳香性，良好的疏水性及与生物靶点相互作用，通过设计合成碳硼烷的衍生物有望获得具有良好选择性雌激素受体调节剂( Selective Estrogen Receptor Modulators, SERMs )活性的化合物。

基于以上研究，我们创新性地将碳硼烷引入本课题组已经报导的氧桥双环庚烯类选择性雌激素受体调节剂OBHS中，设计、合成新型的含碳硼烷选择性雌激素受体调节剂，期望得到具有抑制肿瘤细胞增殖的新型抗乳腺癌化合物。

研究结果表明：依据合理设计的方案路线可将碳硼烷及相关基团引入OBHS的不同部位，合成新型抗乳腺癌化合物。

本文的特色：将具有三维芳香性，良好的疏水性及与生物靶点相互作用的碳硼烷通过不同的方案引进本课题组长期研究的选择性雌激素受体拮抗剂OBHS中，得到预期能够增强其抗乳腺癌作用的药物。

关键词：乳腺癌；雌激素；受体；碳硼烷；选择性雌激素受体调节剂

Abstract

Breast cancer is considered the most common cancer, with an estimated 266, 120 new cases and 40, 920 deaths in the United States in 2018, second only to lung cancer among women worldwide. Hormonal reactivity in breast cancer is an important opportunity to prevent and treat this malignancy. Estrogen and progestin, both endogenous and exogenous, play a role in the development of breast cancer. Estrogen plays an important role in the development and maintenance of female and male reproductive and non-reproductive tissues. Although estrogen is essential, its proliferative effects may be pathological and can lead to breast and uterine cancers. The multiple effects of estrogen are mediated by two estrogen receptors( ERalpha; and ERbeta; ), which are similar but different gene products with nonoverlapping or even opposite functions. They can promote cancer development in one set of environments, but help prevent it in another. For a long time, our research group has been committed to the research and development of anti-breast cancer drugs, and a lot of exploration work has been done in SERMs. We have successfully synthesized OBHS, a selective estrogen receptor modulator of oxbridge dicycloheptene, which is a selective estrogen receptor antagonist. Based on the three dimensional aromaticity, excellent hydrophobicity and interaction with biological targets, it is expected to obtain compounds with excellent Selective Estrogen Receptor Modulators( SERMs )activity by designing and synthesizing derivatives of carborane.

Based on the above studies, we have innovatively introduced carborane into OBHS, a new type of selective estrogen receptor modulator containing carborane, which has been reported by our research group, and designed and synthesized a new type of selective estrogen receptor modulator containing carborane, expecting to obtain a new anti-breast cancer compound with inhibitory effect on tumor cell proliferation.

The results show that the new anti-breast cancer compounds can be synthesized by introducing carborane and related groups into different parts of OBHS according to the reasonably designed scheme.

The characteristics of this paper are: introducing carboranes with three-dimensional aromatics, good hydrophobicity and interaction with biological targets into OBHS, a selective estrogen receptor antagonist studied by our research group for a long time, through different schemes, to obtain drugs expected to enhance its anti-breast cancer effect.

Key Words：Breast cancer; Estrogen; Receptor; Carborane; Selective Estrogen Receptor Modulators

目 录

第1章 绪论 1

1.1乳腺癌 1

1.2雌激素、雌激素受体 2

1.2.1 选择性雌激素受体调节剂及其发展现状 3

1.3碳硼烷在药学领域的应用 4

1.4氧桥双环庚烯类选择性雌激素受体调节剂( OBHS ) 7

第2章 结果与讨论 11

2.1 化学合成 11

2.1.1 3-羟苯基-4-溴基呋喃6的合成 11

2.1.2 3-羟苯基-4-( m-碳硼烷基 )苯基呋喃化合物8的合成 11

2.1.3 乙烯磺酸酯亲二烯体的合成 12

2.1.4 目标化合物OBHS-Carborane缀合物的合成 13

2.2 生物活性测试 13

第3章 实验部分 15

3.1 仪器和试剂 15

3.2 化合物合成方法 15

3.2.1 3-羟苯基-4-溴基呋喃6的合成方法 15

3.2.1.1 beta;-羰基酯2的合成方法 15

3.2.1.2 丁烯内酯化合物3的合成方法 15

3.2.1.3 溴代丁烯内酯化合物4的合成方法 16

3.2.1.4丁烯内酯化合物5的合成方法 16

3.2.1.5 3-羟苯基-4-溴基呋喃6的合成方法 16

3.2.2 3-羟苯基-4-( m-碳硼烷基 )苯基呋喃化合物8的合成方法 17

3.2.2.1 对碘苯硼频那醇酯的合成方法 17

3.2.2.2含碳硼烷的频哪醇酯化合物7的合成方法 17

3.2.2.3 3-羟苯基-4-( m-碳硼烷基 )苯基呋喃化合物8的合成方法 17

3.2.3 乙烯磺酸酯亲二烯体的合成方法 18

3.2.3.1 乙烯磺酸酯亲二烯体11a的合成方法 18

3.2.3.2 对溴乙烯磺酸酯亲二烯体11b的合成方法 18

3.2.3.3对甲氧基乙烯磺酸酯亲二烯体11c的合成方法 19

3.2.4目标化合物OBHS-Carborane缀合物的合成方法 19

3.2.4.1 目标化合物OBHS-Carborane缀合物12a的合成方法 19

3.2.4.2 目标化合物OBHS-Carborane缀合物12b的合成方法 20

3.2.4.3 目标化合物OBHS-Carborane缀合物12c的合成方法 20

3.3 生物活性测试 21

3.3.1 ER受体亲和力的测定 21

3.3.2 抗肿瘤活性测定 21

第4章 全文总结 23

参考文献 24

附 录（化合物结构表征） 28

致 谢 31

第1章 绪论

1.1乳腺癌

癌症预计将成为21世纪世界各国死亡的主要原因，也是延长预期寿命的唯一最重要障碍。肺癌是最常见的癌症（占全部病例的11.6%），也是癌症死亡的主要原因（占全部癌症死亡的18.4%），紧随其后的是女性乳腺癌（11.6%）。在世界范围内,2018年有大约210万名新诊断的女性乳腺癌病例,约占1/4的女性癌症病例 （图1.1）^[1]。乳腺癌被认为是具有遗传和表观遗传因素改变的异质性疾病，具有不同的亚型和阶段^[2]。像其他类型的癌症一样，乳腺癌的治疗首先是外科手术和放射治疗，即使在今天，它们也是治疗不可分割的一部分，并且主要用于局部疾病^[3]。由于无法控制转移癌，转移癌甚至可以到达遥远的器官，并且它是造成90%以上癌症相关死亡的原因，导致了化疗、激素治疗和靶向治疗的出现^[4]。美国食品和药物管理局已经批准了超过25种治疗乳腺癌的药物，其中大部分属于细胞毒性化疗，激素类治疗位于第二位，第三位仅属于4种专门针对肿瘤和微环境的药物^[5]。

图1.1 饼图显示了2018年女性10种最常见癌症的病例和死亡分布。饼图的面积反映了病例或死亡总数的比例；非黑色素瘤皮肤癌属于“其他”类别。

1.2雌激素、雌激素受体

雌激素是一组类固醇激素，在多种生理系统中表现出不同的作用机制，也与许多疾病的发展或进展有关，例如乳腺癌、卵巢癌、结肠直肠癌、前列腺癌和子宫内膜癌，以及骨质疏松症、神经退行性疾病和心血管疾病^[6]。雌酮( estrone,E₁ )、雌二醇( estradiol,E₂ )以及雌三醇( estriol,E₃ )都是天然的内源性雌激素（图1.2）。在人体内，雌二醇( estradiol,E₂ )的活性是最高的^[7]，而且雌酮和雌三醇大多为雌二醇在机体内的代谢产物。与雌二醇相比较，这两种雌激素具有较弱的受体激动活性，但有研究表明他们可能具有特异的组织选择性^[8]。

雌激素受体( ERs )是核受体家族的成员，已经成为治疗包括骨质疏松症和乳腺癌在内的多种疾病的有吸引力的药物靶点。现在已知两种受体亚型，alpha;和beta;，它们有不同的组织分布模式。例如，ERalpha;主要存在于乳房和子宫等生殖组织中，而ERbeta;是卵巢和大脑某些区域的主要亚型。由于ERalpha;作为药物靶点的重要性以及ERbeta;的潜在重要性，目前正在研究对ER亚型中的一种或另一种选择性起激动剂或拮抗剂作用的分子的治疗潜力。传统上，雌激素的作用，特别是17beta;-雌二醇( E₂ )，与作为配体激活转录因子的两种核雌激素受体 ERalpha;和ERbeta;有关。最近跨膜雌激素受体，如G蛋白偶联雌激素受体与快速信号传导和转录调节都有关系^[9]。虽然雌激素受体已被证明是乳腺癌的重要靶点^[10]，因为这些受体经常在不同组织中共表达，但每种受体在正常生理和人类疾病中的确切功能和潜在作用仍在研究中^[6]。

图1.2 一些天然的内源性雌激素

1.2.1 选择性雌激素受体调节剂及其发展现状

选择性雌激素受体调节剂( Selective Estrogen Receptor Modulators, SERMs )是一类具有结构多样性的配体化合物，基于该类物质的药物研究在临床治疗上的作用尤为重要。SERMs是一种结合ERs的分子，根据靶组织的不同，它具有雌激素激动剂和拮抗剂的混合作用。一个理想的SERM对绝经后妇女的骨骼将有雌激素激动剂的作用，缓解绝经后血管收缩症状和阴道萎缩的症状，同时对子宫内膜和乳房有中性或拮抗活性。SERMs的潜在未来前景包括与雌激素联合使用，以及用于男性的各种适应症^[11]。根据化学结构的不同，SERMs可以被分为四大类：三苯乙烯类、苯并噻吩类、苯并吡喃类和其他化合物，如雌二醇衍生物、吡啶类、萘类、蒽醌类等衍生物^[12]。

人们首先开发了他莫西芬（图1.3），其为三苯乙烯类SERMs的代表药物，是第一代SERMs，主要用于治疗乳腺癌和骨质疏松^[13]。然后开发了具有激动剂/拮抗剂行为的第二代化合物，其中，雷洛昔芬是第一个被批准用于治疗和预防骨质疏松症的选择性雌激素受体调节剂SERM(图1.3)^[14]。为获得活性较好的化合物所作的努力带来了第三代SERMs，其特点是增强了效力，并且没有对乳房和心血管系统等产生不利影响。在药物化学中，苯并吡喃/铬曼支架存在于多种生物活性分子中^[15]。天然产生的染料木素、大豆苷元和香豆雌酚对ERbeta;表现出中等的选择性，并具有一个共同的苯并吡喃基序。苯并二氢吡喃支架的进一步开发还提供了一些非亚型选择性强的苯并吡喃 I^[16], II^[17],和III^[18]作为具有商业价值的SERMs( 图1.3 )。但是，这些SERMs的安全性问题也不容忽视，例如，他莫西芬可能导致子宫内膜癌发病率显著增加3.3倍，肺栓塞发病率显著增加2.2倍；卒中和静脉血栓栓塞( VTE )的发生率约高40%，但仅在卒中中显著^[19]。其他的SERMs也存在类似的安全性问题，由于某些用于乳腺癌或骨质疏松症治疗的SERMs不如目前的治疗方法，或子宫内膜或泌尿生殖道的不良事件而停止开发。因此，设计合成新型SERMs，在发挥其治疗作用的同时减少副作用和不良反应，显得尤其重要。

图1.3 一些重要SERMs的结构

1.3碳硼烷在药学领域的应用

硼酸形式的硼，自18世纪从硼砂中提取以来，在医学上起到了温和防腐剂和洗眼剂的作用。然而，在药物设计中使用硼只是最近的现象^[20]，随着制药工业和越来越多的药物化学研究人员现在在许多种类的药物分子中用硼代替碳，硼化学领域的重大进步和元素的大量安全数据克服了安全性和合成问题^[21]。在药物设计领域，硼部分可用于靶向似乎不受不含硼的有机分子影响的生物受体，这种性质可用于细菌耐药性等领域。硼最近对制药工业的吸引力还在于其分子设计的潜力，这些分子在结构上不如碳分子复杂，这可以降低药物研究和制造中的成本因素。最近，一些有效的含硼药物已经商业化或进入人体临床试验。Velcade（硼替佐米）是第一种经临床试验和商业批准的含硼酸药物，用于治疗新诊断的多发性骨髓瘤。2010年底，Anacor制药公司开始了含硼药物AN2690的两个相同的第三阶段临床试验中的第一个，该药物用于治疗甲真菌病（指甲和甲床的真菌感染），而其他几种含硼药物目前也处于高级临床开发阶段^[21],[22]。迄今已被纳入治疗学的含硼官能团包括二氮杂萘^[21],[23]、硼酸和酯^[24],[25]、和苯并噁唑^[21],[26]。

与碳氢化合物相比，硼烷避免形成链结构，并且明显更倾向于形成多面体团簇（以克服电子缺陷），具有特殊的球状结构。大多数硼烷在水环境中是不稳定的，因此不适用于药物化学。相比之下，碳硼烷具有显著的生物稳定性和两个碳原子作为各种有机修饰的出发点。多面体硼烷以其非凡的分子结构而闻名，包括closo-、nido-、arachno-和hypho-结构^[27]。其中，dicarba-closo-dodecaboranes( C₂B₁₀H₁₂ )是刚性簇，具有轻微扭曲的二十面体形状，源自B₁₂H₁₂^2-二阴离子。十个BH和两个CH顶点以邻位、间位或对位的方式组织，产生三种不同的异构体（图1.4）^[28]。