烷化剂

烷化剂中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院前言一、药物治疗肿瘤的历史药物治疗肿瘤已有几千年历史。埃及纸莎草时代（EberPepyrusB.C1500年）：砷化物油膏治疗有溃疡的肿瘤希波克拉底时代（B.C400年）：已较确切地认识肿瘤，主要用腐蚀剂治疗体表肿瘤中国古代：用清热解毒、软坚散结、活血化瘀、扶正固本四大手段治疗肿瘤1865年Lissauer应用Fowler氏液治疗肿瘤是近代化学疗法的最早尝试二、烷化剂与现代化疗的起源氮芥的研究始于硫芥，1859年Guthrie合成硫芥（芥子气，代号H）1917年第一次世界大战，德国将H用为战争毒气1929年Berenblum第一次发现芥子气可抑制煤焦油诱发的小鼠肿瘤的生长1931年Adair及Bagg试用于乳腺癌患者，但因毒性大而放弃Ward合成一系列含氮之硫芥类似物——氮芥HN1：C2H5-NHN2：CH3-NCH2CH2ClCH2CH2ClCH2CH2ClCH2CH2ClHN3:NCH2CH2ClCH2CH2ClCH2CH2Cl二次大战一次沉船事故：氮芥使船员白细胞下降药理研究显示HN3对造血系统有抑制作用1942年起，美国Gilman、Goodman、Philips和Rhoads，英国的Wikinson等系统地研究了氮芥类化合物的药理，并试用于肿瘤病人。1946年发表文献，Gilman、Philips和Rhoads分别报告HN2对人淋巴肉瘤和白血病的疗效后，这类抗肿瘤药物受到重视，开始了肿瘤化疗的现代进程。总论定义常用烷化剂一、作用方式二、细胞周期作用三、细胞摄取四、致癌性五、抗药性定义能向其他化学分子引进烷基的化合物称烷化剂。烷化剂是第一个用于治疗肿瘤的化疗药物。自1942年氮芥用于临床治疗淋巴瘤以来，烷化剂的基础研究和临床应用得到迅速发展，成为肿瘤化学治疗药物中重要的一类药物。常用烷化剂氮芥类：氮芥、苯丁酸氮芥、苯丙氨酸氮芥、环磷酰胺、甲酰溶肉瘤素、异环磷酰胺、甘磷酰芥、磷雌氮芥、泼泥氮芥。乙烯亚胺类：噻替哌、癌宁。甲烷磺酸酯类：马利兰、苏消安。亚硝脲类：卡氮芥、环己亚硝脲、甲环亚硝脲、链脲霉素、氯脲霉素、福提氮芥、雷诺氮芥、牛磺莫司汀、嘧啶亚硝脲。环氧化物：二去氢卫矛醇、二溴甘露醇。非典型烷化剂：不含烷化基团，但在体内代谢转化生成的代谢产物具有烷化作用，常用的有氮烯咪胺、替唑莫胺、甲基苄肼、六甲密胺等。氮芥类ClCH2CH2ClCH2CH2N-CH3氮芥ClCH2CH2ClCH2CH2N--CH2CH2CH2COOH苯丁酸氮芥ClCH2CH2ClCH2CH2N--CH2CHCOOH氮甲HNCHOClCH2CH2ClCH2CH2N-C-O-OO-POHOOH磷雌氮芥ClCH2CH2ClCH2CH2N--CH2-CH-COOH苯丙氨酸氮芥ClCH2CH2ClCH2CH2N-PNOOH环磷酰胺ClCH2CH2-N-PClCH2CH2-NO异环磷酰胺NH2亚硝脲类ClCH2CH2N-C-NHCH2CH2ClONO卡氮芥HOOHOCH2OHOHNH-CO-N-CH3NO链脲霉素HOCH2OHONH-CO-N-CH2CH2ClNO氯脲霉素ClCH2CH2-N-C-NHN=OO环己亚硝脲ClCH2CH2-N-C-NH--CH3N=OO甲环亚硝脲ClCH2CH2-N-C-NHCH2-NOONNNH2CH3嘧啶亚硝脲OHCH2-NH-C-N-CH2CH2ClONOOHOOHOHOCH3雷诺氮芥CH3CH2OCH3CH2OP-CH-NH-C-N-CH2CH2ClOCH3ONO福提氮芥CH3CH3N-S-CH2CH2-NH-C-N-CH2CH2ClOOONO牛磺莫司汀乙烯亚胺类甲烷磺酸酯类N-P-NNS噻替派NNN癌宁CH3-S-O-(CH2)4-O-S-CH3CH3-S-O-CH2-C-C-CH2-O-S-CH3OOOO马利兰OONOHHOHOO苏消安环氧化物H2CHCHO-C-HHO-C-HHCH2COO二去氢卫矛醇H2-C-BrH-C-OHH-C-OHHO-C-HHO-C-HH2-C-Br二溴甘露醇非典型烷化剂N—CN—CHCHNH2CN=N—NOCH3CH3氮烯咪胺NNNCH3CH3CH3CH3NNNCH3CH3六甲嘧胺CH2NHNHCH2——CNHCHOCH3CH3甲基苄肼一作用方式烷化剂的烷基可以转变成缺乏电子的活泼中间产物，这些产物和生物大分子中含有丰富电子的基团(如氨基、羟基、巯基等）共价结合，这一反应称烷化反应。烷化反应经历两个步骤：SN１反应和SN２反应SN１反应和SN２反应ＳＮ１反应（一级反应）是开始迅速发生的反应，生成高度反应性中间物（如乙撑亚胺离子）。继之以ＳＮ２（二级反应），速度较慢和亲核基团结合生成烷化产物。ＳＮ１反应速度取决于烷化剂浓度，与底物浓度无关。ＳＮ２反应速度与烷化剂和亲核基团浓度有关，以ＨＮ２为例，烷化反应的两个步骤为：快慢烷化剂含有１个或２个烷基，分别称为单功能或双功能烷化剂。所含烷基可以使DNA/RNA和蛋白质的亲核基团烷化，故烷化剂的细胞毒作用是多种生物效应的结果，但主要作用部位是抑制ＤＮＡ合成。在一定条件下，DNA碱基的所有Ｎ和Ｏ原子都可以被不同程度的烷化，而鸟嘌呤（Ｇ）第７位Ｎ原子（Ｎ７）是最易烷化的部位。Ｇ－Ｎ７被烷化，可以和胸腺嘧啶（Ｔ）错误配对或者发生断裂。当另一条DNA链上的Ｇ－Ｎ7被第二个烷基烷化，产生DNA链间交联。也可以产生链内交联和DNA-蛋白质交联。Ｇ－Ｎ７被烷化后可产生以下结果：１、Ｇ发生改变，导致和Ｔ错误配对；２、Ｇ的咪唑环打开，破坏了Ｇ的结构；３、Ｇ－Ｇ之间联结导致ＤＮＡ双链交联，使ＤＮＡ不能复制；４、ＤＮＡ分子解嘌呤，使ＤＮＡ链断裂．双功能烷化剂的细胞毒作用比单功能烷化剂大100倍．下面以ＨＮ２为例，说明双功能烷化剂使Ｇ烷化的机制。在中性或碱性ＰＨ，ＨＮ２分子的一个氯乙基环化，释出Ｃl－，生成乙撑亚胺离子，在一定条件下后者可生成正碳离子，此离子也可使生物分子亲核基团烷化。Ｇ-Ｎ７烷化后，另一链上的Ｇ-Ｎ７以同样方式被烷化，产生ＤＮＡ链间交联。氮芥使DNA鸟嘌呤N7部位烷化机制H3C-NCH2CH2ClCH2CH2ClCl碱性或中性PHH3C-N-CH2CH2-CH2-Cl-ClCH2乙撑亚胺离子H3C-N-CH2CH2CH2-CH2-Cl-正碳离子H2NNNNOHNCHRDNA鸟嘌呤CH2CH2-N-CH2CH2ClCH3H2NNNNOHNCHR鸟嘌呤N7部位烷化[乙撑亚胺离子][正碳离子]CH2-CH2NCH2-CH2CH3H2NNNNOHNCHRNNNH2HCNNOHR与另一鸟嘌呤N7部位烷化二细胞周期作用烷化剂是细胞周期非特异性药物，Ｇ０期细胞也敏感。但多核苷酸对烷化剂最敏感，因而在Ｇ１晚期和Ｓ期的细胞多核苷酸的烷化比其他周期更有效。ＤＮＡ的烷化在细胞周期任何阶段都可发生，但只有当进入Ｓ期细胞毒性才表现出来，这种毒性阻止细胞进入Ｇ２期。三细胞摄取烷化剂被细胞摄取是发挥细胞毒作用的一个重要因素。HN２和PAM进入细胞是主动转运。BCNU和CCNU等亚硝脲类进入细胞是被动扩散，当细胞内浓度超过细胞外浓度，不再在细胞内积聚。这类药物的独特细胞毒作用和延缓骨髓毒性与这种细胞摄取方式有关。代谢转化烷化剂的代谢转化以典型的ＣＴＸ为例CTX经肝微粒体混合功能氧化酶活化才有烷化活力，代谢第一步是氧化生成４-OH-CTX，它自发开环生成醛磷酰胺，并且二者维持动态平衡，经酶分别氧化为４-Keto-CTX和羧基磷酰胺。此二者无细胞毒作用，是从尿中排泄的失活产物，约占CTX用量的８０％。未经氧化的醛磷酰胺可自发生成丙烯醛和磷酰胺氮芥（PM），PM是CTX的活性代物，具有烷化活性和细胞毒作用。４-OH-CTX和醛磷酰胺不具烷化活性，但对细胞有毒性，它们是一种转运型，使高度极性的ＰＭ转运到细胞内，血循环中的PM在抗癌作用中起重要作用。环磷酰胺代谢ClCH2CH2ClCH2CH2N-PNOOH微粒体氧化ClCH2CH2ClCH2CH2N-PNOOHOHClCH2CH2ClCH2CH2N-PNOOOH酶氧化4-羟基环磷酰胺4-酮环磷酰胺ClCH2CH2ClCH2CH2N-PN-HO-C=OOHH酶氧化ClCH2CH2ClCH2CH2N-PN-HO-COOHOH醛磷酰胺羧基磷酰胺ClCH2CH2ClCH2CH2N-P-N-HOOHH磷酰胺氮芥+C=OH丙烯醛BCNU分解产生具有烷化作用的氯乙基重氮氢氧化物，BCNU还可被肝微粒体酶作用而去硝基。带瘤动物注射苯巴比妥减低BCNU和CCNU对肿瘤的疗效。大鼠注射苯巴比妥后BCNU在血浆的清除率增加，血浆内药物浓度降低。DTIC经代谢转化后产生具有烷化活力的产物。在肝微粒体混合功能氧化酶作用下，转变为１-甲基-３-氨基-咪唑-４-羧酰胺，经自发的互变异构，释出甲基重氮离子CH3=N+，使核酸甲基化，有些癌细胞也可使DTIC活化。DTIC另一特点是在光照下分解，生成５-重氮-咪唑-４-羧酰胺，环化后生成重氮次黄嘌呤。此二产物对细胞有中等细胞毒作用。PCB也要经过代谢活化才发挥抗癌作用。经细胞色素P-450代谢生成氧化偶氮化合物，再经肝微粒体代谢生成烷化中间产物。动物注射PCB，抑制癌细胞DNA和蛋白质合成，抑制H3-TdR参入DNA链。抑制蛋白质合成比抑制DNA合成晚，可能是继发反应。四、致癌性Yamada在1963年第一次报道了烷化剂引起人体发生肿瘤。下表列举几种常用烷化剂引起人体肿瘤的剂量和诱导期。烷化剂致癌的平均总剂量和平均诱导期药物平均总剂量(mg)平均诱导期(月)CTXPAMCLBHN2BUSThio-TEPAMe-CCNU53565144222534264315044552475544625040五抗药性（耐药性）和其它抗癌药物相比，烷化剂产生抗药比较困难，所需时间较长，且抗药程度较低。一般来说，它们的最大抗药程度可达20多倍，而其他抗癌药物（如MTX）抗癌性可增加几个数量级。此外，烷化剂之间交差耐药较少发生,程度也较轻，和非烷化剂之间也较少发生交叉耐药。烷化剂的耐药(抗药)机制药物耐药机制HN21.转运减低2.GSH-转移酶活力增高3.DNA修复能力增高PAM1.转运减低2.GSH增多亚硝脲类1.DNA修复能力增加2.GSH-转移酶活力增高烷化剂的交叉耐药性药物L1210L1210/CTXL1210/PAML1210/BCNUL1210/PDDCTX70-1575PAM64075BCNU5550-13PDD55550-1L1210细胞是对各药敏感细胞，L1210/CTX、L1210/PDD等是分别对各药耐药细胞。表内数字是在LD10药物剂量下对体内敏感和耐药的L1210细胞的对数杀伤效力。各论一、氮芥类二、乙烯亚胺类三、甲烷磺酸酯类四、亚硝脲类五、环氧化物六、非典型烷化剂一、氮芥类1、氮芥别名盐酸氮芥，双氯乙基甲胺，恩比兴英文名Nitrogenmustard，Mustine，HN2分子式C5H11Cl2N实验研究于1935年合成，1942年用于临床，作用机制主要抑制DNA合成（前已详述）。对RNA和蛋白质也有抑制作用。药代动力学静脉注射后30秒钟，90%从血中消失，迅速与水或细胞的某些成分结合，给药6小时或24小时血中及组织中含量很低，且无明显差别，20%以CO2形式从呼吸道排出（6小时内），由于药物变化快，原形药自尿中排出少于0.01%。适应症：⑴霍奇淋巴瘤（HL）：有效率63%。⑵NHL：有效率60%。⑶癌性胸、腹腔及心包积液。⑷恶性肿瘤（淋巴瘤及SCLC）所致上腔静脉压迫综合症。⑸外用治疗蕈样霉菌病，皮肤T细胞淋巴瘤、银屑病。用法：6mg/m2加N.S10ml由静脉最好由皮管快速冲入。体腔内注射时用N.S20-40ml稀释后在抽液后即时注入。外用5mg加N.S50ml稀释。不良反应：⑴消化道反应。⑵骨髓抑制(9-14日最低，16-20日恢复)。⑶脱发、