К алкалоидам безвременника великолепного (Colchicum Speciosum Stev.) семейства лилейных (Liliaceae) относятся демекольцин (колхамин) и близкий к нему по строению колхицин, содержащиеся в клубнелуковицах растения. тиазольный производный противоопухолевый препарат

В средние века настой семян и клубней безвременника применяли в качестве средства от подагры, ревматизма, невралгии. В настоящее время демекольцин и колхицин применяются ограниченно.

Оба алкалоида обладают антимитотической активностью. Механизм действия колхицина обусловлен, в первую очередь, тем, что, связываясь с тубулином, он приводит к дезагрегации митотического аппарата и вызывает т.н. К-митоз (колхициновый митоз) -- клеточное деление нарушается на стадии метафазы и последующей анафазы, при этом хромосомы не могут разойтись к полюсам клетки, в результате образуются полиплоидные клетки. Колхицин широко используется в экспериментальных исследованиях в качестве мутагена, а также для получения полиплоидных форм растений.

Демекольцин, являющийся в 7-8 раз менее токсичным, чем колхицин, применяют в основном в качестве наружного средства (в виде мази) при опухолях кожи (ингибирует рост опухолевой ткани, при непосредственном контакте вызывает гибель опухолевых клеток). Колхицин используют для купирования и предупреждения приступов подагры. Колхицин, наряду с антимитотической активностью, обладает способностью препятствовать образованию амилоидных фибрилл и блокировать амилоидоз, оказывает урикозурическое действие, препятствует развитию воспалительного процесса (тормозит митотическое деление гранулоцитов и других подвижных клеток, уменьшает их миграцию к очагу воспаления). Назначают колхицин при подагре, главным образом при неэффективности НПВС или противопоказаниях к ним.

К средствам, антимитотическая активность которых преимущественно обусловлена действием на микротрубочки клеток, относят, кроме винкаалкалоидов и алкалоидов безвременника великолепного, новую группу алкалоидов -- таксаны.

Таксаны -- химиотерапевтические средства, получившие широкое распространение в клинической практике в 90-е гг.

Паклитаксел -- первое таксановое производное с противоопухолевой активностью, был выделен в 1967 г. из коры тиса тихоокеанского (Taxus brevifolia), в 1971 г. была расшифрована его химическая структура (является дитерпеноидным таксаном). В настоящее время паклитаксел получают также полусинтетическим и синтетическим путем.

Доцетаксел, близкий к паклитакселу по структуре и механизму действия, получают путем химического синтеза из природного сырья -- игл тиса европейского (Taxus baccata).

Таксаны относятся к классу препаратов, действующих на микротрубочки. В отличие от винкаалкалоидов, тормозящих образование митозного веретена, таксаны, связываясь со свободным тубулином, повышают скорость и степень его полимеризации, стимулируют сборку микротрубочек, стабилизируют сформировавшиеся микротрубочки, препятствуют деполимеризации тубулина и распаду микротрубочек. Таксаны нарушают функционирование клетки при митозе (М-фаза) и в интерфазе.

Образование чрезмерного количества микротрубочек и их стабилизация приводят к ингибированию динамической реорганизации сети микротрубочек, что в конечном итоге ведет к нарушению процесса формирования митотического веретена и ингибированию клеточного цикла в G2 и М-фазах. Изменение функционирования клетки в интерфазе, в т.ч. нарушение внутриклеточного транспорта, передачи трансмембранных сигналов и пр., также является следствием нарушения микротубулярной сети.

Паклитаксел и доцетаксел имеют сходный механизм действия. Однако различия в химической структуре определяют некоторые нюансы в механизме действия этих веществ, обнаруженные в эксперименте. Например, доцетаксел обладает более выраженным эффектом в отношении активирования полимеризации тубулина и торможения его деполимеризации (примерно в два раза). При действии на клетку паклитаксела характерны некоторые изменения в строении микротрубочек, не обнаруженные при действии доцетаксела. Так, в экспериментальных исследованиях показано, что образовавшиеся в присутствии паклитаксела микротрубочки содержат только 12 протофиламентов (вместо 13 в норме) и имеют диаметр 22 нМ (в отличие от 24 в норме).

Кроме того, паклитаксел индуцирует аномальное расположение микротрубочек в виде пучков на протяжении всего клеточного цикла и образование множественных звездчатых сгущений (астеров) во время митоза.

Механизмы действия разных препаратов, влияющих на микротрубочки, остаются до конца не понятыми, несмотря на большое количество накопленной информации. Установлено, что участки связывания с тубулином различны для природных винкаалкалоидов, винорелбина, колхицина, таксанов. Так, в экспериментальных исследованиях паклитаксела показано, что он, преимущественно, связывается с в-субъединицей тубулина, при этом его способность связываться с микротрубочками выше, чем у димеров тубулина.

Таксаны эффективны при раке молочной железы, яичников, немелкоклеточном раке легких, опухолях головы и шеи и др.

Подофиллотоксины. К противоопухолевым средствам растительного происхождения относят подофиллин -- смесь природных веществ, выделяемая из корневищ с корнями подофилла щитовидного (Podophyllum peltatum L.) семейства барбарисовых (Berberidaceae). Подофиллин содержит не менее 40% подофиллотоксина, альфа- и в-пельтатины. Экстракт из корневищ подофилла издавна применялся в народной медицине как слабительное средств при хронических запорах, в качестве рвотного и противоглистного средства. В дальнейшем была обнаружена его цитостатическая активность, проявляющаяся блокадой митоза на стадии метафазы (по действию напоминает колхицин). Подофиллотоксин применяют местно при лечении папиллом и других новообразований кожи.

В клинической практике широко используются полусинтетические производные подофиллотоксина -- эпиподофиллотоксины (этопозид и тенипозид), по механизму действия относящиеся к ингибиторам топоизомераз.

Топоизомеразы -- ферменты, непосредственно участвующие в процессе репликации ДНК. Эти ферменты меняют топологическое состояние ДНК: осуществляя кратковременные разрывы и воссоединения участков ДНК, они способствуют быстрому раскручиванию и скручиванию ДНК в процессе репликации. При этом целостность цепей сохраняется.

Ингибиторы топоизомераз, связываясь с комплексом топоизомераза-ДНК, воздействуют на пространственную (топологическую) структуру фермента, снижают его активность и тем самым нарушают процесс репликации ДНК, тормозят клеточный цикл, задерживая пролиферацию клеток.

Ингибиторы топоизомераз оказывают фазоспецифичное цитотоксическое действие (в период S и G2 фазы клеточного цикла).

Этопозид и тенипозид являются ингибиторами топоизомеразы II.

Камптотецины -- полусинтетические производные алкалоида камптотецина, выделенного из стеблей кустарника Camptotheca acuminata, представлены иринотеканом и топотеканом. В соответствии с механизмом действия они относятся к группе ингибиторов топоизомераз. В отличие от эпиподофиллотоксинов, камптотецины являются ингибиторами топоизомеразы I. В настоящее время иринотекан является препаратом первой линии для лечения рака толстой кишки. Топотекан широко применяется при лечении рака легкого и яичников.

Глава 2. Синтез, физико-химические и фармакологические свойства производных тиазолидона

2.1 Практическое значение тиазольных производных

Тиазольный цикл входит в состав витамина В1 (тиамина) (1):

Из грибка Xerocumus subtomemtosus выделена новая аминокислота, а из Pseudomonas aeruginosa - аэрогиноевая кислота (2):

Бензотиазольное ядро играет важную роль в биолюминисценции светлячков, причем хромофор, ответственный за свечение, очень близок по структуре к люциферину (3):

При люминисценции промежуточно образуются диоксетаны, которые разлагаются с образованием электроновозбужденных частиц, ответственных за хемилюминесценцию. Интересной группой природных соединений, включающих фрагменты бензотиазола, являются фемеланины - высокомолекулярные пигменты перьев птиц.

Производные тиазола используются для приготовления лекарственных веществ. Одним из них является сульфамидный препарат - сульфотиазол (норсульфозол) (4), обладающий сильным бактерицидным действием:

Известны и другие сульфамидные препараты, содержащие тиазольное кольцо. В качестве средств против глистных инфекций в настоящее время имеется несколько сильнодействующих препаратов. Одним из них является тиабендазол (5), синтезированный в 1961 г. химиками фирмы Мerck:

Выдающимися антигельминтными свойствами обладает тетрализон, открытый бельгийским ученым Янссеном (6):

Тетрализон оптически активен, причем биологическая активность присуща лишь l-изомеру. В настоящее время освоена технология разделения образующегося при синтезе рацемата с рециркуляцией неактивного d-изомера.

Тиазольный цикл также входит в состав пенициллинов. Наиболее ценными являются ампицилин и метицилин. Ампицилин (7) отличается широтой противомикробного действия, возможностью применения в виде таблеток и относительной стойкостью к кислотам.

Однако он легко разрушается ферментом пенициллиназой и поэтому не может быть использован для лечения заболеваний, вызываемых резистентными стафилококками. В тоже время метицилин (8) лишен указанного недостатка:

Интерес представляет такая группа соединений как мезоионные тиазолы типа А. Для этих соединений в литературе описан широкий спектр биологической активности. Так, например, производные 1,3-тиазолийолата-4 (9) являются стимуляторами центральной нервной системы и противоопухолевыми препаратами.

Производные 1,3-тиазол-4-имина (10) могут быть использованы как противоопухолевые, седативные вещества и как стимуляторы центральной нервной системы:

Большой интерес представляют конденсированные производные тиазола, которые могут быть использованы, а некоторые используются как потенциальные биологически активные вещества.

Так бром(хлор)гидрат 6-фенилимидазо[2,1-b]тиазолидин (ФИАНТ-2) (11) применяют в ветеринарной медицине как иммуностимулятор для повышения иммунитета птиц. ФИАНТ-2 оказался менее токсичным, более технологичным, экологически безопасным и дешевым заменителем импортного препарата ''тетрамизол''.

Тиазольные бетаинальдегиды (12) обладают выраженным противовирусным действием, а 2-окси-3-тиазолино[4,5-d]-4-R2-пиримидо[1,2-b]пиримидины представляют собой мезоионные структуры (13) и привлекают внимание как ''молекулярные клины'' с присущим им комплексом свойств: антимикробные, противовирусные, противоопухолевые.

2.2 Механизм противоопухолевого действия производных тиазолидона

Циклооксигеназа (ЦОГ) - энзим, который отвечает за биохимические преобразования арахидоновой кислоты, в том числе синтез ее метаболитов - простаноидов, среди которых простагландины (ПГ), простациклин и тромбоксан. На сегодня известно трех изоформы энзима - ЦОГ-1, ЦОГ-2 и ЦОГ-3. ЦОГ-3 рассматривается как аналог ЦОГ-1, связанный с интроном, поэтому часто для обозначения этой изоформы используют аббревиатуру ЦОГ-1b. ЦОГ-3 идентифицирован в ткани мозга, тем не менее к настоящему времени биологическая роль изоформы четко не определена.

Кристаллические структуры ЦОГ-1 и ЦОГ-2 были установленны в 1994 г. и 1996 г. соответственно, что сделало значительный взнос у понимания действия и следствий ингибирования этого фермента. В частности, ЦОГ-1 принимает участие в регуляции жизненно необходимых функций, в том числе работы желудка и системы свертывания крови, контролирует продукцию ПГ, которые регулируют целостность слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), функцию тромбоцитов и почечное кровообращение. Несмотря на то, что данная изоформа есть конституционной, ее экспрессия может быть стимулирована при нарушениях целостности нервных волокон. Изофермент ЦОГ-2 принимает участие в возникновении боли и воспалении, синтезе ПГ при воспалении, активации Р-гликопротеина (транспортный протеин ответственный за резистентность к лекарственным средствам (ЛС). Кроме того, в почках и нервных тканях также происходит конституционная экспрессия указанной изоформы. Конституционная ЦОГ-2 играет важную роль в спинном мозге, которая состоит в синтезе ПГ-Е2, что ведет к гипералгезии.

Ghilardi и соавторы предполагают, что блокирование спинальной ЦОГ-2 может привести к снижению чувствительности (центров и периферии), что ведет к определенным повреждениям. ЦОГ-2 сыграет важное значение в пролиферации клеток. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют про ее чрезмерную экспрессию при плоскоклеточном раке, аденокарциноме пищевода, толстого кишечника, легких, начиная из ранних стадий рака в 80-90% пациентов. Ранняя экспрессия ЦОГ-2 вероятна при раке желудка, пищевода, предстательной, молочной, поджелудочной желез, гепатоцелюлярних видов рака и наибольшая при высоко или умеренно дифференцированных опухолях, чем при низкодифференцированных.

Рис 1. Цикл арахидоновой кислоты

Во время онкогенезу опухолей щитовидной железы отмечают экспрессию ЦОГ-2, что сопровождается высоким уровнем ПГ, в особенности ПГ-G2, а повышение уровня матричной металопротеинази-2 (matrix metalloproteinase2/MMP-2) имеет важное значение для метастатического потенциала этих опухолей. Повышение уровней ЦОГ-2 и ММР-2 в опухолях зависит от возраста пациентов, который предопределяет более агрессивное развитие злокачественных опухолей щитовидной железы у больных старшего возраста сравнительно с молодыми. Аналогичная ситуация характерная для болезни Хашимото, фолликулярного рака и аденомы, медулярной карциномы, рака и аденомы из клеток Гюртле. По данным литературы особое внимание отводится раку толстой кишки, который обусловлен изученными механизмами действия ЦОГ-2 в онкогенезе, а именно активацией PPARг рецепторов и антиапоптического гену Bcl-x (повышение уровня антиапоптического белка Bcl-2) ПГ-E.

Как ЦОГ-1, так и ЦОГ-2 используют арахидонову кислоту для образования ПГ-H (PGH2), который со временем модифицируется с образованием биоактивних липидов - простаноидов, что включают простациклин, тромбоксан A2 и ПГ-D2, E2 и F2 (рис. 1), которые влияют на иммунную, сердечно-сосудистую, желудочно-кишечную, реноваскулярну, легочную системы, ЦНС и репродуктивную функцию.

Неселективное ингибування ЦОГ такими ЛЗ, как аспирин, ибупрофен, индометацин и напроксен, которые подавляют как энзим ЦОГ-1, так и энзим ЦОГ-2, обеспечивает эффективное уменьшение болевого синдрома при воспалении, тем не менее, вместе с тем, несет риск возникновения эрозивного гастрита и желудочно-кишечного кровотечения.

Рис 2. Селективные ингибиторы ЦОГ-2

Селективные ингибиторы ЦОГ-2 (целекоксиб, еторикоксиб, рофекоксиб, вальдекоксиб, мелоксикам (рис. 2) и прочие производные, которые находятся в процессе разработки) были созданы с целью минимизации токсичного влияния на ШКТ, что обусловлено относительно небольшой экспрессией ЦОГ-2 в ШКТ и значительной - в воспаленных тканях и при всех вышеупомянутых патологических процессах (онкозаболевания, резистентность к ЛЗ).

Harris и сотрудники провели эпидемиологическое исследование влияния противовоспалительных средств на риск возникновения рака толстой кишки, груди, легких и простаты. Установлено, что при приеме на протяжении двух лет и больше 200 мг целекоксиба или 25 мг рофекоксиба ежедневно наблюдается высокий уровень профилактики этих видов рака.

Одним из перспективных классов гетероцикличних соединений как потенциальных селективных ЦОГ-2 ингибиторов есть производные 4-тиазолидонов (рис. 4).

Рис 4. Селективные ингибиторы ЦОГ-2 - производные 4-тиазолидонов

2.3 Методики синтеза производных тиазолидона