1、核苷及其类似物摘要：核苷及其衍生物具有一些特殊的作用，2脱氧核苷药物能特异性的干扰病毒的复制，本文论述了核苷的作用及合成法。并对 4-氯-9-（2-脱氧-D-呋喃核糖-7H-嘧啶4,5-b并吲哚的合成做了具体表述。关键字：核苷；2脱氧核苷一、核苷的简介核苷（Nucleosid）是一类糖苷胺（glycosylamine ）分子，组成物是核酸碱基加上核糖（Ribose）或脱氧核糖(Deoxyribose) ，碱基包括嘌呤（ Purine）和嘧啶（Pyrimidine）两类，嘌呤包括鸟嘌呤(Guanine) 和腺嘌呤(Adenine) ，嘧啶包括胞嘧啶(Cytosine) 、胸腺嘧啶(Thymine
2、) 和尿嘧啶(Uracil)，核糖和核酸碱基之间以 -N 糖苷键的形式构成。根据核糖的不同，可分为核糖核苷和脱氧核糖核苷两类，前者是 RNA 的组成部分，后者是 DNA 的构成单元 1。根据碱基的不同分为又可将核苷分为嘧啶类核苷和嘌呤类核苷两类 2。嘧啶类核苷主要有胸苷、尿苷和胞苷，嘌呤类核苷主要有腺苷和尿苷，它们的结构如图（1） 。1847 年，Liebig 从细胞中分离出第一个核苷类化合物，标志着遗传物质化学即“核苷化学”的开创，这类核苷为天然核苷。1991 年 Levene 和 Jacobs 确定了第一个核苷的结构为：次黄嘌呤核苷(Hypoxanthinribo)的 5一磷酸酯,同时两位
3、科学家还定义了核苷(由一个氮杂环的碱基与戊糖偶联的分子)和核苷酸(被磷酸酯化的核苷)的概念，从此，开始了核苷化学的新纪元。图（1）二、核苷的作用2.1 抗病毒的作用核苷是一类十分重要的生物大分子，作为核酸的水解产物而被分离得到，在细胞的结构、代谢、能量和功能的调节等方面起着十分重要作用。作为核酸的基本构成单元，核苷参与生物体中基因信息的保留、复制和转录的分子机制。许多核苷类似物是病毒复制过程中酶的抑制剂，可以抑制病毒 DNA 多聚酶和逆转录酶的活性并与核苷酸竞争性掺入病毒 DNA 键，从而终止或抑制病毒 DNA 链的延长和合成，使病毒的复制受到抑制而发挥抗病毒作用 3。由于核苷在细胞生命中占有
4、极为重要的地位，可以用核苷类似物和衍生物干扰肿瘤细胞的生长和病毒的繁殖，这成为治疗癌症和各种病毒性疾病的一个新的途径。经过修饰和改造的核苷类化合物，结构与天然核苷十分相似。这些非天然核苷无法被病毒识别，但是可以参与病毒的代谢，从而干扰病毒基因的表达。因此，对天然核苷的结构进行修饰或改造就可能获得新的抗病毒药物 4。目前临床上用于治疗肝炎，艾滋病，疱疹等病毒性疾病的药物有很大一部分都是核苷类化合物。它们一般都是作为病毒复制过程中酶的抑制剂，阻断病毒对于靶细胞的侵染 5。以下是几种常见的核苷类抗病毒化合物： (1) 齐多夫定 (Zidovudine, AZT)6-8，由英国 GlaxoSmithK
5、line 公司开发，是首个抑制逆转录酶的核苷类抗艾滋病药物。 (2) 拉米夫定 (Lamivudine, 3T C)9-11，是加拿大 Biochem Pharma 公司研制的核苷类抗病毒药, 表现出很高的药理活性和较低的毒性，其毒性比齐多夫定低 10 倍左右，临床用于治疗慢性乙型肝炎。 (3) 阿昔洛韦 (Acyclovir, ACV)12-13，由英国 Wellcome 公司开发，是一种高效、低毒、广谱的抗病毒药物，目前已成为治疗疱疹的首选药物。 (4) 更昔洛韦 (Ganciclovir, GCV)14-15，是美国 Syntex 公司开发的 FDA 批准的第一个用于预防与艾滋病有关的药
6、物。 (5) 泛昔洛韦 (Famciclovir, FCV)16，是第一个在美国获准用于艾滋病患者复发性单纯疱疹病毒感染的口服药，不仅人体吸收率高，而且药物持续时间长，是减少疱疹后神经痛唯一有效的药物。 (6) 西多夫韦 (Cidofovir)17，由美国 Gilead 公司开发，1996 年 5 月 FDA 批准注射用西多夫韦上市。其对疱疹病毒、腺病毒及人乳头瘤状病毒有很强的抑制活性。 (7) 阿德福韦 (Adefovir, PMEA)18-20，具有广谱抗病毒活性的腺嘌呤类核苷衍生物，可以有效地抑制逆转录病毒基因的复制和表达。图（2）几种常见的核苷类抗病毒化合物2.2 抗肿瘤作用人体细胞的
7、遗传物质基因组中包含了一种特殊的遗传基因原癌基因。原癌基因本来不会有什么危害，但是一些其它因素如化学致癌物、病毒、放射线等致癌因素的影响，使得机体细胞内的原癌基因被激活，扰乱了机体正常功能，最后致使机体死亡。对于癌细胞，人们通常用手术、化学疗法、放射及抗癌药物来将其杀死，以达到治疗的效果。但是这些方法难于杀死所有的癌细胞，以致它们还会卷土重来，引起复发，还有这些疗法在杀死癌细胞的同时也会杀死正常细胞。近年来，科学家企图寻找一种既不损伤正常细胞又可“改造”癌细胞的方法，这就是诱导恶性细胞向正常细胞方向分化。据报道，一些 2或 3-脱氧核苷类药物能特异性的干扰病毒复制，并且可以选择性的引导病变癌细
8、胞向正常细胞分化。8-羟基-2- 脱氧鸟嘌呤核苷是活性氧自由基氧化损伤细胞核 DNA或线粒体 DNA 后形成的产物，可以诱导损伤细胞还原 21；另外，还研究出脱氧腺苷酸可以通过位于细胞表面的核苷酸受体对机体的许多生理过程产生复杂的调节作用 22。其它核苷类如出现在 tRNA 中的假尿嘧啶核苷，细菌生产的抗生素，水粉覃素和蛹虫草素以及人们熟悉的阿糖胞苷等常用于治疗几种类型的癌症。因此合成新的核苷类化合物和对现有的核苷药物进行化学修饰将有可能在治癌方面进行较大的突破。目前用于临床和正在研究的核苷类抗肿瘤药物有数十种，它们的主要作用是干扰肿瘤的 DNA 合成，或者影响核酸的转录过程，抑制蛋白质的合成
9、，从而达到治疗肿瘤的效果。如 I- -arabinofuranosylcytosine (ara-C)，它是目前治疗急性粒细胞性白血病有效的药物之一。2.3 其它作用核苷特别是腺嘌呤核苷对心脏功能有多方面的作用。目前，美国己经批准腺苷作为治疗阵发性室上性心动过速的一线药物。同时，腺苷也广泛应用于心动过速、冠心病、病态窦房结综合症等疾病的鉴别诊断。有些核苷类化合物对多种真菌具有抑制作用，而且对哺乳动物几乎无毒性。核苷类药物还可以用于治疗神经系统疾病，有非常强的抗抑郁作用，有的药物同时可以用作治疗关节疾病的镇痛剂，对脑血管功能障碍也有效。在分子生物学和基因克隆中 DNA芯片中，核苷都有着重要的应用
10、价值。同时核苷可作为添加剂加入保健品和食品， 它也可作为美容和抗紫外辐射化妆品逐渐成为人们生活的必需品，核苷作为药物。已临床应用于中枢神经、泌尿、代谢和心血管等多方面的疾病。核苷产品使用专业性强， 是生物医学研究中不可缺少的原料，同时是制备生物药品的基本元素 23。三、核苷的合成方法目前核苷的合成主要有 3 种方法， 即化学合成法、 RNA 酶解法、酶法生物合成法。RNA 酶解法和酶法生物法是工业上合成核苷的主要方法，化学合成既可以应用与工业化生产，也可以作为实验室合成核苷的方法。3.1 化学合成方法化学合成法有多种途径，例如：（1）Reese CB 使用 2-脱氧尿苷（dU) 与甲醛和吡咯烷
11、回流得到 1 个 Man-nich 碱，然后与 4-甲基苯硫酚缩合，最后用 Raney 镍还原脱硫制得。 （2）季奇等以 1-氯-2-脱氧-3,5-二-O-（对氯苯甲酰基）呋喃核糖为原料，开发出可以适用于大规模工业生产的方法，简单、高效地合成 2-脱氧-D-腺苷、2-脱氧-D- 胞苷和 2-脱氧-D- 胸苷 3 种天然核苷 24。 （3）微波辐射是有机合成的一种重要手段。采用微波辐射的方法合成核苷也有着较广泛的研究和应用，与采用常规加热方法相比，最为突出的优点是缩短了反应时间。微波作用的区域选择性较高，在反应中无需对核苷类化合物的部分活性基团进行保护，从而简化了步骤，使产率有了较大提高 25。
12、3.2 RNA 酶解法RNA 酶解法是利用酶水解 RNA 得到脱氧核苷酸，再脱磷得脱氧核苷，然后经色谱分离制得脱氧胸苷。这种方法需要大量优质的 RNA 原料，在 RNA 水解脱磷产物中除了目的产物脱氧胸苷之外还有脱氧腺苷、脱氧尿苷、脱氧胞苷，以及由脱氧腺苷脱氨而形成的脱氧肌苷，分离工程繁杂，成本高 26。3.3 酶法生物法通过酶生物转化的方式合成核苷所用的酶主要 2 类：核苷磷酸化酶，N-(脱氧)核糖转移酶。 核苷磷酸化酶产生菌主要有大肠杆菌、乙酰短杆菌、欧文杆菌、干燥棒杆菌和佐氏库特氏菌；N-核糖转移酶产生菌主要有莱氏乳细菌、 瑞士乳酸杆菌和大肠杆菌 27。利用微生物中所产生的核苷磷酸化酶催
13、化核苷、 碱基转换反应，由廉价供应的天然核苷为原料,将其核糖基进行化学修饰后作为核糖基供体，利用核苷磷酸化酶或脱氧核糖转移酶为酶源，天然的杂环碱基为核糖基受体，通过酶催化合成核苷及其类似物反应式如下：（脱氧）核苷 1+碱基 1 （脱氧）核苷 2 +碱基 2 其中碱基 1 可以是嘌呤、嘧啶或其类似物。酶的来源可以是天然菌株，也可以是基因工程。利用此反应可合成多种核苷类似物。自从 1952 年 Mc Nutt 在瑞士乳杆菌、德氏乳杆菌和噬酸热细菌中发现了N- 核糖转移酶以来，已经在所有的乳杆菌属中发现了该类酶“ ，其主要存在于莱氏乳细菌#瑞士乳酸杆菌和大肠杆菌。该酶有 2 种类型，类型可以催化嘌呤
14、碱基与嘌呤核苷之间的转化，类型可以催化嘌呤碱基或嘧啶碱基与嘌呤核苷或嘧啶核苷之间的转化。长期以来，受到酶只能在水溶液中使用而有机溶剂则是酶的变性剂的传统概念的影响，酶在有机介质中催化作用的研究进展十分缓慢， 直到美国科学家 Klibanov 等首先报道了酶在有机相中具有极高的热稳定性和催化活性，才使得这一领域的研究取得了突破性的发展。他们发现，酶在近无水的有机溶剂中不仅能够保存催化活力，而且还具有许多新的催化性质，如酶在有些有机溶剂中酶蛋白分子的刚性增加!酶催化反应的选择性增强，在一些底物或者产物水溶性比较差的情况下，可以应用非水相体系来提高得率。四、实验部分1郑集，陈均辉. 普通生物化学M.
15、 高等教育出版社，1998,1392王镜岩，朱圣庚. 生物化学 M. 北京高等教育出版社，2002:4704813杜冠华，病毒与抗病毒药物，社区药学J，20064姚其正核苷化学合成M北京：化学工业出版社，2005：1-55刘琨，谢蓝. 新型核苷类抗病毒药物的研究进展J. 药学学报, 2006, 41 (8) : 689-6936Vlieghe, P., Clerc, T., Pannecouque, C. et al. New 3-azido-3-deoxythymidin-5-yl O-(4-hydroxyalkyl or -alkenyl or -alkylepoxide) carbona
16、te prodrugs: Synthesis and anti-HIV evaluationJ. J. Med. Chem., 2001, 44(18): 3014-3021. 7Vlieghe, P., Bihel, F., Clerc, T. et al. New 3-Azido-3-deoxythymidin-5-yl O-(-hydroxyalkyl) carbonate prodrugs: Synthesis and anti-HIV evaluationJ. J. Med. Chem., 2001, 44(5): 777-786. 8Erik D. C. Antiviral dru
17、gs in current clinical useJ. Journal of Clinical Virology, 2004, 30(2): 115-133. 9Kumar, R., Semaine, W., Johar, M. Effect of various pyrimidines possessing the 1-(2-Hydroxy-1-(hydroxymethyl)ethoxy)methyl moiety, able to mimic natural 2-deoxyribose, on wild-type and mutant hepatitis B virus replicat
18、ionJ. J. Med. Chem., 2006, 49(12): 3693-3700. 10 Ariksoysal, D. O., Karadeniz, H., Erdem, A. Label-free electrochemical hybridization genosensor for the detection of hepatitis B virus genotype on the development of lamivudine resistanceJ. Anal. Chem., 2005, 77(15): 4908-4917. 11Chu, C. K., Yadav, V.
19、, Chong, Y. H. et al. Anti-HIV activity of (-)-(2R,4R)-1- (2-hydroxymethyl-1,3-dioxolan-4-yl)- thymine against drug-resistant HIV-1 mutants and studies of its molecular mechanismJ. J. Med. Chem., 2005, 48(12): 3949-3952. 12Sally F., John M. G. Acyclic Nucleosides as antiviral compoundsJ. Mol. Biotec
20、hnol., 1996, 5(2): 125-137. 13Barrio J. R., Bryant J. D., Keyser G. E. A direct method for the preparation of 2-hydroxyethoxymethyl derivatives of guanine, adenine and cytosineJ. J. Med. Chem., 1980, 23(5): 572-574. 14Field, A. K., Davies, M. E., DeWitt, C., et al. 9- 2-Hydroxy- 1-(hydroxymethyl)eth
21、oxy methyl, guanine: a selective inhibitor of herpes group virus replicationJ. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1983, 80(13): 4139-4143. 15Markham, A., Faulds, D. Ganciclovir: an update of its therapeutic use in cytomegalovirus infectionJ. Drugs, 1994, 48, 455-484. 16Pue, M. A., Pratt, S. K., Fairless,
22、A. J. et al. Linear pharmacokinetics of Penciclovir following administration of single oral doses of Famciclovir 125, 250, 500 and 750 mg to healthy volunteersJ. J. Antimicrob. Chemother., 1994, 33: 119-127. 17McKenna, C. E., Kashemirov, B. A. Cidofovir peptide conjugates as prodrugsJ. Journal of Or
23、ganometallic Chemistry, 2005,690(10): 2673-2678. 18Naesens, L., Balzarini, J., De Clercq, E. Therapeutic potential of PMEA as an antiviral drugJ. Rev. Med. Virol., 1994, 4(3): 147-159. 19Gong, Y. F., Marshall, D. R., Srinivas, R. V. et al. Susceptibilities of zidovudineresistantvariants of human imm
24、unodeficiency virustype 1 to inhibition by acyclic nucleoside phosphonatesJ. Antimicrob. Agents Chemother., 1994, 38(7): 1683-1687. 20Calio, R., Villani, N., Balestra, E. et al. Enhancement of natural killeractivity and interferon induction by different acyclicnucleoside phosphonatesJ. Antiviral Res
25、., 1994, 23, 77-89.21 Many A, Westerhousen L A, Kanbour S A., Roberts J M, Xanthine Dehydrogenase/Oxidase in Human Placenta: Protective Enzyme Activity Inhibition is Post Translationally Regulated. J. Soc. Gynecol. Investig. 1995, 2: 286 22 Many, A.; Roberts, J. M.Xanthine Oxidase Activity is Presen
26、t in Human Placenta. J. Soc. Gynecol Investig. 1996, 3: 221A.23王锐. 嘧啶核苷的研究进展J .生物技术通讯.2007.18(3):53954224季奇，黄飞，李金亮，等. 三种天然脱氧核苷的高效合成J.高等学校化学学报.2006.27(4):666 66825渠桂荣，耿明伟，韩素辉，等.微波在核苷类化合物合成中的应用J.有机化学.2007.27(4):449 45626 张志广.微波辅助核苷及其衍生物的快速绿色合成C. 河南师范大学.200327王常宝，石志俭，张志传， 新型 TH1L 浆液状聚合催化剂的中试评价J .工业催化.2005.13（8）：4548
