本发明属于化学生物学，具体涉及到一类可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除前药及其制备方法和应用。
背景技术：
0、技术背景
1、铜离子是人类和其他生物系统中含量第三多的重金属离子，它参与多种生理过程，如催化、维持神经系统的健康、帮助维持人体的造血功能等，因此其在体内稳态对维持人体健康至关重要。与此同时，过量摄入铜离子会引发炎症，产生异常过量的活性氧(ros)，进而引发多种类型疾病的发生，包括肝硬化、肾脏损伤、高血压、肝损伤、神经性疾病、威尔逊病(wilson disease，wd)等。对于这些疾病，例如wd中金属铜的清除已成为最为有效的治疗措施之一。
2、目前常用的排铜药物是一些强效金属络合剂，如d-青霉胺、二巯基丁二酸、曲恩汀等。然而，这些药物均不能实现在特定器官中对铜离子的清除，而是无差别的去除体内的铜离子，这严重破坏了正常组织中细胞的生长和繁殖，导致这些排铜药物具有严重的副作用，引发如系统性红斑狼疮(sle)、重症肌无力、多发性肌苷和其他自身免疫性疾病等。前药策略被认为是对原药性能进行改良最有效策略之一。但由于重金属铜的络合试剂往往反应活性较高，按照现有的策略难以在生物体系内调控其原位释放。这使得依赖于重金属铜络合试剂的前药严重缺乏。而能在特定器官中由疾病相关标志物活性氧激活的重金属铜清除前药目前尚未见报道。
技术实现思路
1、针对现有技术中的这些缺点，本发明的目的是提供一类可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除前药，以及该类前药的制备方法和其在wd疾病中的应用。
2、根据本发明的一个方面，本发明提供了如式ι所示的化合物及其药学上可接受的盐：
3、
4、其中：(1)z为o或s；
5、(2)r1、r4、r5、r6、r7和r10可以各自独立地选自氢原子、卤素或烷基；
6、(3)r2、r3、r8和r9可以各自独立地选自氢原子、未取代的烷基、苯基取代的烷基、烷氧基或羟烷氧基，所述的苯基包括未取代的或被1个或者多个卤素、烷氧基、饱和氨基、烷基取代；
7、(4)-nr2r3和-nr8r9基团可以相互独立的表示饱和或者不饱和的杂环，其中所述的杂环可以包含一个或者多个选自n、o、s的另外的杂原子，所述的杂环为未取代的或被卤素和烷基的基团取代；
8、(5)r11和r12可以各自独立地选自氢原子、未取代的烷基、苯基取代的烷基、烷氧基或羟烷氧基，也可以一起或者相互独立的表示饱和或者不饱和的杂环，所述的苯基包括未取代的或被1个或者多个卤素、烷氧基、饱和氨基、烷基取代，所述的杂环可以包含一个或者多个选自n、o、s的杂原子，所述的杂环为未取代的或被卤素和烷基的基团取代。
9、根据本发明的某些实施方式，所述式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，所述卤素选自氟、氯、溴或碘原子；所述烷基是指饱和的具有特定碳原子数的烷烃，包括直链或者具有支链烷基；所述苯基包括未取代的或被1个或者多个卤素、烷氧基、饱和氨基、烷基取代；所述杂环可以包含一个或者多个选自n、o、s的杂原子，所述杂环为未取代的或被卤素和烷基的基团取代。
10、根据本发明的某些实施方式，所述式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，其中，(1)z为s；(2)r1、r4、r5、r6、r7和r10可以各自独立地选自氢原子；(3)r2、r3、r8和r9可以各自独立地选自氢原子；(4)r11和r12可以各自独立地选自氢原子、未取代的烷基、苯基取代的烷基、烷氧基或羟烷氧基，也可以一起或者相互独立的表示饱和或者不饱和的杂环。
11、根据本发明的某些实施方式，所述的式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，所述化合物选自：
12、
13、
14、
15、
16、
17、
18、根据本发明的某些实施方式，所述式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，所述化合物选自：
19、
20、根据本发明的某些实施方式，所述式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，所述的盐包括盐酸盐、氢溴酸盐、硫酸盐、磷酸盐、对甲苯磺酸、甲磺酸盐、乙酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、马来酸盐的无机酸盐或有机酸盐。
21、根据本发明的某些实施方式，所述可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除体系的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
22、
23、将原料a和原料b溶于溶剂中，冰浴下滴加碱，反应得到化合物i。所述的碱选自各种有机碱和无机碱，优选吡啶和三乙胺。溶剂选自二氯甲烷，四氢呋喃，乙腈，优选二氯甲烷；反应温度-10-20℃，优选0℃，反应时间2-6小时，优选4小时；其中，各取代基同式(i)的定义。
24、根据本发明的一个方面，本发明提供了一种药物组合物，所述药物组合物根据权利要求1-6中任一项所述的化合物及其药学上可接受的盐，以及药学上可接受的载体。
25、根据本发明的一个方面，本发明提供了一种药盒，所述药盒包含根据权利要求1-6中任一项所述的化合物及其药学上可接受的盐。
26、根据本发明的一个方面，本发明提供了所述化合物及其药学上可接受的盐，在制备器官靶向型重金属铜清除前药中的用途。
27、根据本发明的某些实施方式，所述器官靶向型重金属铜清除选自肝硬化、肾脏损伤、神经性疾病、威尔逊病。
28、由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除前药
29、本发明涉及一类可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除前药，该类前药具有式ι所示的结构：
30、
31、其中：(1)z为o或s；
32、(2)r1、r4、r5、r6、r7和r10可以各自独立地选自氢原子、卤素或烷基；
33、(3)r2、r3、r8和r9可以各自独立地选自氢原子、未取代的烷基、苯基取代的烷基、烷氧基或羟烷氧基，所述的苯基包括未取代的或被1个或者多个卤素、烷氧基、饱和氨基、烷基取代；
34、(4)-nr2r3和-nr8r9基团可以相互独立的表示饱和或者不饱和的杂环，其中所述的杂环可以包含一个或者多个选自n、o、s的另外的杂原子，所述的杂环为未取代的或被卤素和烷基的基团取代；
35、(5)r11和r12可以各自独立地选自氢原子、未取代的烷基、苯基取代的烷基、烷氧基或羟烷氧基，也可以一起或者相互独立的表示饱和或者不饱和的杂环，所述的苯基包括未取代的或被1个或者多个卤素、烷氧基、饱和氨基、烷基取代，所述的杂环可以包含一个或者多个选自n、o、s的杂原子，所述的杂环为未取代的或被卤素和烷基的基团取代；
36、(6)本发明中所述的卤素选自氟、氯、溴和碘原子。所述的烷基是指饱和的具有特定碳原子数的烷烃，包括直链或者具有支链的，例如：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、异丙基和叔丁基。
37、本发明中所述的前药，可以包含的结构如下。
38、
39、
40、
41、
42、
43、
44、式ι结构化合物的制备方法
45、本发明涉及具有式ι结构化合物的制备方法，如下：
46、
47、上述路线的具体步骤如下：
48、(1)原料a参考文献合成(chem.sci.,2018,9,495-501；us 10865218b)；
49、原料b通过商业购买得到。
50、(2)化合物i的制备
51、将原料a和原料b溶于溶剂中，冰浴下滴加碱，反应得到化合物i。所述的碱选自各种有机碱和无机碱，优选吡啶和三乙胺。溶剂选自二氯甲烷，四氢呋喃，乙腈，优选二氯甲烷；反应温度-10-20℃，优选0℃，反应时间2-6小时，优选4小时。
52、根据本发明某些实施方式，所述反应温度是-10-20℃，例如-10至15℃、-10至10℃、-10至5℃、-10至0℃、-10至-5℃、-5至20℃、-5至15℃、-5至10℃、-5至5℃、-5至0℃、0至20℃、0至15℃、0至10℃、0至5℃、5至20℃、5至15℃、5至10℃、10至20℃、10至15℃或15至20℃。根据本发明某些实施方式，所述反应温度是-10℃、-9℃、-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃、0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃或20℃。
53、根据本发明某些实施方式，所述反应时间2-6小时，例如2-4小时、4-6小时或3-5小时。根据本发明某些实施方式，所述反应时间是2小时、2.5小时、3小时、3.5小时、4小时、4.5小时、5小时、5.5小时或6小时。
54、本发明涉及具有式ι结构化合物与活性氧具有如下所示的响应机理
55、
56、具有式ι结构的化合物在水溶液中可受到活性氧(ros)的攻击，导致体系崩溃，释放螯合剂。具有式ι结构的化合物本身没有荧光，与ros反应后生成具有强荧光发射的化合物。
57、本发明涉及具有式ι结构的荧光探针在溶液以及动物层次的应用。
58、检测溶液的制备与检测步骤如下：
59、(1)将式ι化合物溶解于有机溶剂(如甲醇、乙醇)中，然后稀释到缓冲溶剂中用于评价化合物溶液体系与ros的响应特性以及螯合试剂的释放特性；
60、(2)将式ι化合物溶解于有机溶剂(如甲醇、乙醇)中，在磷酸缓冲溶液中稀释到相应的浓度，然后注射到动物的活体模型中用于评价体系的器官靶向特性和体内排铜效果。
61、药学上可接受的盐
62、根据本发明某些实施方式，所述药学上可接受的盐包括盐酸盐、氢溴酸盐、硫酸盐、磷酸盐、对甲苯磺酸、甲磺酸盐、乙酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、马来酸盐的无机酸盐或有机酸盐。
63、药物组合物、药盒
64、根据本技术的某些实施方式，本技术提供了药物组合物，所述药物组合物包含治疗有效量的所述化合物及其药学上可接受的盐，以及药学上可接受的载体。
65、根据本技术的某些实施方式，本技术提供了制备所述的药物组合物的方法，所述方法包括将所述化合物及其药学上可接受的盐与药学上可接受的载体混合来制备。
66、根据本技术的某些实施方式，本技术提供了药盒，所述药盒包含所述化合物及其药学上可接受的盐。
67、治病方法和制药用途
68、根据本发明的一个方面，本发明提供了一种治疗器官靶向型重金属铜清除的方法，所述方法给与患者所述化合物及其药学上可接受的盐。
69、根据本方面的某些实施方式，所述器官靶向型重金属铜清除选自肝硬化、肾脏损伤、神经性疾病、威尔逊病。
70、根据本发明的一个方面，本发明提供了所述化合物及其药学上可接受的盐，在制备治疗器官靶向型重金属铜清除前药中的用途。
71、根据本方面的某些实施方式，所述器官靶向型重金属铜清除选自肝硬化、肾脏损伤、神经性疾病、威尔逊病。
72、威尔逊病(wilsondisease，wd)
73、肝豆状核变性，又称wilson病，是一种常染色体隐性遗传的铜代谢障碍疾病，其致病基因atp7b编码一种铜转运p型atp酶，该基因的致病变异导致atp酶的功能缺陷或丧失，造成胆道排铜障碍，导致患者肝脏、肾脏和大脑中过度积累大量铜。这些器官中铜含量的增加会引发炎症，产生过量的活性氧(ros)，引发广泛的症状，包括肝硬化和精神疾病等。
74、前药策略
75、前药是指经过生物体内转化后才具有药理作用的化合物。前药本身没有活性或活性很低，在体内经酶或化学作用释放有活性的原药。前药策略一般用于延长药物作用时间、靶向给药，或通过改善药物的脂溶性或水溶性提高药物的吸收度。
76、本专利利用前药策略，构建了一类可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除前药，前药可以被疾病区域高表达的活性氧激活，释放出排铜药物，实现特异性的治疗。
77、原药性能的缺点
78、原药即药物本身，大多数药物都存一些性能上的缺点，导致其难以实现更加治疗效果，例如有些药物水溶性好，在体内循环代谢快，很快被机体清除，而有的药物脂溶性好，导致机体难以吸收。此外由于原药不存在特异性和靶向性，其不仅能在疾病区域发挥作用，也能在正常组织和细胞中发挥相同的功效，造成了正常组织和细胞的功能损伤。正因为原药存在诸多的缺点，导致其治疗效果差，且副作用大。
79、活性氧(reactive oxygen species，ros)
80、活性氧(ros)是生物有氧代谢过程中的副产物，是一类含氧并且性质活泼的物质的总称。ros的主要来源之一是线粒体内膜的呼吸链底物端。在有氧呼吸中，线粒体中的电子传递链复合物将电子传递给o2，有一部分o2被还原，主要包括：次氯酸(hocl)，超氧化物(o2-)，过氧化氢(h2o2)，羟基自由基(·oh)，氢过氧自由基(roo·)，氧化物过氧亚硝基阴离子(onoo-)等。其在细胞中起到信号转导和维持氧化还原稳态的作用。而当机体发生病变，例如癌变，炎症等，活性氧的含量就会异常升高，因此活性氧常作为一些疾病的生理标志物。
81、本专利基于重金属铜过量积累的器官中活性氧高表达的情况，构建了一类活性氧激活释放排铜药物的前药分子，来用于重金属的清除。
82、器官靶向特性
83、通常水溶性好的有机小分子化合物，在机体中容易被代谢到肾脏，从而进一步代谢出去，而脂溶性好的有机小分子化合物，通常容易被肝脏代谢。
84、本文构建的前药分子dhu-cuex2和dhu-cuex1由于脂溶性适中，在尾静脉注射到小鼠体内后，很快就被代谢到肝脏区域，因此可以实现肝脏的靶向。
85、威尔逊疾病小鼠(即ko小鼠)
86、atb7b敲除小鼠(即为ko小鼠)是约翰·霍普金斯大学svetlana lutsenko教授实验室的典型威尔逊疾病(wd)模型之一。本发明选用该小鼠模型进行研究。
87、本发明的有益效果
88、本发明的效果表现在：
89、(1)本发明首次提出一类可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除体系。
90、(2)式ι化合物在水溶液中表现出优异的ros响应特性和螯合剂释放特性。
91、(3)式ι化合物在活体层次表现出优异的器官靶向性。
92、(4)式ι化合物在威尔逊病模型小鼠上表现出优异的排铜效果。
1.如式ι所示的化合物及其药学上可接受的盐：
2.根据权利要求1所述的式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，所述卤素选自氟、氯、溴或碘原子；所述烷基是指饱和的具有特定碳原子数的烷烃，包括直链或者具有支链烷基；所述苯基包括未取代的或被1个或者多个卤素、烷氧基、饱和氨基、烷基取代；所述杂环可以包含一个或者多个选自n、o、s的杂原子，所述杂环为未取代的或被卤素和烷基的基团取代。
3.根据权利要求1所述的式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的式(i)所示的化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，所述化合物选自：
5.根据权利要求4所述化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，所述化合物选自：
6.根据权利要求1-5中任一项所述化合物及其药学上可接受的盐，其特征在于，所述的盐包括盐酸盐、氢溴酸盐、硫酸盐、磷酸盐、对甲苯磺酸、甲磺酸盐、乙酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、马来酸盐的无机酸盐或有机酸盐。
7.权利要求1所述的可由活性氧激活的器官靶向型重金属铜清除体系的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
8.一种药物组合物，其特征在于，所述药物组合物根据权利要求1-6中任一项所述的化合物及其药学上可接受的盐，以及药学上可接受的载体。
9.一种药盒，其特征在于，所述药盒包含根据权利要求1-6中任一项所述的化合物及其药学上可接受的盐。
10.权利要求1-7中任一项所述的化合物及其药学上可接受的盐，在制备器官靶向型重金属铜清除前药中的用途，优选所述器官靶向型重金属铜清除选自肝硬化、肾脏损伤、神经性疾病、威尔逊病。
