Deoxoartemisinin 유도체의 합성과 항신생혈관기전의 항암성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

Artemisinin 탄소 12번 위치의 nonacetal (탄소-탄소) 구조의 유도체 C-11-α-bromomethyldeoxoartemisinin 3과 deoxoartemisinin trimer 4를 합성하였고 그램 스케일 단위로 쉽게 준비할 수 있도록 새로운 합성 방법을 도입하였다. C-11-α-bromomethyldeoxoartemisinin 3은 artemisinic acid를 시작물질로 사용하고 핵심 반응 과정인 광산화반응에서 산 촉매로 Cu(OTf)2를 사용함으써 이전보다 더 높은 수율로 합성할 수 있었다. Deoxoartemisinin trimer 4는 pharmacophore peroxide 결합을 유지하면서 artemisinin 탄소 12번 위치에 핵심 반응 과정인 direct alkylation을 도입함으로써 부생성물인 anhydroartemi-sinin 18를 생성하지 않으면서 합성할 수 있었다. Deoxoartemisinin trimer 4는 전체 반응과정 중 4 steps이 줄어들어 10 steps으로 합성할 수 있었고 전체 수율이 이전 결과보다 3배 이상 증가됨을 확인할 수 있었다. 생물학적 실험 결과, deoxoartemisinin 유도체 3, 4 둘 다 chorioallantoic membrane의 신생혈관생성(neovascularization)을 억제하는 것을 확인하였다. C-11-α-bromomethyldeoxoartemisinin 3은 5nmol의 농도에서 75%의 신생혈관 생성억제 효과를 나타냈고, deoxoartemisinin trimer 4는 5nmol의 (-)-thalidomide와 같은 억제비율이 0.5nmol의 저농도에서 나타나는 것을 확인하였다 (57% 신생혈관 생성억제). Mouse matrigel plug 실험결과, VEGF와 deoxoartemisinin 유도체를 포함한 matrigel들이 거의 완전히 신생혈관생성을 억제하는 것을 확인하였다. Deoxoartemisinin 유도체 3, 4 둘 다 matrigel의 색깔이 옅어지고 헤모글로빈 수치가 거의 없는 것으로 보아 신생혈관생성(angiogenesis)을 강하게 억제하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 토대로, 다양한 구조를 가지는 nonacetal 형태의 deoxoartemisinin 유도체 31종을 합성하였다. 이 31종의 유도체들을 chorioallantoic membrane 실험을 한 결과, 28, 30, 31, 32, 36, 40, 45 deoxoartemisinin 유도체들이 5nmol의 농도에서 70% 이상의 신생혈관 생성억제가 나타남을 확인하였다 (5nmol에서 57%의 억제효과 : (-)-thalidomide).Deoxoartemisinin 유도체들은 artemisinin의 탄소 12번 위치의 nonacetal (탄소-탄소) 구조 때문에 화학적으로 불안정한 acetal (탄소-산소) 구조보다 더 긴 plasma half-life를 가질 수 있다. 그리고 acetal 결합을 가진 artemisinin 유도체들이 가지는 신경독성(neurotoxicity)을 피할 수 있는 이점을 가질 수 있다. 그러므로 deoxoartemisinin 유도체들이 더 높은 생물학적 이용가능성, 화학적 안정성 그리고 신경독성을 줄일 수 있다는 측면에서 주목 받고 있다. 특히, deoxoartemisi-nin 유도체인 C-11-α-bromomethyldeoxoartemisinin 3과 deoxoartemisinin trimer 4가 생물학적 실험 결과 신생혈관생성과 관련된 다양한 종양의 치료를 위한 화학 요법의 약물로서 약품 후보물질이 될 수 있는 가능성을 가지고 있음을 확인하였다. 그리고 deoxoartemisinin 유도체 28, 30, 31, 32, 36, 40 ,45 들이 생물학적 실험 결과 높은 신생혈관 생성억제를 나타냈고 신생혈관생성에 의한 종양의 억제 후보 물질로서의 가능성을 확인하기위해 더 많은 동물실험 평가를 할 만한 가치가 있음을 발견하였다.Receptor protein은 세포내의 분자 생물학 개념에서 작은 분자량을 가지는 천연물을 이용 하여 생물 유기 화학적 연구를 연결해주는 중요한 분자이다. 생리활성 물질인 artemisinin의 receptor protein의 발견은 artemisinin과 protein의 관계를 규명함으로써 artemisinin 분자의 새로운 생유기적 특징을 찾을 수 있을 것이라고 기대할 수 있다. 그래서 target protein을 확인하기위해 artemisinin에 biotin을 도입한 biotinylated deoxoartemisinin 유도체를 합성하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Novel C-12 nonacetal type (C-C) derivatives of artemisinin 3, 4 well synthesized easily on gram scale by new synthetic procedure. C-11-α-bromomethyldeoxoartemisinin 3 was synthesized in moderate yield from more abundant artemisinic acid 2 by applying photooxygenative cyclization as a key reaction step using acid catalyst Cu(OTf)2. Deoxoartemisinin trimer 4 was prepared by direct alkylation at C-12 position of artemisinin as a key synthetic step without destroying the pharmacophore peroxide bond and producing by product AHA 18. Total reaction steps of deoxoarte-misinin trimer 4 were reduced by four steps (10 steps in total) and overall yield was improved three times more than that of the previous report. In the biological assay, chicken chorioallantoic membrane (CAM) neovasculari-zation was inhibited by both deoxoartemisinin derivatives. C-11-α-bromo-methyldeoxo-artemisinin 3 showed significant inhibition of angiogenesis at 5nmol/egg (75% of inhibition effect) and deoxoartemisinin trimer 4 also exhibited same inhibition percentage (57% of inhibition effect) of (-)-thalidomide (5nmol/egg) as reference drug in low concentration of 0.5nmol/egg. In mouse matrigel plug assay, matrigel containing VEGF and deoxoartemisinin derivatives showed almost complete inhibition of angio-genesis. Both deoxoartemisinin derivatives strongly blocked the growth of new blood vessels into the matrigel implant demonstrating by both visual images of matrigel and almost no hemoglobin content of matrigel. On the basis of present results, we have begun to design and synthesize 31 diverse derivatives of artemisinin, especially deoxoartemisinin derivatives. Among these derivatives, deoxoarte-misinin compounds 28, 30, 31, 32, 36, 40, 45 showed strong and potent anti-angiogenic acitivity over 70% of inhibition effect compared to 57% of inhibition effect of reference drug (-)-thalidomide.Deoxoartemisinin derivatives may have a longer plasma half-life based on C-C nonacetal linkage at C-12 position of artemisinin than hydrolytically more vulnerable C-O acetal linkage of artemisinin derivatives. And they may also have advantage of avoiding neurotoxicity that has been presented in artemi-sinin derivatives carrying C-O acetal linkage. Therefore, deoxoartemisinin derivatives should receive attention as potent valuable agents for their better bioavailability, stability and reduced neuro-toxicity compared to acetal type derivatives. Notably, novel deoxoartemisinin derivatives 3, 4 have a potential to develop drug candidates as chemotherapeutic agents for treatment of various angiogenesis-dependent tumors. And also 28, 30, 31, 32, 36, 40, 45 deoxoartemisinin derivatives have deserved further in vivo assay evaluation as potential drug candidates for chemotherapy of tumors which depend on angiogenesis.Receptor proteins are key molecules which connect the bioorganic study using low-molecular weight natural products with molecular biology within the cell. Detection of receptor protein for artemisinin which is a biological active compound looks forward to having new bioorganic features of artemisinin molecule by examination of relationship between artemisinin and protein. Thus, biotin is introduced to artemisinin for indentifying the target protein.