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编号:10287766
苯并卟啉衍生物对小鼠肉瘤180的光动力疗效
http://www.100md.com 《中国激光医学杂志》 1999年第2期
     作者:余建鑫 许德余 陈文晖 张蕾

    单位:余建鑫 陈文晖 张蕾 第二军医大学药学院药化教研室上海,200433;许德余 第二军医大学药学院"523"药物研究室上海,200433

    关键词:光动力疗法;肉瘤180;苯并卟啉衍生物

    中国激光医学杂志990206 摘要:目的:探讨包括苯并卟啉衍生物单酸环A(BpD-MA)在内的8种苯并卟啉衍生物对小鼠肉瘤180的光动力治疗效果。

    方法:荷肉瘤180小鼠分别按6 μg/g和2 μg/g的剂量静脉注射BpD,1.5 h后用波长630 nm的铜蒸气染料激光照射,激光功率密度为180 mW/cm2,照射时间20 min,每次光剂量150 J/cm2。同时设相同剂量血卟啉衍生物(HpD)对照组和空白对照组。
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    结果:6 μg/g剂量时,8种BpD中有5种对小鼠肉瘤180的治愈率接近或超过40%,明显高于HpD的10%。其中BpD-MA的疗效最好,治愈率高达80%,以下依次为8-甲氧乙基BpD(60%)、3-甲氧乙基BpD(50%)、8-羟乙基BpD(40%)和BpD单酸环B(37.5%)。2 μg/g剂量时,这5种BpD对肉瘤180的抑制率分别为77.5%、70.8%、68.2%、50.9%和45.7%。与HpD对照组比较,治疗后平均瘤重的差异均有非常显著意义(P<0.01)。

    结论:BpD是一类疗效较好的光化学治疗药物,为研究开发光敏剂新药提供了思路。

    Efficacies of Benzoporphyrin Derivatives in Photodynamic Therapy

    for Sarcoma 180 in Mice
, 百拇医药
    YU Jianxin1, XU Deyu2, CHEN Wenhui1, ZHANG Lei1

    1. Department of Medicinal Chemistry, College of Pharmacy, 2. "523" Institute of Medicinal Chemistry, The Second Military Medical University of PLA, Shanghai 200433

    ABSTRACT Objective To study the efficacy of benzoporphyrin derivative monoacid ring A (BpD-MA), a new drug used for tumor-photodynamic therapy in phase II clinical trial abroad, and 7 other new benzoporphyrin derivatives (BpDs) synthesized by authors in photodynamic therapy for transplanted sarcoma 180 in mice.
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    Methods After received intravenous injection of 6 μg/g or 2 μg/g of BpDs, respectively, for 1.5 h, tested mice were irradiated by dye laser at 630 nm, its output was set at 180 mW/cm2, irradiating for 20 min and the incident light dose of 150 J/cm2 was applied.

    Results It was shown that in 5 of the 8 tested BpDs, the cure rates of sarcoma 180 in the 6 μg/g group were over 40% and significantly higher than 10% of HpD. BpD-MA was shown to be the best and its cure rate was as high as 80%. In the 2 μg/g group, the inhibitory rates of these 5 BpDs were 77.5% for BpD-MA, 70.8% for 8-methoxyethyl-BpD, 68.2% for 3-methoxyethyl-BpD, 50.9% for 8-hydroxyethyl-BpD and 45.7% for BpD monoacid ring B. Compared with the control group, the paired t-test of mean tumor weight indicated a significant difference (P<0.01).
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    Conclusions BpD is currently one of the promising candidates of new drugs for tumor-photochemotherapy, yet more work is necessary to study these compounds and their biological activities.

    Key words Photodynamic therapy; Sarcoma 180; Benzoporphyrin derivative

    苯并卟啉衍生物(benzoporphyrin derivatives, BpD)既具有与血卟啉相似的母核,又具有相当于二氢卟吩的红光区高吸收系数,因而被认为是一类可用于开发光动力治癌新药的理想化合物。目前BpD单酸环A(BpD-MA)已进入II期临床试验[1],它对动物肿瘤[2]与人皮肤癌[3]均有较好的光动力治疗效果。有报道称BpD-MA有望成为治疗白血病的骨髓净化剂、清除血液制品污染的抗病毒剂[4]以及治疗牛皮癣的有效药物[5]
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    我们在国内首次合成了包括BpD-MA在内的8种BpD,并测定了它们对小鼠肉瘤180的光动力治疗效果。

    材料与方法

    一、材料

    1. 动物 远交昆明株雄性小鼠,体重18~24 g,由第二军医大学动物实验中心提供。肉瘤180种鼠由中国科学院药物研究所提供。

    2. 受试药物 BpD单酸环A(BpD-MA)、BpD二酸环A(BpD-DA)、8-甲氧乙基BpD(8-ME-BpD)、8-羟乙基BpD(8-HE-BpD)、BpD单酸环B(BpD-MB)、BpD二酸环B(BpD-DB)、3-甲氧乙基BpD(3-ME-BpD)、3-羟乙基BpD(3-HE-BpD)均系作者合成,其化学结构见图1。

    3. 试液配制 将BpD-MA、BpD-DA、BpD-MB、BpD-DB、3-ME-BpD和3-HE-BpD分别溶于二甲亚砜(DMSO)使浓度为8 mg/ml。静脉注射给药前以磷酸缓冲溶液(PBS)稀释,最终的注射液中DMSO含量不得超过10%。将8-ME-BpD或8-HE-BpD溶于少量0.1 mol/L的NaOH生理盐水中,用0.1 mol/L的HCl生理盐水调节pH值至7.4,最后用生理盐水稀释,使浓度为2 mg/ml。上述试剂需低温(-20℃)避光保存,给药时稀释到合适浓度。
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    二、小鼠肉瘤180的光动力治疗及效果测定

    无菌条件下于小鼠前胸部皮下接种肉瘤180细胞悬液0.2 ml,待肿瘤长至直径5~8 mm时选取生长良好、无溃疡、具半球状单一肿瘤的实验鼠,按体重和瘤径随机分组,每组7~10只。8种待测BpD按6 μg/g的剂量于小鼠尾静脉注射给药。根据BpD在动物体内分布研究[2],于给药后1.5 h用功率密度为180 mW/cm2的铜蒸气染料激光(波长630 nm,脉冲方式输出)照射肿瘤20 min(光剂量150 J/cm2)。以等体积10%DMSO生理盐水注射后1.5 h照光作为空白对照;以同剂量血卟啉衍生物(hematoporphyrin derivatives, HpD)溶液注射后1.5 h照光作为阳性对照。照光后每天观察肿瘤变化情况,以治疗后肿瘤完全消失并在30天内不复发作为治愈。

    另以BpD-MA、8-ME-BpD、8-HE-BpD、BpD-MB和3-ME-BpD 5种BpD按2 μg/g的剂量给药,操作同上。照光后7天处死小鼠,剥离肿瘤后称瘤重,与对照组比较计算抑制率。肿瘤抑制率=(1-给药组平均瘤重/对照组平均瘤重)×100%。
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    三、统计学处理

    动物的选择及照射顺序的确定均严格遵守随机的原则。肿瘤抑制实验数据以/Images/2003/9/1/b7/72/58/38_1.GIF (124 bytes)±s表示,采用配对t检验方法分析检测数据。0601.gif (4021 bytes)

    BpD-MA:R8=CH=CH2 R13=H(Me) R17=Me(H) BpD-MB:R3=CH=CH2 R13=H(Me) R17=Me(H)
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    BpD-DA:R8=CH=CH2 R13=R17=H BpD-DB:R3=CH=CH2 R13=R17=H

    8-ME-BpD: R8=CH(OCH3)CH3 R13=R17=H 3-ME-BpD: R3=CH(OCH3)CH3 R13=R17=H

    8-HE-BpD: R8=CH(OH)CH3 R13=R17=H 3-HE-BpD: R3=CH(OH)CH3 R13=R17=H图1 8种苯并卟啉衍生物的化学结构
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    Fig.1 Chemical structure of the 8 benzoporphyrin derivatives 结果

    8种BpD对小鼠肉瘤180的光动力疗效见表1。对小鼠肉瘤180的治愈率接近或超过40%的BpD有5种:BpD-MA、8-ME-BpD、3-ME-BpD、8-HE-BpD和BpD-MB。其中以BpD-MA最高,达80%。同时发现,环A还原的BpD(BpD-MA、BpD-DA、8-ME-BpD和8-HE-BpD)的光敏作用强于其相对应的环B类似物(BpD-MB、BpD-DB、3-ME-BpD和3-HE-BpD),且化合物结构上的3-或8-位乙烯基引入烷基醚或羟基后,对肿瘤的光动力作用有一定的提高。对5种治愈效果较好的BpD测定它们的肿瘤抑制率(表2)。在2 μg/g剂量时,BpD-MA、8-ME-BpD、3-ME-BpD、8-HE-BpD和BpD-MB给药组小鼠的平均瘤重与HpD对照组比较差异均有非常显著意义(均P<0.01)。

, 百拇医药     表1 8种苯并卟啉衍生物对小鼠肉瘤180的光动力疗效

    Tab.1 Efficacies of 8 BpDs in photodynamic therapy

    for sarcoma 180 in mice 光敏剂

    Photosensitizer

    鼠数

    No. of

    mice

    治愈鼠数

    No. of cured

    mice
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    治愈率

    Cure rate

    (%)

    BpD-MA

    10

    8

    80.0

    8-ME-BpD

    10

    6

    60.0

    3-ME-BpD

    10
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    5

    50.0

    8-HE-BpD

    10

    4

    40.0

    BpD-MB

    8

    3

    37.5

    BpD-DA

    7

    1
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    14.3

    BpD-DB

    8

    1

    12.5

    3-HE-BpD

    8

    1

    12.5

    HpD

    10

    1

    10.0
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    空白对照 Control

    10

    0

    0.0

    注:光敏剂剂量均为6 μg/g The dose of photosensitizers used was 6 μg/g body weight in all groups表2 5种苯并卟啉衍生物对小鼠肉瘤180的

    光动力损伤作用

    Tab.2 Photodynamic effects of 5 BpDs on sarcoma 180 in mice 光敏剂

    Photosensitizer

    鼠数
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    No. of

    mice

    治疗后平均瘤重

    Mean tumor weight

    (mg, /Images/2003/9/1/b7/72/58/38_1.GIF (124 bytes)±s)

    抑制率

    Inhibitory rate

    (%)

    BpD-MA
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    10

    462± 98*

    77.5

    8-ME-BpD

    10

    599± 78*

    70.8

    3-ME-BpD

    10

    652±105*

    68.2

    8-HE-BpD
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    10

    1 007±157*

    50.9

    BpD-MB

    10

    1 114±242*

    45.7

    HpD

    10

    1 432±159

    30.2

    空白对照 Control
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    10

    2 052±378

    注:光敏剂剂量均为2 μg/g The dose of photosensitizers used was 2 μg/g body weight in all groups

    *与HpD对照组比较 Compared with the HpD group, P<0.01

    讨论

    由于BpD-MA化学结构中的丙羧基含有酯键,故遇稀酸稀碱易水解,且不溶于水。因此,在分子中引入亲水基团以提高其水溶性,是发挥此类化合物光动力疗效和未来发展苯并卟啉光动力治癌新药的关键。

    研究发现,BpD 3-或8-位带有乙烯基的游离酸(BpD-DB和BpD-DA)难溶于水,乙烯基被醚或羟基取代后溶解度有一定的提高;而BpD单酯(BpD-MA和BpD-MB)为酯溶性化合物,不溶于水。环己二烯环在卟啉核环A或环B位置的不同能影响大分子的水溶性,通常环A化合物比其相应的环B化合物有较大的水溶性。环A化合物8-ME-BpD和8-HE-BpD易溶于水(溶解度大于2 mg/ml),而环B化合物3-ME-BpD和3-HE-BpD难溶于水(溶解度小于0.4 mg/ml)。由于环A化合物的疗效普遍比环B化合物好,且有一定的溶解度,对它们可进一步进行结构改造,期望找到与BpD-MA活性相当的化合物。
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    所有的BpD类似物均有相似的紫外吸收光谱及相近的单线态氧量子产率,但它们对动物移植瘤的光动力学效应却不尽相同。环A还原的BpD似较其对应的环B类似物有更强的光敏化力,3-或8-位乙烯基被烷基醚或羟基取代,能提高BpD对肿瘤的光敏化力,其中以BpD-MA效果最佳。这一结果提示,由于丙羧位单甲酯化而形成的相对有利脂水分配可能是增强光动力学效应的必要条件。目前,我们正在进行通过在BpD丙酸基侧链上引入氨基酸以代替羧酸酯和增大环周边烷基醚碳链的长度来改变其极性的研究,以期获得脂水分配系数更为理想的BpD。 参考文献

    [1] 余建鑫,许德余. 研究开发中的新型光动力治癌药物苯并卟啉衍生物单酸环A. 中国激光医学杂志,1998, 7:38-41.

    [2] Richter AM, Waterfield E, Jain AK, et al. Photosensitising potency of structural analogues of benzoporphyrin derivative (BpD) in a mouse tumour model. Br J Cancer, 1991, 63:87-93.
, 百拇医药
    [3] Lui H, Hruza L, Kollias N, et al. Preliminary studies on cutaneous photosensitivity in patients undergoing photodynamic therapy with benzoporphyrin derivative. Photochem Photobiol Suppl, 1993, 57: 190-193.

    [4] Jamieson CHM, McDonald WN, Levy JG. Preferential uptake of benzoporphyrin derivative by leukemic versus normal cells. Leuk Res, 1990, 14: 209-219.

    [5] Hruza L. Photodynamic therapy of psoriasis using benzoporphyrin derivative monoacid ring A (BpD-MA): preliminary observations. In: Dolphin D, Spinelli P, eds. 21st Annual Meeting of the American Society for Photobiology. Chicago: Elsevier Science Publishers, 1993. 53-54.

    收稿日期:1998-06-19, 百拇医药