عوامل ضد سرطان (آلکیله کننده ها)

عوامل آلکیله کننده
mustard ها جزء اولین آلکیله کننده هایی بودند که شناسایی شدند و در شیمی درمانی مورد استفاده قرار گرفتند.

ترکیبی مثل مکلوراتامین، ترکیبی است که با DNA وارد واکنش می شود؛ در واقع با NH₂ ناحیه 2 و نیتروژن ناحیه 7 گوانین واکنش می دهند.

در پورین ها نیتروژن ناحیه 7 فعال است؛ اما در گوانین، هم N ناحیه 2 و هم N ناحیه 7، فعال است.

شکل 1: نیتروژن ها ی نوکلئوفیل در گوانین
ترکیبات آلکیله کننده، ترکیباتی الکتروفیل هستند (با داشتن گروه های الکتروفیل) که می توانند با نوکلئوفیل های داخل بدن واکنش دهند.
نیتروژن 2 و 7 در گوانین جزء نوکلئوفیل هایی است که می تواند با این ترکیبات الکتروفیل وارد واکنش شود.
عوامل الکتروفیل (آلکیله کننده ها)، یا دارای بخش های مثبت هستند یا بخش هایی دارند که می تواند با نوکلئوفیل ها واکنش دهد و در مراحل Replication و transcription می توانند دخالت کنند و مانع این عمل شوند.

اما مشکلی که وجود دارد آن است که در سطح بسیاری از پروتئین های بدن نیز عوامل نوکلئوفیلی مثل SH و OH وجود دارد که می توانند با عوامل آلکیله کننده واکنش دهند که این مشکل جزء عوارض جانبی این ترکیبات محسوب می شود. عوامل نوکلئوفیل در داخل DNA میتوانند ایجاد cross link های intrastrand (درون رشته ای) و interstrand (برون رشته ای) کنند.

شکل2: cross link درون رشته ای سمت راست و برون رشته  ای سمت چپ

شکل3: آلکیلاسیون DNA توسط chlormethine (یک نیتروژن موستارد)، نوعی cross link برون رشته ای (interstrand)
پس می توان ۲ نوع کراس لینک ایجاد کرد.
آلکیلاسیون ایجاد میس کد می کند یعنی نحوه قرار گرفتن باز ها با روند طبیعی متفاوت است.
برای مثال اگر قرار است یک ترکیب به عنوان دهنده پیوند هیدروژنی عمل کند، به عنوان گیرنده عمل می کند فلذا نحوه اتصال بازها تغییر می کند که موجب حالت میس کد می شود.
کراس لینک ۲ نوع است: یک نوع به صورت اگر ۲ عامل نوکلئوتید روی یک رشته قرار بگیرد و عامل آکلیله کننده متصل به ۲ نوکلئوتید در یک رشته DNA شود،Intrastrand crosslinking رخ میدهد که یک نوع تداخلی است که دارو می‌تواند ایجاد بکند.

نوع دیگر به این صورت است که روی ۲ رشته با فاصله مشخص باشند و Alkylating Agent که دارای گروه های متعدد ترک شونده هستند و حداقل باید ۲ گروه ترک شونده داشته باشند تا بتوانند Cross-link را ایجاد کنند و پیوندی که ایجاد می شود بین ۲ رشته مختلف ایجاد می شود.

بین این ۲ نوع تداخلی که ماده آلکیله کننده ایجاد می کند، تداخل بین دو رشته موثرتر است یعنی مانع این می شود که ۲ رشته از هم باز شوند. به علاوه اینکه حجم گروه آلکیله کننده نیز مهم است و اگر حجیم باشد، آنزیم هایی که این گروه ها را شناسایی می کنند راحت تر گروه های حجیم را شناسایی می کنند ولی اگر کوچک باشند به راحتی شناسایی نمی شوند.
پس interstarnd crosslink ها بهتر از instrastrand crosslink ها هستند و به طور موثری در سرطان مورد استفاده قرار می گیرند.

قسمت های نوکلئوفیلیک در نوکلئوئیک اسید ها:
در آدنین ۲ نیتروژن گروه نوکلئوفیل هستند و هرکدام یک جفت الکترون آزاد دارند که دخالتی در سیستم آروماتیک حلقه ندارند و به طور آزاد می توانند به عنوان عوامل نوکلئوفیل عمل بکنند.
در گوانین نیتروژن شماره ۷ و نیتروژن NH2 و در سایتوزین نیتروژن NH2 به عنوان عوامل نوکلئوفیل عمل می‌کنند.

Miscode: در حالت طبیعی سیتوزین در مقابل گوانین قرار می گیرد و ۳ نوع پیوند هیدروژن بین آنها برقرار می شود. گوانین به عنوان گیرنده و NH2 سایتوزین به عنوان دهنده عمل میکند و گوانین ۲ بار به عنوان Donor و یکبار به عنوان Acceptor عمل می کند.

 

 

 
 اگر پیوند هیدروژنی ایجاد نشود، به تبع آن پیوند فسفو دی استر نیز ایجاد نمی شود.
گوانین تمایل بیشتری به رزونانس کتو دارد تا به رزونانس انول.
وقتی که گوانین آلکیله می شود یعنی نیتروژن شماره ۷ با دارو واکنش می دهد و مثبت می شود، این نیتروژن مثبت روی حلقه کناری اثر می گذارد و باعث می شود که مولکول از حالت کتو به حالت انول تبدیل شود که ۲ بخش آن تغییر می کند:
 ۱)قسمت کربونیل که به عنوان گیرنده عمل می کرد، به عنوان دهنده عمل می کند.
۲)نیتروژن که به عنوان دهنده عمل می کرد، به عنوان گیرنده عمل می کند. این تغییرات موجب می شود که گوانین با تیمین پیوند برقرار کند(از حالت GC به GT تبدیل می شود) که به این حالت میس کد می گویند.

 

 

 

از ترکیبات آلکیله کننده می توان به ترکیبی ساده که از گروه Nitrogen mustard است اشاره کرد که جزو آلکیله کننده های کلاسیک محسوب می شود که ۲ بازوی اتیل کلراید و ۱ متیل دارد.

این دارو اولین دارویی بود که در این گروه Approve شد و وارد بازار شد.

 ۲ بازوی اتیل کلراید می تواند ایجاد کراس لینک داخل رشته ای و بین رشته ای کند، در Replication دخالت داشته باشد و موجب Alkylation گوانین شود.

 

آنالوگ هایی از این ترکیب ساخته شدند که ترکیبات بهتری هستند.
مکانیسم عمل این دارو به این گونه است که جفت الکترون نیتروژن می تواند به یکی از این بازو ها حمله کند و موجب ترک کلر و ایجاد حلقه می شود که به این حلقه aziridinium گفته می شود. حال گوانین ها از یک یا ۲ رشته می توانند وارد عمل شده و نیتروژن شماره ۷ گوانین به کربن حمله می کند و پیوند حلقه شکسته شده و نیتروژن به حالت طبیعی خود بر می گردد.

دومین واکنش می تواند در همان رشته یا رشته مقابل انجام بگیرد، قبل این اتفاق باید یک واکنش درون مولکولی رخ بدهد و حلقه aziridinium تشکیل دهد و نیتروژن مثبت شود. حال نیتروژن رشته مقابل می تواند از بخش نزدیکتر واکنش بدهد و کراس لینک بین رشته ای ایجاد بکند که این کراس لینک بین رشته ای مانع مرحله replication می شود و ۲ رشته DNA نمی توانند از هم جدا شوند مگر اینکه آنزیمی بتواند ترکیب را شناسایی کند و بردارد.

در این ترکیب نیتروژن بسیار فعال است یعنی نیتروژن آلیفاتیک است و خاصیت بازی زیادی دارد و به عنوان یک عامل الکتروفیل می تواند به ترکیبات طبیعی حمله کند.
برای کاهش خاصیت بازی این ترکیب (که عوارض جانبی را کاهش دهیم) به جای متیل یک حلقه فنیل قرار می دهیم، حلقه فنیل خاصیت بازی نیتروژن را کم میکند البته به حدی هست که واکنش با بازو اتیل کلراید انجام دهد.
علت قرار دادن حلقه فنیل این است که یک الکترون کشنده است و می تواند جفت الکترون نیتروژن را به سمت خود بکشد و نوکلئوفیلیسیته و واکنش پذیری نیتروژن را کاهش دهد چون واکنش پذیری بالای نیتروژن موجب ایجاد عوارض جانبی و خواص سمی می شود.
بهتر است به جای فنیل از حلقه ای استفاده کنیم که جزو آمینو اسید ها باشد که مثل L-فنیل آلانین که تشکیل Melphalan می دهد و می تواند توسط جذب فعال وارد سلول شود و وارد هسته شود ( به علت وجود آمینو اسید). جذب فعال دارو‌ موجب می شود که دارو در محیط خارج سلول کمتر باقی بماند و موجب کاهش عوارض جانبی می شود. حلقه آروماتیک و فنیل آلانین در این دارو خاصیت نوکلئوفیلی را کم کرده است.

ساختار Melphalan

 

 

 

از حلقه اوراسیل که یک حلقه آروماتیک هست نیز می توان استفاده کرد که دارو اوراسیل موستارد(Uracil mustard) ایجاد می کند که نوکلئوفیلیسیته نیتروژن را کاهش می دهند.

 

 

 

همه ی این ترکیب ها از خاصیت نوکلئوفیلیسیته نیتروژن کم میکنند در نتیجه واکنش پذیری آن کم می شود اما عوارض جانبی آن هم به همان مقدار کم می شود.
علت استفاده از اوراسیل به این دلیل است که سلول هایی که سریع دارند رشد می کنند، برای رشد خود به اوراسیل نیاز دارند. به خصوص سلول های سرطانی برای تهیه RNA مورد نیازشان استفاده ی زیادی از آن می کنند. پس این ترکیب می تواند به عنوان پیش ساز مورد استفاده قرار بگیرد و اثرات خود را اعمال کند.

همچنین می توان نیتروژن را به یک حلقه ی استروئیدی متصل کنیم و آن را به صورت کارباموئیل اسید در بیاوریم.
حلقه ی استروئید به آن کمک کرده که وارد سلول شود. گروه کربونیل که الکترون کشنده است باعث می شود که خاصیت نوکلئوفیلیسیته ی نیتروژن کمتر بشود. ترکیب استرادیول هم کمک می کند. خاصیت هیدروفوبیک دارد و باعث کمک به عبور از غشاء و ورود به سلول می شود.
همچنین می توان از استر هایی به صورت حلقوی استفاده کرد مانند استر های فسفر به عنوان مثال سیکلوفسفامید.
این ترکیب برای اینکه عوارض جانبی نداشته باشد پرودراگ می‌باشد. ولی در داخل سلول توسط سیتوکروم 450 اکسید می‌شود.
در ناحیه 4 هم هیدروکسیله می شود. در این ناحیه ی هیدروکسیه شده، پروتون می گیرد و حلقه باز می شود.
در مرحله بعد هیدروژن آلفا باعث می شود که پیوند بشکند و دو ترکیب از ترکیب اولیه حاصل شود.
ترکیب آکرولئین یکی از آن هاست. مسئول اثرات سمی است که سیستیک خونریزی دهنده می دهد
لذا برای کمتر شدن اثر سمی آن باید از ترکیبات دیگر همراه این دارو استفاده کنیم.
ترکیب دیگری که از این واکنش ایجاد می شود و اصلی است، یک عامل آلکیله کننده می باشد. نیتروژنی متصل به فسفر است که دو بازوی اتیل کلراید دارد.
این نیتروژن خاصیت نوکلئوفیلی آن به علت قرار گیری در کنار یک فسفر به صورت فسفات، کاهش پیدا کرده است. پس عوارض جانبی آن کاهش می یابد.
این ترکیب یک ترکیبی است که به مقدار زیاد به عنوان عامل آلکیل کننده مورد استفاده قرار می گیرد و چون پرودراگ است سمیت آن هم کمتر است به صورت خوراکی هم استفاده می شود.     
(بر خلاف دارو های دیگر این دسته).