《Tetrahedron》：Total synthesis of novel (6R)-hydroxy-D-erythro-sphingosine-like analogues
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Katarína Spa?eková、Jana ?paková Raschmanová、Monika Tvrdoňová、Martina Bago Pilátová、Viktória Medvecová、Juraj Kuchár、Miroslava Martinková斯洛伐克科
Katarína Spa?eková、Jana ?paková Raschmanová、Monika Tvrdoňová、Martina Bago Pilátová、Viktória Medvecová、Juraj Kuchár、Miroslava Martinková
斯洛伐克科希策P.J. ?afárik大学化学科学研究所有机化学系，Moyzesova 11号，041 54
摘要
本文描述了一条合成路线，用于制备(6R)-羟基鞘氨醇的立体异构类似物（l-erythro-和l-threo-），该路线以基于d-甘露醇的chiron为起始原料。Overman重排和Wittig反应是完成这些非天然鞘氨醇类化合物全合成的关键步骤。在五种不同的癌细胞系上评估了所得产物的体外抗增殖活性，发现l-threo-异构体具有显著的抗肿瘤潜力，尤其是对U87胶质母细胞瘤（IC50 = 5.6 μM）和A2058黑色素瘤（IC50 = 5.4 μM）细胞系。此外，本文还对比了天然鞘脂分子halisphingosine B的过乙酰化类似物与其对映体的结构，发现已发表的核磁共振（NMR）数据存在不一致之处。
引言
含有邻位氨基醇基团的鞘氨醇类化合物[1]是一类有趣的化合物，它们不仅在鞘脂合成中起着关键作用，还参与多种细胞信号传导过程，如增殖、凋亡、自噬和分化[2]，因此在整个生命界中普遍存在[1]。大多数哺乳动物的鞘脂骨架主要由两种分子构成，即d-erythro-鞘氨醇[1]（2S,3R)-2-氨基十八-4-烯-1,3-二醇和d-ribo-植物鞘氨醇[2]（2S,3S,4R)-2-氨基十八烷-1,3,4-三醇（图1）。这两种分子以及(6R)-羟基d-erythro-鞘氨醇[3]（2S,3R,6R)-2-氨基十八-4-烯-2,3,6-三醇（图1）都以神经酰胺的形式存在于角质层（SC）的细胞外空间[3]中（Cers是1的N-酰基衍生物）。角质层是表皮的最外层，它使皮肤具有防水性，从而防止致命的脱水[4,5]。值得注意的是，角质层中的脂质在结构上具有多样性。这一高度特化的保护屏障由鞘脂（如上述的神经酰胺）、游离脂肪酸和胆固醇以大约1:1:1的摩尔比组成。有趣的是，在角质层成分中未发现磷脂。除了游离形式的脂质外，皮肤屏障还包含共价结合的脂质，包括通过ω-羟基酸基团与表皮蛋白结合的Cers，形成角质形成细胞的包膜[6]。通过对角质层中神经酰胺亚类的分析发现，来自3（6-羟基鞘氨醇Cers 4-7，图1）的神经酰胺占角质层中游离Cers总量的33%[3,8]。通过比较Downing及其同事在1994年报道的天然产物6的过乙酰化衍生物的NMR数据与Mori和Masuda在2003年合成的(6R)-8和(6S)-9的NMR数据，确定了3及其神经酰胺6的立体化学结构（图1）。化合物5中N-酰基部分的C-2位点的(R)构型由同一作者在2005年确定[10]，他们还合成了化合物8和9。迄今为止，文献中仅有两篇关于以游离碱形式合成3的报道。2003年，Yadav及其同事[11]首次实现了(6R)-羟基鞘氨醇3及其(S)-类似物的立体选择性全合成；2015年，荷兰化学家[12]制备了天然产物3。相比之下，人们更关注含有6-羟基鞘氨醇的神经酰胺[13]及其类似物的合成[9,10,[12],[13],[14],[15],[16]，因为这些化合物在市场上难以获得，从天然来源（皮肤）中分离它们也非常困难。因此，这类鞘脂通常通过有机合成方法制备。例如，Vávrová及其同事[15]开发了一条简单的路线，可以基于多种鞘氨醇类化合物（如1-3）制备一系列神经酰胺，这些化合物具有超长链（≥30个碳原子）。这类化合物对陆地哺乳动物的生存至关重要。同一研究小组[16]还合成了含有C24脂肪酸链的4（图1），并研究了其在模型皮肤屏障膜中的生物物理行为，以探讨为什么6-羟基神经酰胺仅存在于表皮中。需要指出的是，皮肤神经酰胺的6-羟基化机制及其在角质形成细胞中的催化酶尚不清楚。
鉴于我们长期以来对具有抗癌活性的鞘氨醇类化合物立体选择性合成的兴趣[17]，我们着手开发(6R)-羟基鞘氨醇类似物的合成策略。目标分子缺乏双键，其邻位氨基醇基团的构型为l-erythro-或l-threo-（化合物10和11，图2）。如图2所示，化合物11是天然halisphingosine B（12）的对应物，后者与不饱和衍生物halisphingosine A（14）一起由Molinski及其同事在2013年从海洋海绵Haliclona tubifera中分离出来[18]。Jung的研究小组在2007年也在Haliclona属（Reniera）的海绵中发现了结构与14相同的鞘氨醇类化合物，并证明了其对五种固体肿瘤细胞系（A549、SK-OV-3、SK-MEL-2、XF498、HCT15）的细胞毒性，IC50值介于4.33 μM至5.75 μM之间（中位IC50约为5.10 μM）[19]。实际上，Molinski等人[18]最初提出的halisphingosine A（14）的结构是错误的，这一错误在2024年由Beemelmanns的研究小组[20]纠正。Schobert及其同事在2020年合成14时获得的不一致的NMR数据引发了对该结构的重新评估，最终确定halisphingosine A的正确结构为(2R,3R,8R,9Z)-2-氨基十八-9-烯-1,3,8-三醇[20]（图2）。由于我们的对映体ent-13的NMR光谱与已知产物13的NMR光谱不同（见图4和表1），因此可以推断halisphingosine B的已知结构也可能不正确[见下文]。此外，作者分别通过两种独立的路线从12和14的N-Boc衍生物合成了13，两种情况下都得到了相同的化合物。令人惊讶的是，像海绵这样的简单海洋生物能够产生与陆地哺乳动物相关的鞘氨醇类化合物的立体异构体（3 vs 12）；不过这也不能完全排除这种可能性。
章节摘录
化学
我们合成6-羟基鞘氨醇类似物10和11的逆合成策略如图1所示。疏水链是通过Wittig烯化高级中间体16和17引入的。预计16和17中带有氨基的新的立体中心将通过基于醇18的子结构的Overman重排来构建。衍生物18将由已知的二醇19制备[22]。
结论
总结来说，我们成功合成了天然6-羟基鞘氨醇3的两种立体化学异构体，其中Overman重排和Wittig烯化是关键步骤。选择已知的d-甘露醇衍生物(2S,5S)-5,6-[(异丙叉)二氧]己烷-1,2-二醇19作为起始原料。目标分子10和11中的C-3和C-6立体中心由起始原料提供，而C-2位置的立体中心则通过后续反应确定。
通用方法
柱层析在Merck公司的Kieselgel 60（0.040–0.063 mm，230–400目）硅胶上进行，使用使用前经过蒸馏的溶剂。反应在氮气惰性气氛下的无水溶剂中进行。分析层析使用Merck公司的Silica gel 60 F254板，可视化方法包括紫外光（254 nm）或喷洒磷钼酸溶液后加热。NMR光谱数据记录如下。
CRediT作者贡献声明
Katarína Spa?eková：研究工作、数据管理。Jana ?paková Raschmanová：研究工作。Monika Tvrdoňová：数据管理。Martina Bago Pilátová：研究工作。Viktória Medvecová：数据管理。Juraj Kuchár：研究工作、数据管理。Miroslava Martinková：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、方法学研究、资金申请、数据分析、概念化。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究的资金由欧盟NextGenerationEU通过“斯洛伐克恢复与韧性计划”（项目编号：09I02-03-V01-00021）提供。此外，本研究还得到了斯洛伐克教育部Grant Agency（项目编号：1/0498/23）的支持。同时，也感谢P.J. ?afárik大学科学学院的“内部科学资助计划”（项目编号：vvgs-2025-3492）的财政支持。
