烟酰胺核糖氯化物的应用

背景及概述^[1]

烟酰胺核苷是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)的前体，并且代表维生素B3的来源。最近的研究已表明，摄取比食品中天然存在的更大量的烟酰胺核苷，可以获得新的健康益处。例如，烟酰胺核苷已经涉及提高组织NAD浓度和诱发胰岛素敏感性以及增强去乙酰化酶（sirtuin）功能。其增加NAD产生的能力表明，烟酰胺核苷还可以提高线粒体健康状态、刺激线粒体功能和诱导产生新的线粒体。在阿尔茨海默氏病模型中采用烟酰胺核苷进行的其它研究已表明，该分子对于脑部具有生物可用性，并且可能通过刺激脑部NAD合成来提供神经保护作用（出处同上）。此外，2012年的研究观察到，食用补充有烟酰胺核苷的高脂肪饮食的小鼠与食用不含烟酰胺核苷的相同高脂肪饮食的小鼠相比，体重增加减少60%。烟酰胺核苷氯化物（3-氨基甲酰基-1-[(2R，3R，4S5R)-3，4-二羟基-5-(羟甲基)氧杂环戊烷-2-基]-吡啶-1-鎓氯化物；还称为1-(β-D-呋喃核糖基)烟酰胺氯化物）是烟酰胺核苷的已知盐形式，尽管存在烟酰胺核苷及其氯化物盐的有用属性（例如在药物或营养增补剂方面），但通常需要改进。

应用^[2-3]

阿霉素作为蒽环类抗生素，是治疗各种类型实体肿瘤中最有效和广泛使用的化疗药物之一，不幸的是，几十年来，其在治疗癌症时引起的心脏毒性限制了该药物的临床使用。阿霉素引起心脏毒性的机制非常复杂，研究表明，氧化应激、心肌细胞死亡(凋亡和程序性死亡)以及自噬功能失调等可能是阿霉素诱导心脏毒性损伤的主要机制。目前，临床上对阿霉素引起心脏毒性的防治手段极其有限，因此对其进一步研究极其有必要。烟酰胺核苷作为NAD+的前体，广泛存在于日常的食物中。在机体内NAD+发挥重要的作用，其中特别需要指出的是，NAD+是Sirt1激活所需要的、并且能调控细胞内的氧化还原信号，因此能够在心肌细胞中抵抗氧化应激反应、从而保护心肌免受损伤。所以，烟酰胺核苷有可能会保护心脏减轻阿霉素引起的损伤。烟酰胺核苷通过改善自噬流减轻阿霉素心脏毒性损伤。阿霉素能够引起心脏毒性和降低心脏功能；烟酰胺核苷能减轻阿霉素引起的心脏毒性和改善心脏功能，并且其保护作用呈剂量效应关系；阿霉素能够阻断自噬流，从而诱导活性氧的产生，引起心肌损伤和心功能受损；烟酰胺核苷在阿霉素心肌毒性中能改善自噬流，而阻断自噬流能消除烟酰胺核苷对阿霉素引起心肌损伤的保护作用；阿霉素心肌损伤中，抑制Sirt1活性能够消除烟酰胺核苷对自噬流和心肌损伤的保护作用。研究结论：烟酰胺核苷保护心肌细胞减轻阿霉素诱导的心肌活性氧产生和心肌损伤作用，这些作用与Sirt1信号激活和维护自噬流通畅有关。因此，烟酰胺核苷可能是防治阿霉素心脏毒性损伤的药物。

此外，近期，在一项对老年人进行的小型试验表明，每天补充一种天然存在于食物中的营养素可能会改善动脉的健康和血压。科罗拉多博尔德大学的研究人员发现，该补充剂称为烟酰胺核苷模拟了热量限制的一些影响，激活了几种相同的生物途径。这项新的研究发现，服用烟酰胺核苷能显著改善轻度高血压患者的血压。如果结果在更大的临床试验中得到证实，研究人员认为它们可能对生物医学有重要的影响，例如增加血压的治疗选择。烟酰胺核糖核苷是某些食物中存在的微量营养素，如牛的奶和在膳食补充剂形式中的较高浓度。研究表明，营养素含有作为维生素B-3的独特特性，比如提高胰岛素敏感性；提高锻炼的效果；保护大脑；并能抵抗高脂饮食的有害作用。研究人员从博尔德地区招募了24名健康的男性和女性，其年龄在55～79岁之间，将其分为2组。其中一个组每天服用500mg烟酰胺核苷氯化物，服用时长为6周，然后再采用安慰剂治疗6周。另一组遵循相反的模式：首先服用安慰剂6周，然后再服用500mg剂量的烟酰胺腺嘌呤核苷，持续6周。研究小组分析了受试者在每个治疗期结束时给予的血液样本，并在这些时间接受了其他“生理测量”。研究结果显示均无严重的不良反应。结果表明，每天服用1000mg烟酰胺核苷可使烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)水平提高60%。

制备^[1]

步骤1：制备端基异构纯的烟酰胺核苷三乙酸酯三氟甲磺酸盐。

向20L反应器添加576g(4.71mol)的烟酰胺(Aldrich或其它商业来源)和7.5LCH₃CN。向搅拌的悬浮液中加入1.57L(8.64mol)三氟甲磺酸三甲基甲硅烷基酯(TMSOTf)(Oakwood或其它商业来源)，一次性全部加入。搅拌混合物直至所有烟酰胺都溶解，然后加入溶于1.25LCH₃CN中的500g(1.57mmol)α/β-D-呋喃核糖1，2，3，5-四乙酸酯的溶液，一次性全部加入。将残留在加料管中的核糖酯溶于250mL的CH₃CN，并将该溶液加入反应混合物中。在室温搅拌反应混合物30分钟，期间形成白色沉淀(包含烟酰胺三氟甲烷-硫酸盐)。在30分钟的反应时间之后，通过添加50mL的1.2MNaHCO_3(水溶液)引发过量TMSOTf的水解，允许产生的气体被排出，然后沉降。分批加入额外425g(5.06mol)的NaHCO_3(s)以控制气体产生。在添加了所有的NaHCO₃后，将悬浮液搅拌15分钟。此时，反应pH为3。将固体过滤，并用CH₃CN(3x500mL)清洗滤饼。将合并的滤液和洗液在真空下浓缩以除去8.5L的溶剂。为了方便，可以中止浓缩，并可将残留溶液在-20℃储存长达18h。将残留的溶液转移回20L反应器，使用250mL甲醇将最后痕量的反应浓缩物清洗到反应器中。用5L的CH₂Cl₂稀释该溶液，获得白色沉淀，其主要由三氟甲磺酸钠(NaOTf)和烟酰胺三氟甲烷硫酸盐组成。过滤该混合物，然后用2L的CH₂Cl₂清洗滤饼。将合并的滤液和洗液在真空下浓缩直至成为粘稠油状物。(为了方便，可以中止浓缩，并可将残留溶液在-20℃储存长达18h)。在CH₂Cl₂蒸馏的速度慢至痕量后，将剩余的油状物吸收在1L甲醇中，然后将溶液在真空浓缩以除去任何残留的CH₂Cl₂。

步骤2：通过将烟酰胺核苷三氟甲烷磺酸盐和乙酸盐离子交换为氯离子而制备烟酰胺核苷氯化物。

使用7.5L甲醇将残留物转移回20L反应器。对反应器施加冰浴将内部温度调整为3℃。另一方面，将3.75L(3.75mol)的溶于甲醇中的1MNaOCH₃冷却至3℃，然后将该溶液经10分钟加入反应器。在添加期间，将内部温度保持为低于5℃。在完成添加后，将反应混合物搅拌30分钟，然后缓慢添加1.25L(3.75mol)的3MHCl，将内部温度保持为低于5℃。在添加HCl结束时，pH＝3。在真空下除去溶剂。(为了方便，可将部分浓缩的溶液在4℃储存长达48h)。在完成浓缩后，可将残留物在-20℃储存长达18h。为了除去残留的甲醇，将蒸发残留物溶于水中并在真空下浓缩(3x1L)。将残留物吸收在5L水中，并用2MNaOH_(水溶液)将pH调为4。向溶液中加入氯化纳(NaCl)，并将混合物在室温下搅拌直到NaCl饱和，剩下约5g的未溶解的NaCl。用四氢呋喃(THF，3x5L)萃取该饱和溶液。通过¹HNMR监控水层以确认在萃取完成后已除去了乙酸。用2MNaOH_(水溶液)将水相调节至pH＝6-7，然后用THF(4x5L)萃取。通过¹HNMR监控水层以确认相对于烟酰胺核苷，残留烟酰胺为<5mol％。还使用¹⁹FNMR确认在水层中不存在三氟甲磺酸盐。然后在真空下浓缩水层以除去2.5L水。用5L乙醇将残留悬浮液稀释，过滤，用2.5L乙醇清洗盐沉淀。在真空下将合并的滤液和洗液浓缩为粘稠油状物。将其与1.5L甲醇一起搅拌，过滤沉淀，并将溶液在真空下浓缩。另外用1.5L甲醇与残留物一起搅拌，过滤沉淀并将溶液在真空下浓缩。将残留物与第三份1.5L的甲醇一起搅拌，过滤沉淀，并将溶液在真空下浓缩，获得385g橙红色油状物。通过¹HNMR确认残留的甲醇量为34g，粗产物收率为351g(77％)。THF萃取物用于除去大多数过量的烟酰胺。由于三氟甲磺酸钠可溶于THF，萃取也从溶液中除去了三氟甲磺酸钠，同时将烟酰胺核苷与其抗衡离子氯离子留在水层中。与此前合成烟酰胺核苷氯化物相反，这允许制备端基异构纯的烟酰胺核苷氯化物。烟酰胺核苷最近的合成已获得端基异构体纯的材料，其为溴化物盐、三氟甲磺酸盐或三氟乙酸盐，它们相对于氯化物盐，对于人类消耗来说不那么理想。

主要参考资料

[1] CN201680014613.8烟酰胺核苷的结晶形式

[2] 烟酰胺核苷通过改善自噬流减轻阿霉素心脏毒性损伤试验

[3] 补充烟酰胺核苷可能会改善动脉的健康和血压

[4] CN201580040316.6结晶的β?D?烟酰胺核苷的制备和用途