本發明涉及醫藥化學，特別是骨質疏松治療藥物，具體涉及一類四氫-β-咔啉類化合物，其制備方法，包含其的藥物組合物，以及它們在制備治療和/或預防破骨細胞活性異常導致的疾病的藥物中的用途。
背景技術：
1、骨質疏松(osteoporosis，op)是常見的骨相關疾病之一，多發于中老年人尤其是絕經后婦女，其特征是患者骨密度(bmd)降低且有持續增加的疏松性骨折風險。隨著人口老齡化加劇，骨質疏松癥顯著威脅中老年人的身體健康，并帶來了很大的家庭和社會負擔，使其作為公共健康問題越來越受到重視。目前臨床上使用的抗骨質疏松藥物，如雙膦酸鹽類藥物阿侖膦酸鈉、雌激素受體調節劑雷洛昔芬等，治療效果有限且副作用較大，因此目前迫切需要開發更加安全、有效的抗骨質疏松藥物。
2、nf-κb受體活化因子配體/nf-κb受體活化因子(rankl/rank)通路在骨代謝中起重要作用，rankl作為破骨細胞活化中的關鍵調節因子，是抗骨質疏松藥物的重要靶標。目前上市的靶向rankl抑制劑僅有單抗類藥物地舒單抗(denosumab)，主要用于臨床治療絕經后骨質疏松和實體瘤骨轉移，但其作為單克隆抗體長期使用會導致免疫抗原性，且存在大分子藥物透膜性差、患者給藥依從性低、需低溫儲存等問題，因此開發小分子rankl抑制劑對于骨相關疾病的治療非常具有競爭力。
技術實現思路
1、本發明設計、合成了一系列具有較好rankl抑制活性的新型四氫-β-咔啉類化合物，其制備方法簡單、原料易得，產率較高。通過抗酒石酸酸性磷酸酶(trap)染色實驗測定了合成化合物對rankl誘導的破骨細胞生成的抑制活性，其中化合物j1、e13″等表現出很好的破骨細胞抑制活性；并通過表面等離子共振技術(spr)測得化合物j1與rankl蛋白有較高的結合能力。
2、基于此，本發明的目的之一是提供式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物。
3、本發明的目的之二是提供式p所示的四氫-β-咔啉類化合物的制備方法。
4、本發明的目的之三是提供一種藥物組合物，其包含式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物。
5、本發明的目的之四是提供一種rankl抑制劑，其包含式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物。
6、本發明的目的之五是提供式p所示的四氫-β-咔啉類化合物或所述藥物組合物在制備預防和/或治療破骨細胞活性異常導致的疾病的藥物中的應用。
7、為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
8、本發明一方面，提供一種式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物，
9、
10、其中：
11、“---”表示化學鍵有或無；
12、r1表示1至4(例如1、2、3、4)個獨立地選自氫、鹵素、c1-c4烷基、c1-c6烷氧基、羥基c1-c6烷基和c1-c6烷胺基的取代基；優選地，r1表示1至4個獨立地選自氫、氟原子、甲氧基的取代基；更優選地，r1為氫原子；
13、r2選自氫、c1-c6烷基、c3-c6環烷基、c1-c6烷酰基、c3-c6環烷基c1-c3烷酰基；優選地，r2選自氫、c1-c3烷基、c3-c6環烷基、c1-c3烷酰基、c3-c6環烷基甲酰基；更優選地，r2選自氫、甲基、乙酰基、環丙基甲酰基，進一步優選為氫或甲基；
14、n1和n2單獨或同時為1或2；
15、x為碳或氮；y為氧或硫；
16、ar1和ar2各自獨立地選自取代或非取代的c6-c10芳基、取代或非取代的5-6元雜芳基；優選地，ar1和ar2各自獨立地選自取代或非取代的苯基、取代或非取代的吡啶基、取代或非取代的茚烷基；
17、上述“取代或非取代的”中的取代指的是被一個或多個(例如2個)選自以下的取代基所取代：鹵素(例如氟)、羥基(-oh)、氨基(-nh2)、氰基(-cn)、c1-c6烷基(優選為c1-c3烷基，例如甲基、乙基、異丙基)、c1-c6鹵代烷基(優選為c1-c3鹵代烷基，例如c1-c3氟代烷基，例如三氟甲基)、c3-c6環烷基(例如環丙基)、c1-c6烷氧基(優選為c1-c3烷氧基，例如甲氧基)、c1-c6烷基-nh-(優選為c1-c3烷基-nh-)、(c1-c6烷基)(c1-c6烷基)-n-(優選為(c1-c3烷基)(c1-c3烷基)-n-，例如二甲氨基)、c1-c6烷酰胺基(優選為c1-c3烷酰胺基)、酯基(r3-c(＝o)-o-或r3-oc(＝o)-)、砜基(r3-s(＝o)2-)、磺酰胺基(r3-s(＝o)2nh-)、磷酰基((r3o)2-p(＝o)-)，其中各個r3各自獨立地選自氫、c1-c6烷基(優選c1-c3烷基，例如甲基)。
18、在具體的實施方式中，式p所示的四氫-β-咔啉類化合物中：
19、“---”表示化學鍵有或無；
20、r1表示1至4個獨立地選自氫、氟原子、甲氧基的取代基；
21、r2選自氫、c1-c3烷基、c3-c6環烷基、c1-c3烷酰基、c3-c6環烷基甲酰基；
22、n1和n2單獨或同時為1或2；
23、x為碳或氮；y為氧或硫；
24、ar1和ar2各自獨立地選自取代或非取代的苯基、取代或非取代的吡啶基、取代或非取代的茚烷基；所述“取代或非取代的”中的取代如前所定義。
25、在具體的實施方式中，式p所示的四氫-β-咔啉類化合物中：
26、“---”表示化學鍵有或無；
27、r1為氫原子；
28、r2選自氫、甲基、乙酰基、環丙基甲酰基，更優選為氫或甲基；
29、n1和n2單獨或同時為1或2；
30、x為碳或氮；y為氧或硫；
31、ar1和ar2各自獨立地選自取代或非取代的苯基、取代或非取代的吡啶基、取代或非取代的茚烷基；所述“取代或非取代的”中的取代如前所定義。
32、在具體的實施方式中，所述式p所示的四氫-β-咔啉類化合物由以下式e或j表示：
33、
34、其中，“---”、r2、n1、n2、y、ar1和ar2的定義如前所述。
35、在具體的實施方式中，所述式p所示的四氫-β-咔啉類化合物由以下式e1或j1表示：
36、
37、其中，“---”、r2、n1、n2、ar1和ar2的定義如前所述。
38、本領域技術人員應該理解，式p結構中隨部分取代基或化學鍵的變化，其周圍結構或基團可相應變化，例如當“---”表示無化學鍵時，若n2為1，其對應基團為甲基，若n2為2，其對應基團為乙基；相反，當“---”表示有化學鍵時，對應基團應為亞甲基或亞乙基。又例如，當“---”表示無化學鍵，x為碳時，此時相應x位置應為ch2；而當“---”表示有化學鍵，x為碳時，此時相應x位置應為ch。本領域技術人員應能根據所掌握的知識明晰以上或類似情況。
39、在本發明中，
40、所述“烷基”是指脂肪族飽和烴基團，可以是支鏈或直鏈的烷基。根據結構，烷基可以是單價基團或雙價基團(即亞烷基)，例如，在“羥基c1-c6烷基”中，所述c1-c6烷基實際為二價基團(亞烷基)。在本發明中，烷基優選是具有1-6個碳原子的“低級烷基”，甚至更優選具有1-3個碳原子的“低級烷基”。典型的烷基包括但不限于甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁基、戊基、己基等。
41、所述“鹵素”為f、cl、br、i，優選為f。
42、所述“鹵代烷基”為烷基中至少一個氫原子被鹵原子置換。在某些實施例方式中，如果兩個或更多氫原子被鹵原子置換，所述鹵原子彼此相同或不同。
43、所述“環烷基”為飽和的3-10元單環或多環脂環，同時可以是單價基團或雙價基團(及亞環烷基)；
44、所述“芳基”是指芳香基環中每一個構成環的原子都是碳原子，包括單環或稠環多環，同時可以是單價基團或雙價基團(即亞芳基)。在本發明中，芳基環優選具有6-10個碳原子的芳基，例如苯基、茚烷基等。
45、所述“雜芳基”為環上含有選自n、o、s中一個或一個以上雜原子的芳香基。根據本發明，雜芳基優選5-6元雜芳基。根據結構，雜芳基可以是單價基團或雙價基團(即亞雜芳基)。雜芳基的實施例包括但不限于吡啶基、嘧啶基、咪唑基、吡唑基、吡嗪基、三唑基、四唑基、噻吩基、噻唑基、呋喃基、噁唑基、異噁唑基、吡咯基、喹啉基、異喹啉基、吲哚基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、吲唑基、吲嗪基、酞嗪基、噠嗪基、異吲哚基、蝶碇基、嘌呤基、噁二唑基、噻二唑基、呋咱基、苯并呋咱基、苯并噻吩基、苯并噻唑基、苯并噁唑基、喹唑啉基等。
46、在具體的實施方式中，所述式p所示的四氫-β-咔啉類化合物選自以下結構所示的化合物：
47、
48、
49、
50、
51、
52、本發明的第二個方面，提供了上述式p所示的四氫-β-咔啉類化合物的制備方法。本發明的四氫-β-咔啉類化合物通過以下步驟制備，反應路線如下：
53、
54、其中，ar1、ar2、n1和n2的定義同上，
55、步驟1：n-boc-色氨酸a在縮合劑的作用下與芳基胺ar1-nh2縮合為n-boc-色氨酰芳胺b；
56、步驟2：n-boc-色氨酰芳胺b在三氟乙酸作用下脫boc為色氨酰芳胺c；
57、步驟3：色氨酰芳胺c與酮d或f通過酸催化的pictet-spengler反應得到對應的四氫-β-咔啉衍生物e(式e1所示的四氫-β-咔啉類化合物)或g；
58、步驟4：四氫-β-咔啉衍生物g脫除boc得中間體h；
59、步驟5：中間體h與芳基溴代物ar2-br通過buchwald-hartwig偶聯反應得衍生物i(式j1(r2為h)所示的四氫-β-咔啉類化合物)。
60、在具體的實施方式中，步驟1中，所述n-boc-色氨酸a為n-boc-l-色氨酸或n-boc-d-色氨酸，所述縮合劑為hatu或edci·hcl；
61、縮合劑為hatu時，反應體系中還可以包括縛酸劑，例如n，n-二異丙基乙胺；反應在溶劑中進行，所述溶劑可以例如為n，n-二甲基甲酰胺；反應溫度為60～80℃，反應時間為6～20h；
62、縮合劑為edci·hcl時，反應體系中還可以包括酰化催化劑，例如hobt；反應體系中還可以包括縛酸劑，例如三乙胺；反應在溶劑中進行，所述溶劑可以例如為四氫呋喃；反應溫度為20～30℃，反應時間為6～20h。
63、在具體的實施方式中，步驟2中，所述酸為三氟乙酸；反應在溶劑中進行，所述溶劑可以例如為二氯甲烷；反應溫度為20～30℃，反應時間為6～18h。
64、在具體的實施方式中，步驟3中，所述酸三氟乙酸；反應在溶劑中進行，所述溶劑可以例如為乙腈；反應溫度為20～30℃，反應時間為12～20h。
65、在具體的實施方式中，步驟4中，四氫-β-咔啉衍生物g在三氟乙酸作用下脫除boc得中間體h；反應在溶劑中進行，所述溶劑可以例如為二氯甲烷；反應溫度為20～30℃，反應時間為6～18h。
66、在具體的實施方式中，步驟5中，所述偶聯反應在pd2(dba)3，ruphos，碳酸銫的催化下進行；反應在溶劑中進行，所述溶劑可以例如為1，4-二氧六環；所述偶聯反應回流反應6～18h。
67、其中，hatu表示2-(7-偶氮苯并三氮唑)-n，n，n′，n′-四甲基脲六氟磷酸酯；edci·hcl表示1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽；hobt表示1-羥基苯并三唑；boc表示叔丁氧羰基。
68、本發明的第三方面，是提供一種藥物組合物，其包含如上所述的式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物，以及可選地，藥學上可接受的輔料。
69、本發明的第四方面，提供一種rankl抑制劑，其包含如上所述的式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物。
70、本發明的第五方面，是提供第一方面所述的式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物，或第三方面所述的藥物組合物在制備預防和/或治療破骨細胞活性異常導致的疾病的藥物中的應用。
71、進一步地，所述破骨細胞活性異常導致的疾病包括但不限于骨質疏松、骨關節炎等。
72、進一步地，本發明提供第一方面所述的式p所示的四氫-β-咔啉類化合物，或其光學異構體、藥學上可用的鹽及水合物，或第三方面所述的藥物組合物在制備抑制骨髓破骨前體細胞向骨髓破骨細胞分化的藥物中的應用。