1934 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica2016,51(12):1934-1938 新药发现与研究实例简析 新药创制是复杂的智力活动,涉及科学研究、技术创造、产品开发和医疗效罘等多维科技活动。每个药物 都有自身的研发轨迹,而构建化学结构是最重要的环节,因为它涵盖了药效、药代、安全性和生物药剂学等性质。 本栏目以药物化学视角,对有代表性的药物的成功构建,加以剖析和解读 2014年上市的苏沃雷生,无论在策略上还是实施上都是一个“摸着石头过河”的原创性药物的研发实例。 基于配体-受体的生物功能研制药物往往因多重生理功能而改变研究方向和目标,以多肽食欲素-受体为靶标的 新药研究由减肥药转向为催眠药,乃至研制成功,就是一个范例。从300万个化合物随机筛选出苗头化合物,到 用药物化学方法和分析构效关系作结构变换,在活性方面,要对双靶标有相同(近)的活性,在受体的分子水平 和功能的细胞水平上优化出高活性化合物,并对实验动物的睡眠/觉醒有良好的调节作用。在成药性上,吸收性 代谢性、安全性等多方面的一步步优化,显示出研发者的学术严谨性和技术娴熟性。全新的靶标和首创的药物 在实验室、临床和市场曾经并继续受到审视,因为一个药物靶标的确证还要到“真实世界”大范围考量, 编者按) DO:10.1643800513-4870.20150164 以药物化学方法研发的首创药物苏沃雷生 郭宗儒 (中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所,北京100050) 1背景 减肥药为目标的公司纷纷转向催眠药的研究 1998年美国霍华德休斯医学研究中心(HHM2靶标和活性评价 发现了一种肽类神经递质,命名为下视丘泌素 Orexin为两种神经肽 orexin a和 orexin b的总称 ( hypocretin)( De lecea l, Kilduff ts, Peyron C,etal.广泛分布于大脑中,调控睡眠与觉醒过程。 Orexin Proc Natl Acad sciUSA,1998,95:322-327),是源于受体有两种亚型OxR和Ox2R。OxR与 orexin a的 在下丘脑( hypothalamus)发现了特异性的mRNA。同亲和力强于 orexin b,而Ox2R对 orexin a和B的结 年 Scrips研究所也独立发现了一种神经递质,因为可合力是相同的。 Orexin与受体结合的生理功能在调节 激活食欲,称之为食欲素 orexin)( Sakurai t, Amemiya睡眠-苏醒循环过程起主导作用。敲除 orexin基因的 A, Ishii m, et al. Cell,1998,92:573-585)。其实,他们小鼠的生理特征与人的发作性睡病相同,白昼长时 发现的是同一种内源性的肽类物质。食欲素的主要功嗜睡,发生快速眼动睡眠( REM sleep)。因此, Orexin 能是调节食物摄取,高表达食欲素的小鼠可增加更受体作为药物靶标,它的抑制剂可成为失眠的治疗 多的体重。因而引起制药界的注意,希望以食欲素为药;反之,如果能够激活 orexin受体,又可治疗睡眠 切入点研究减肥药。 病。 Orexin及其受体作为新的作用环节,意味着可发 然而Lin等于1999年发现 orexin与睡眠有关现新型药物 (Lin L, Faraco J, Li R, et al. Cell, 1999, 98: 365-376) 为了进行体外通量筛选,默克公司构建了两种 通过遗传学和药理学实验证明 orexin与已经知晓的G评价化合物活性的模型:一是用放射性同位素标记 蛋白偶联受体结合,即 orexin与Ox1R和Ox2R结合的底物 orexin与人的OxR和Ox2R受体结合,用置 后,引发的信号通路与周期性的睡眠和苏醒有密切换实验测定化合物对受体的亲和力,本文中用K1表 关联。这样,一度曾以 orexin及其受体作靶标、研究示;另一是用荧光成像涉猎仪( fluorometric imaging
· 1934 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (12): 1934 −1938 ·新药发现与研究实例简析· 新药创制是复杂的智力活动, 涉及科学研究、技术创造、产品开发和医疗效果等多维科技活动。每个药物 都有自身的研发轨迹, 而构建化学结构是最重要的环节, 因为它涵盖了药效、药代、安全性和生物药剂学等性质。 本栏目以药物化学视角, 对有代表性的药物的成功构建, 加以剖析和解读。 2014 年上市的苏沃雷生, 无论在策略上还是实施上都是一个“摸着石头过河”的原创性药物的研发实例。 基于配体−受体的生物功能研制药物往往因多重生理功能而改变研究方向和目标, 以多肽食欲素−受体为靶标的 新药研究由减肥药转向为催眠药, 乃至研制成功, 就是一个范例。从 300 万个化合物随机筛选出苗头化合物, 到 用药物化学方法和分析构效关系作结构变换, 在活性方面, 要对双靶标有相同 (近) 的活性, 在受体的分子水平 和功能的细胞水平上优化出高活性化合物, 并对实验动物的睡眠/觉醒有良好的调节作用。在成药性上, 吸收性、 代谢性、安全性等多方面的一步步优化, 显示出研发者的学术严谨性和技术娴熟性。全新的靶标和首创的药物 在实验室、临床和市场曾经并继续受到审视, 因为一个药物靶标的确证还要到“真实世界”大范围考量。 ( 编者按) DOI: 10.16438/j.0513-4870.2015-0164 以药物化学方法研发的首创药物苏沃雷生 郭宗儒 (中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 北京 100050) 1 背景 1998 年美国霍华德休斯医学研究中心 (HHMI) 发现了一种肽类神经递质 , 命名为下视丘泌素 (hypocretin) (De Lecea L, Kilduff TS, Peyron C, et al. Proc Natl Acad Sci U S A, 1998, 95: 322−327), 是源于 在下丘脑 (hypothalamus) 发现了特异性的 mRNA。同 年 Scrips 研究所也独立发现了一种神经递质, 因为可 激活食欲, 称之为食欲素 (orexin) (Sakurai T, Amemiya A, Ishii M, et al. Cell, 1998, 92: 573−585)。其实, 他们 发现的是同一种内源性的肽类物质。食欲素的主要功 能是调节食物摄取, 高表达食欲素的小鼠可增加更 多的体重。因而引起制药界的注意, 希望以食欲素为 切入点研究减肥药。 然而 Lin 等于 1999 年发现 orexin 与睡眠有关 (Lin L, Faraco J, Li R, et al. Cell, 1999, 98: 365−376)。 通过遗传学和药理学实验证明orexin与已经知晓的G 蛋白偶联受体结合, 即 orexin 与 Ox1R 和 Ox2R 结合 后, 引发的信号通路与周期性的睡眠和苏醒有密切 关联。这样, 一度曾以 orexin 及其受体作靶标、研究 减肥药为目标的公司纷纷转向催眠药的研究。 2 靶标和活性评价 Orexin为两种神经肽orexin A 和orexin B 的总称, 广泛分布于大脑中, 调控睡眠与觉醒过程。Orexin 的 受体有两种亚型: Ox1R 和 Ox2R。Ox1R 与 orexin A 的 亲和力强于 orexin B, 而 Ox2R 对 orexin A 和 B 的结 合力是相同的。Orexin 与受体结合的生理功能在调节 睡眠−苏醒循环过程起主导作用。敲除 orexin 基因的 小鼠的生理特征与人的发作性睡病相同, 白昼长时 嗜睡, 发生快速眼动睡眠 (REM sleep)。因此, Orexin 受体作为药物靶标, 它的抑制剂可成为失眠的治疗 药; 反之, 如果能够激活 orexin 受体, 又可治疗睡眠 病。Orexin 及其受体作为新的作用环节, 意味着可发 现新型药物。 为了进行体外通量筛选, 默克公司构建了两种 评价化合物活性的模型: 一是用放射性同位素标记 的底物 orexin 与人的 Ox1R 和 Ox2R 受体结合, 用置 换实验测定化合物对受体的亲和力, 本文中用 Ki 表 示; 另一是用荧光成像涉猎仪 (fluorometric imaging
郭宗儒:以药物化学方法研发的首创药物苏沃雷生 1935· plate reader system, FLIPR)测定对细胞的作用。用表1变换杂环的化合物(2-8)结构及其活性 CHO细胞表达的人Ox2R(hOx2R)和发生Ie408Val 变异的人Ox1R(hOxR)两株细胞,分别测定化合物 抑制hOx2R和hOx1R的功能,用IC50表示。研发的 化合物目标是对这两种受体亚型和两株细胞分别有 K /nmol.L ICso/nmol. L 高亲和力和抑制活性。 化合物 OXIR Ox?R OXIR 3苗头化合物及其向先导物的过渡(随机筛选获得 苗头化合物) 默克用公司的化合物库(300万个化合物)对 OxR和 hOxIE的活性进行了随机筛选,发现化合物 123 1有良好的活性,对hOx1R的活性K1=150nmoL ICs=630 nmol. L,对hOx2R的活性K=5 nmol.L-、 500088001500010000 ICs0=98 nmol. L。1对hOxR的活性明显较弱,优化 结构使对二者的活性相近 1001500010000 由苗头过渡到先导物的结构变换,宗旨是保持 1,4-二氮草母核不变,变换的是母核左侧的杂环和右 侧的苯甲酰片段。 123 表2变换芳酰基的化合物(9~15)结构及其活性 31左侧杂环的变换去除化合物1中的氯原子,2 K /nmol. L 的活性有所下降,同样没有取代的苯并嗯唑化合物3 化合物 OX,R Ox,R OX,R Ox,R 的活性与2相近。苯并噻唑简化为噻唑环成化合物 4,活性显著降低。将苯并噻唑开环成5,则失去活 性。说明体积较大的环系有利于活性。这些SAR在 OCH3 后文叙述活性化合物的构象特征得到了解释。若苯并 15000 3200150006100 噻唑环变为喹啉(6、喹喔啉(η和喹唑啉(8)等含 氮[66]芳杂环,活性与1相近,但抑制细胞的活性提 高,IC50值下降。这种受体结合实验的变化不大,而对 1600 细胞的活性变化大,符合于一般性规律:用靶标作分 子水平的测定,亲和力(活性)对结构变化比较敏感, 往往揭示构效关系;而用细胞评价活性(抑制或激动 功能)则更取决于整个分子的物化性质,往往对结构 107010000 的细微变化不敏感,反映出穿越细胞膜和在细胞内 扩散起重要影响。表1列出了不同杂环的化合物结构 及其活性。 295 3.2右侧芳酰基的变换表2列出了变换芳酰基合 成的化合物结构及其活性。将1的酰基还原成CH2 即为叔胺化合物9,活性丧失殆尽。1的苯环上去除1 个甲氧基,化合物10活性降低。11是1的同系物苯 乙酰化合物活性更为减弱。取代的苯基被甲基呋喃置 换(12)也失去活性。用联苯甲酰置换的化合物13
郭宗儒: 以药物化学方法研发的首创药物苏沃雷生 · 1935 · plate reader system, FLIPR) 测定对细胞的作用。用 CHO 细胞表达的人 Ox2R (hOx2R) 和发生 Ile408Val 变异的人 Ox1R (hOx1R) 两株细胞, 分别测定化合物 抑制 hOx2R 和 hOx1R 的功能, 用 IC50 表示。研发的 化合物目标是对这两种受体亚型和两株细胞分别有 高亲和力和抑制活性。 3 苗头化合物及其向先导物的过渡 (随机筛选获得 苗头化合物) 默克用公司的化合物库 (300 万个化合物) 对 hOx2R 和 hOx1R 的活性进行了随机筛选, 发现化合物 1 有良好的活性, 对 hOx1R 的活性 Ki=150 nmol·L −1、 IC50=630 nmol·L −1 , 对 hOx2R 的活性 Ki=5 nmol·L −1、 IC50=98 nmol·L −1。1 对 hOx1R 的活性明显较弱, 优化 结构使对二者的活性相近。 由苗头过渡到先导物的结构变换, 宗旨是保持 1,4-二氮䓬母核不变, 变换的是母核左侧的杂环和右 侧的苯甲酰片段。 3.1 左侧杂环的变换 去除化合物 1 中的氯原子, 2 的活性有所下降, 同样没有取代的苯并噁唑化合物 3 的活性与 2 相近。苯并噻唑简化为噻唑环成化合物 4, 活性显著降低。将苯并噻唑开环成 5, 则失去活 性。说明体积较大的环系有利于活性。这些 SAR 在 后文叙述活性化合物的构象特征得到了解释。若苯并 噻唑环变为喹啉 (6)、喹喔啉 (7) 和喹唑啉 (8) 等含 氮[6,6]芳杂环, 活性与 1 相近, 但抑制细胞的活性提 高, IC50 值下降。这种受体结合实验的变化不大, 而对 细胞的活性变化大, 符合于一般性规律: 用靶标作分 子水平的测定, 亲和力 (活性) 对结构变化比较敏感, 往往揭示构效关系; 而用细胞评价活性 (抑制或激动 功能) 则更取决于整个分子的物化性质, 往往对结构 的细微变化不敏感, 反映出穿越细胞膜和在细胞内 扩散起重要影响。表 1 列出了不同杂环的化合物结构 及其活性。 3.2 右侧芳酰基的变换 表 2 列出了变换芳酰基合 成的化合物结构及其活性。将 1 的酰基还原成 CH2, 即为叔胺化合物 9, 活性丧失殆尽。1 的苯环上去除 1 个甲氧基, 化合物 10 活性降低。11 是 1 的同系物苯 乙酰化合物活性更为减弱。取代的苯基被甲基呋喃置 换 (12) 也失去活性。用联苯甲酰置换的化合物 13 表 1 变换杂环的化合物 (2～8) 结构及其活性 Ki/nmol·L −1 IC50/nmol·L −1 化合物 R Ox1R Ox2R Ox1R Ox2R 1 150 5 630 98 2 127 25 533 204 3 247 37 932 123 4 5 000 8 800 15 000 10 000 5 880 100 15 000 10 000 6 165 12 243 25 7 123 8 148 71 8 147 3 123 23 表 2 变换芳酰基的化合物 (9～15) 结构及其活性 Ki/nmol·L −1 IC50/nmol·L −1 化合物 R Ox1R Ox2R Ox1R Ox2R 1 150 5 630 98 9 15 000 3 200 15 000 6 100 10 767 38 1 600 215 11 953 410 2 800 2 650 12 11 000 1 070 10 000 8 700 13 19 1 295 187 14 28 1 36 39 15 2 0.4 36 46
1936 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica2016,51(12):1934-1938 与受体的亲和力比1提高5倍,但对细胞的抑制活应的缘故,在肝脏中发生氧化代谢而失活。通过16 性有所降低,分析原因可能是13的亲脂性过强(clog与微粒体温孵,温孵液的氧化产物(往往是醛酮类化 P=61),而1的clgP=4.5,亲脂性过强不利于溶解合物)用氨基脲捕获羰基化合物,质谱分析加成物, 与扩散。为了调整亲脂/亲水性,用有极性的基得知是二氮草的7位被氧化成羟基,开环成醛基而形 团连接苯环,其中发现三唑化合物14( (clog P=41)成的缩氨脲。二氮草开环,打散了16的刚性结构 的受体结合实验维持高活性,并且对细胞的抑制活苯环上的甲基也可被氧化,以及喹唑啉的氧化等。如 性也显著提高,两株细胞的IC50分别为36nmoL+图1所示的代谢位点。 和39 nmol- L-。苯环与三唑连接的位置对活性影响 较大,例如1-三唑化合物对Ox1R和Ox2R的K值分 别为1050和75 moll。在2-三唑取代的基础上连 接甲基,化合物15的活性更高。 氧化成羟甲基和羧基 4里程碑式化合物一候选药物作为先导化合物 羟基化 综合上述以不变的14-二氮草母核为中心的结 羟基化开环生成醛基 构优化,将对活性贡献最大的片段组合在一起,设计图1化合物16被氧化代谢的位点 合成了对Ox1R和Ox2R受体有高活性的双重拮抗剂 16。由于OxR和OxR是研发睡眠药的新靶标,化51增加位阻避免代谢一二氮草环上引入取代基 合物16应显示体内效果,即对实验动物应有催眠作阻止氧化代谢的一个方法是在代谢位点附近引入基 用。通过受体水平、细胞水平和动物实验,对靶标和团以增加位阻,为此在二氮草的不同位置作不同的 化合物双方的成药性进行概念验证 取代。 首先,成功完成了不同取代的二氮草环的合成 共制备了15个单取代和二取代的二氮草母核,通过 Ox Ki=1.2 nmol. L- 通量的合成和活性测试,证明2、6或7位引入基团 Ox:RKi=2. 6 nmol. L 不仅不影响与受体的结合,而且还提高了活性强度 CH3 OXIR ICso-29 nmol 将这些有潜在活性的母核与不同的杂环和(或)不 Ox,R ICso=27 nmol-L- 同取代的苯甲酸缩合,得到了大量目标化合物。生物 为证明16能够阻断脑中 orexin-受体的信号通路 学评价分3步走:首先测定对双靶标Ox1R/Ox2R的 测定了化合物对大鼠脑切片的中缝背核中的神经元活性,然后犬静脉注射测定清除率以评价代谢速率 放电频率的调节作用,结果表明16能够抑制 orexin a和程度,在此基础上评价口服生物利用度。综合评价 引起的神经元放电频率,并且抑制强度与给药浓度化合物的活性、药代和物化性质,确定了单取代的7 呈正相关性。化合物16灌胃大鼠的体内实验表明,可甲基二氮草为母核,做进一步优化 抑制 orexin信号系统,减少了大鼠的清醒时间。并在52喹唑啉环上的取代在合成的化合物中,有代 大鼠的各种状态下,记录皮层脑电图和心电图,都表表性的化合物17~19对两种Ox1ROx2R受体的结合 明该双重抑制剂促进了睡眠过程。 力与抑制活性都很高,然而犬的药代实验表明,化合 化合物16的 clog P=3,实测logP=29,可形物17和18的药代性质与16相比没有明显改善,而 成盐酸盐以提高溶解性,而且有良好的过膜性(P4=6-氟代喹唑啉化合物19的生物利用度和清除率都优 38×10°cms-)。然而,大鼠灌胃16的生物利用度很于16,灌胃引起大鼠同样睡眠的剂量只是化合物16 低,F=29%半衰期很短,2=21min。对犬的F=16%,的十分之一,药效高是因药代好之故。表3列出了这 tn=128h,这些较差的药代性质未能达到成药性的些化合物的活性和犬的药代数据 要求,需要在化合物16的基础上进一步优化( Whitman 然而化合物19出现新的问题,即在体内经氧化 DB, COx CD, Breslin m,etal! ChemMedChem,2009,代谢生成亲电性基团,有潜在的毒性。用微粒体与19 4:1069-1074) 温孵,加入谷胱甘肽(GSH)以捕获亲电试剂,仪器 5第二轮的优化一改善药代动力学性质(从研究代检测到了GSH加成产物。药物代谢产生亲电性物质 谢产物入手) 往往引起特质性毒性反应,因而化合物19不能作为 化合物16生物利用度低的主要原因是有首过效候选化合物。因此优化的目标又加上了是否会因代谢
· 1936 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (12): 1934 −1938 与受体的亲和力比 1 提高 5 倍, 但对细胞的抑制活 性有所降低, 分析原因可能是 13 的亲脂性过强 (clog P = 6.1), 而 1 的 clog P = 4.5, 亲脂性过强不利于溶解 与扩散。为了调整亲脂 /亲水性, 用有极性的基 团连接苯环, 其中发现三唑化合物 14 (clog P = 4.1) 的受体结合实验维持高活性, 并且对细胞的抑制活 性也显著提高, 两株细胞的 IC50 分别为 36 nmol·L −1 和 39 nmol·L −1。苯环与三唑连接的位置对活性影响 较大, 例如 1-三唑化合物对 Ox1R 和 Ox2R 的 Ki 值分 别为 1 050 和 75 nmol·L −1。在 2-三唑取代的基础上连 接甲基, 化合物 15 的活性更高。 4 里程碑式化合物—候选药物作为先导化合物 综合上述以不变的 1,4-二氮䓬母核为中心的结 构优化, 将对活性贡献最大的片段组合在一起, 设计 合成了对 Ox1R 和 Ox2R 受体有高活性的双重拮抗剂 16。由于 Ox1R 和 Ox2R 是研发睡眠药的新靶标, 化 合物 16 应显示体内效果, 即对实验动物应有催眠作 用。通过受体水平、细胞水平和动物实验, 对靶标和 化合物双方的成药性进行概念验证。 为证明 16 能够阻断脑中 orexin-受体的信号通路, 测定了化合物对大鼠脑切片的中缝背核中的神经元 放电频率的调节作用, 结果表明 16 能够抑制 orexin A 引起的神经元放电频率, 并且抑制强度与给药浓度 呈正相关性。化合物 16 灌胃大鼠的体内实验表明, 可 抑制 orexin 信号系统, 减少了大鼠的清醒时间。并在 大鼠的各种状态下, 记录皮层脑电图和心电图, 都表 明该双重抑制剂促进了睡眠过程。 化合物 16 的 clog P = 3.1, 实测 log P = 2.9, 可形 成盐酸盐以提高溶解性, 而且有良好的过膜性 (Papp = 38×10−6 cm·s −1 )。然而, 大鼠灌胃 16 的生物利用度很 低, F=2%, 半衰期很短, t1/2=21 min。对犬的 F=16%, t1/2 = 1.28 h, 这些较差的药代性质未能达到成药性的 要求, 需要在化合物16的基础上进一步优化 (Whitman DB, Cox CD, Breslin MJ, et al. ChemMedChem, 2009, 4: 1069−1074)。 5 第二轮的优化—改善药代动力学性质 (从研究代 谢产物入手) 化合物 16 生物利用度低的主要原因是有首过效 应的缘故, 在肝脏中发生氧化代谢而失活。通过 16 与微粒体温孵, 温孵液的氧化产物 (往往是醛酮类化 合物) 用氨基脲捕获羰基化合物, 质谱分析加成物, 得知是二氮䓬的 7 位被氧化成羟基, 开环成醛基而形 成的缩氨脲。二氮䓬开环, 打散了 16 的刚性结构。 苯环上的甲基也可被氧化, 以及喹唑啉的氧化等。如 图 1 所示的代谢位点。 图 1 化合物 16 被氧化代谢的位点 5.1 增加位阻避免代谢—二氮䓬环上引入取代基 阻止氧化代谢的一个方法是在代谢位点附近引入基 团以增加位阻, 为此在二氮䓬的不同位置作不同的 取代。 首先, 成功完成了不同取代的二氮䓬环的合成, 共制备了 15 个单取代和二取代的二氮䓬母核, 通过 通量的合成和活性测试, 证明 2、6 或 7 位引入基团 不仅不影响与受体的结合, 而且还提高了活性强度。 将这些有潜在活性的母核与不同的杂环和 (或) 不 同取代的苯甲酸缩合, 得到了大量目标化合物。生物 学评价分 3 步走: 首先测定对双靶标 Ox1R/Ox2R 的 活性, 然后犬静脉注射测定清除率以评价代谢速率 和程度, 在此基础上评价口服生物利用度。综合评价 化合物的活性、药代和物化性质, 确定了单取代的 7- 甲基二氮䓬为母核, 做进一步优化。 5.2 喹唑啉环上的取代 在合成的化合物中, 有代 表性的化合物 17～19 对两种 Ox1R/Ox2R 受体的结合 力与抑制活性都很高, 然而犬的药代实验表明, 化合 物 17 和 18 的药代性质与 16 相比没有明显改善, 而 6-氟代喹唑啉化合物 19 的生物利用度和清除率都优 于 16, 灌胃引起大鼠同样睡眠的剂量只是化合物 16 的十分之一, 药效高是因药代好之故。表 3 列出了这 些化合物的活性和犬的药代数据。 然而化合物 19 出现新的问题, 即在体内经氧化 代谢生成亲电性基团, 有潜在的毒性。用微粒体与 19 温孵, 加入谷胱甘肽 (GSH) 以捕获亲电试剂, 仪器 检测到了 GSH 加成产物。药物代谢产生亲电性物质, 往往引起特质性毒性反应, 因而化合物 19 不能作为 候选化合物。因此优化的目标又加上了是否会因代谢
郭宗儒:以药物化学方法研发的首创药物苏沃雷生 表3有代表性的化合物的活性和犬的药代数据 OxIR/nmol.L Ox,R/nmo 化合物 nL. min.ke H RHHH 11.6 CH H 9067 708 未测 而产生有潜在毒性的亲电性分子。研究者指出,亲电代与基准物19相同,但代谢活化反而强于19,提 性基团的结构片段是氟代喹唑啉环所产生,所以变喹唑啉环需要撤换(决策果断)。合成的四氢喹唑啉化 换结构集中于左侧的杂环处,为此,将7-甲基二氮草合物21活性未变,代谢活化也较低,但犬的清除过快 和三唑基苯甲酰片段固定不变 药代不适。研究者想到早期优化制备含有苯并嗯唑的 5.3杂环的优化和苏沃雷生的诞生这个阶段的优化合物的药代清除率较低,因而合成了22,其清除率 化目标,是在保持或提升对双靶标的抑制活性、具有果然低于19。然而它与Ox1R/Ox2R受体的结合作用 良好的药代性质的同时,还要避免或降低在体内代减弱了数十倍,22不值得深入研究。联想到前述化合 谢而产生亲电性物质的风险,优化的结构部位是左物2因去除了化合物1中的氯原子活性丧失殆尽的事 侧的杂环。评价目标化合物潜在的特质性毒性的方法,实,说明杂环部位的亲脂性对活性的重要影响,因而 是将受试物与人肝微粒体温孵,温孵液中放有足够合成了5-氯苯并嗯唑化合物23,从表4中化合物23 量的GSH(谷胱甘肽,以捕获氧化代谢生成的亲电的各种数据可以看出23是个比较理想的化合物 物质,所有生成的GSH加成物,用LCMS测定并计 化合物23的药代动力学表明,对犬有良好的口服 算GSH加成物的峰面积,与测定液中预加的内标物生物利用度,F=56%,有中等较低程度的清除率,它 (S)峰面积的比值是化合物产生亲电基团的程度,的代谢产物主要是苯环上甲基被氧化成羟甲基,后 比值小表明安全度高。 经葡萄糖醛酸苷化自尿中排出。少部分的二氮草环上 为降低喹唑啉环的被氧化趋势,引入第2个氟原甲基氧化成羟甲基,以及嗯唑环的某处发生氧化。大 子以降低芳环的电荷密度,二氟代物20的活性和药鼠灌胃30mgkg-化合物23,表现出有良好的睡眠/ 表4不同杂环的化合物结构和活性 H3 取代基 Ox,R/nmol-L-I Ox,R/nmol-L-I 化合物 GSH/IS % RI 0.17 37 3.3 0.78 28 未测 未测 未测 23 0.55 0.35 56 4.0 56 0
郭宗儒: 以药物化学方法研发的首创药物苏沃雷生 · 1937 · 表 3 有代表性的化合物的活性和犬的药代数据 取代基 Ox1R/nmol·L −1 Ox2R/nmol·L −1 化合物 R1 R2 R3 Ki IC50 Ki IC50 CL /mL·min−1 ·kg−1 F/% 16 H CH3 H 1.2 29 0.59 27 11.6 16 17 CH3 CH3 H 0.39 30 0.36 30 6.0 < 5 18 CH3 H H 6.2 26 0.47 18 6.4 未测 19 CH3 H F 1.8 27 0.17 27 5.2 37 而产生有潜在毒性的亲电性分子。研究者指出, 亲电 性基团的结构片段是氟代喹唑啉环所产生, 所以变 换结构集中于左侧的杂环处, 为此, 将 7-甲基二氮䓬 和三唑基苯甲酰片段固定不变。 5.3 杂环的优化和苏沃雷生的诞生 这个阶段的优 化目标, 是在保持或提升对双靶标的抑制活性、具有 良好的药代性质的同时, 还要避免或降低在体内代 谢而产生亲电性物质的风险, 优化的结构部位是左 侧的杂环。评价目标化合物潜在的特质性毒性的方法, 是将受试物与人肝微粒体温孵, 温孵液中放有足够 量的 GSH (谷胱甘肽), 以捕获氧化代谢生成的亲电 物质, 所有生成的 GSH 加成物, 用 LC-MS 测定并计 算 GSH 加成物的峰面积, 与测定液中预加的内标物 (IS) 峰面积的比值是化合物产生亲电基团的程度, 比值小表明安全度高。 为降低喹唑啉环的被氧化趋势, 引入第 2 个氟原 子以降低芳环的电荷密度, 二氟代物 20 的活性和药 代与基准物 19 相同, 但代谢活化反而强于 19, 提示 喹唑啉环需要撤换 (决策果断)。合成的四氢喹唑啉化 合物 21 活性未变, 代谢活化也较低, 但犬的清除过快, 药代不适。研究者想到早期优化制备含有苯并噁唑的 化合物的药代清除率较低, 因而合成了 22, 其清除率 果然低于 19。然而它与 Ox1R/Ox2R 受体的结合作用 减弱了数十倍, 22 不值得深入研究。联想到前述化合 物 2 因去除了化合物 1 中的氯原子活性丧失殆尽的事 实, 说明杂环部位的亲脂性对活性的重要影响, 因而 合成了 5-氯苯并噁唑化合物 23, 从表 4 中化合物 23 的各种数据可以看出 23 是个比较理想的化合物。 化合物 23 的药代动力学表明, 对犬有良好的口服 生物利用度, F=56%, 有中等/较低程度的清除率, 它 的代谢产物主要是苯环上甲基被氧化成羟甲基, 后 经葡萄糖醛酸苷化自尿中排出。少部分的二氮䓬环上 甲基氧化成羟甲基, 以及噁唑环的某处发生氧化。大 鼠灌胃 30 mg·kg−1 化合物 23, 表现出有良好的睡眠/ 表 4 不同杂环的化合物结构和活性 取代基 Ox1R/nmol·L −1 Ox2R/nmol·L −1 化合物 R1 R2 Ki IC50 Ki IC50 CL /mL·min−1 ·kg−1 F/% GSH/IS 比值 19 H 1.8 27 0.17 27 5.2 37 3.3 20 H 1.8 28 0.25 32 4.9 15 3.7 21 H 0.78 26 0.28 28 9.2 未测 0.7 22 CH3 4.1 24 3.2 57 2.4 未测 未测 23 CH3 0.55 50 0.35 56 4.0 56 0.1
1938 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica2016,51(12):1934-1938 觉醒周期。遂进入临床前和临床研究,命名为苏沃雷的结构相吻合,单晶Ⅹ-射线衍射图也与之相似。图 生( ( suvorexant)。经三期临床硏究表明苏沃雷生是安2a是用分子模拟化合物17最低能量的分子模拟图, 全有效的促睡眠药物,于2014年经FDA批准由默克图2b是单晶衍射图。该最低能量的构象应与活性的 公司上市( COx CD, Breslin mj, Whitman dB,etal.J药效构象相近 Med chem,2010,53:5320-5332) 了 23(苏沃雷生) 图2化合物17的最低能量的分子模拟图(a)和单晶衍射图 6Ox1R/Ox2R受体拮抗剂的构象 Ox1R/Ox2R受体是G蛋白偶联受体,结构尚未解 析。默克公司以化合物17为模板,用二维核磁共振 虽然未曾报道苏沃雷生的最低能量构象,但具 晶体X-射线衍射和分子模拟研究了17的最低能量构有亲脂性的氯代苯并嗯唑也应与甲基苯环形成rx叠 象。结果表明,17和苏沃雷生的二氮草环上甲基为R合,因而与化合物17有相似的药效构象( COx CD 构型,二氮草的七元环呈扭船式( twist-boat)构象, McGaughey GB, Bogusky MJ,etal. Bioorg Med Chem 使得杂环(喹唑啉)与苯环处于顺式,分子构象呈弯Let,2009,19:2997-3001·此外,用合成的构象限制 曲的U形,苯环与喹唑啉环发生x-π叠合作用,苯环的大环化合物的构象和活性进一步证明了上述的U 上甲基加助了这种结合。由NMR的H化学位移数形构象( Coleman PJ, chreier jD, McGaughey GB,et 据推断17在氘代甲醇溶液中的低能构象与分子模拟al. Bioorg Med Chem Lett,2010,20:2311-2315)
· 1938 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (12): 1934 −1938 觉醒周期。遂进入临床前和临床研究, 命名为苏沃雷 生 (suvorexant)。经三期临床研究表明苏沃雷生是安 全有效的促睡眠药物, 于 2014 年经 FDA 批准由默克 公司上市 (Cox CD, Breslin MJ, Whitman DB, et al. J Med Chem, 2010, 53: 5320−5332)。 6 Ox1R/Ox2R 受体拮抗剂的构象 Ox1R/Ox2R 受体是 G 蛋白偶联受体, 结构尚未解 析。默克公司以化合物 17 为模板, 用二维核磁共振、 晶体 X-射线衍射和分子模拟研究了 17 的最低能量构 象。结果表明, 17 和苏沃雷生的二氮䓬环上甲基为 R 构型, 二氮䓬的七元环呈扭船式 (twist-boat) 构象, 使得杂环 (喹唑啉) 与苯环处于顺式, 分子构象呈弯 曲的 U 形, 苯环与喹唑啉环发生 π-π 叠合作用, 苯环 上甲基加助了这种结合。由 NMR 的 1H 化学位移数 据推断 17 在氘代甲醇溶液中的低能构象与分子模拟 的结构相吻合, 单晶 X-射线衍射图也与之相似。图 2a 是用分子模拟化合物 17 最低能量的分子模拟图, 图 2b 是单晶衍射图。该最低能量的构象应与活性的 药效构象相近。 图 2 化合物 17 的最低能量的分子模拟图 (a) 和单晶衍射图 (b) 虽然未曾报道苏沃雷生的最低能量构象, 但具 有亲脂性的氯代苯并噁唑也应与甲基苯环形成 π-π 叠 合, 因而与化合物 17 有相似的药效构象 (Cox CD, McGaughey GB, Bogusky MJ, et al. Bioorg Med Chem Lett, 2009, 19: 2997−3001)。此外, 用合成的构象限制 的大环化合物的构象和活性进一步证明了上述的 U 形构象 (Coleman PJ, Schreier JD, McGaughey GB, et al. Bioorg Med Chem Lett, 2010, 20: 2311−2315)