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实例分析药物研发策略:全面考察到结构微调
依折麦布是由先灵葆雅和默克公司共同研制第一个选择性胆固醇吸收抑制剂,也是第一个被批准上市的降胆固醇药物。
  • 作者:刘sir    文章来源:药渡网    点击数:    更新时间:1/18/2019
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1.依折麦布:先导化合物的获得

通过随机筛选,先灵葆雅公司发现苯乙胺类衍生物(1)对胆固醇酰基转移酶(ACAT)有一定的抑制活性。在此基础上进行了一系列的构效关系研究,发现化合物2对ACAT具有较强的抑制活性(IC50= 0.9 μmol·L−1),大鼠灌胃试验发现,50 mg·kg−1的灌注量可降低高胆固醇大鼠肝脏中80%的胆固醇酯,但是缺点是对大鼠血浆中胆固醇的影响不明显。科研人员通过全面观察发现,该衍生物具有较强的柔性,含有8个可旋转键,故将其支链环合降低其柔性,得到一系列的二氢茚胺(3)、四氢异喹啉 (4,5)和氮杂环丁烷(6)化合物。生物活性测定发现,化合物3a对ACAT具有最强的抑制活性(IC50=50 nmol·L−1),该衍生物降低肝脏胆固醇酯水平达88%,但是非稠合性氮杂环衍生物6对ACAT仅保留了微弱的抑制活性。



2.“废物”利用,开辟新天地

在合成化合物6时,主要是通过烯醇酯在强碱作用下与亚胺缩合成β-内酰胺中间体7,再将其还原而得到的,但是在进行缩合反应时,可能会进一步发生酰化反应,而得到副产物8。生物活性测定发现,中间体和副产物对ACAT的抑制活性均比较弱,但是副产物使大鼠的肝脏和血浆中胆固醇浓度在一定程度上均降低了。而副产物的发现,为研发人员开辟了新的天地。


于是科研人员在衍生物8的基础上,着重研究了C3的取代基对生物活性的影响。研究发现,3-芳香基团为活性必需基团,若由烷基取代则活性消失,而衍生物9虽然测定的体外活性比较低(IC50 = 26 μmol·L−1),但是体内可显著降低胆固醇浓度,对仓鼠、大鼠、犬及猴等研究对象,灌胃1~2 mg·kg−1均能显著降低其肝脏和血浆的胆固醇浓度。



3.构效关系研究,结构优化

以化合物9为先导化合物,构效关系研究发现:N1位的苯环为必需基团,若用烷基、芳烷基或芳酰基代替,则活性消失,苯环上是否有取代基对活性的影响比较小。C2位的羰基为活性必需基团,将其还原为亚甲基则活性消失。C3位需为芳烷基,且R-构型的活性显著的强于S-构型,中心环与苯环间为三个碳原子时,活性最佳。C4位的苯环为必需基团,S-构型为优势构象,且对位的甲氧基取代可提高生物活性。四元中心环若扩大成五元γ-内酰胺或其他五元杂环仍有活性,但活性弱于四元环。


4.体内代谢研究,结构微调

为进一步研究衍生物的体内代谢方式,研究者设计了对衍生物9和胆固醇分别进行了3H标记和14C标记,并利用肠套管和胆道改道的大鼠模型,来评价衍生物9的代谢位点及代谢产物。研究发现,C3位甲氧基代谢为羟基得到的化合物10是一个重要的活性代谢产物,同时试验还证明了衍生物9和10的作用部位为肠壁和肠腔处抑制了促进胆固醇吸收的转运蛋白,而并非ACAT酶。为进一步研究衍生物10是否还会有其他的活性代谢产物,合成了一系列的羟基化合物(11-16),其中侧链引入羟基后活性最高(14)。为阻止C1和C3位苯环发生代谢,在其苯环上引入氟原子,得到化合物(17),研究发现,该化合物的口服生物利用度F =35%~65%,血浆蛋白结合率90%,半衰期t1/2= 19~30 h,肾脏排泄11%,粪排泄78%。符合作为候选药物的条件,将其命名为依折麦布(ezetimibe) 进入临床研究。经过三期临床研究,依折麦布于2002年被批准上市,临床用于阻止机体对膳食中胆固醇的吸收,可单剂应用或与他汀或贝特类药物合用,治疗高胆固醇症。



新药的研发是一个复杂的系统工程,其难度相当于将一个人送上月球,而化学结构的构建是整个过程中最重要的环节。依折麦布的研发成功正是多个学科领域的专家合力,先对其苗头先导化合物的结构进行“东西南北中”的全面考察后改换其骨架结构并确定药效基团,然后在此基础上,根据药代动力学性质,对其结构进行结构微调,最终使其药效、药代、安全性及物理化学性质匹配最佳。

 

参考文献                                                                

1.Inhibitors of Acyl CoA:Cholesterol Acyltransferase. Journal of Medicinal Chemistry.

2.2-Azetidinones as Inhibitors of Cholesterol Absorption. Journal of Medicinal Chemistry.

3.2-Azetidinone Cholesterol Absorption Inhibitors:Structure-Activity Relationships on the Heterocyclic Nucleus. Journal of Medicinal Chemistry. 

 

 

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