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    阿普斯特:變“廢”為“寶”,思路清奇

    時間:2019-08-19    作者:聯創生物醫藥信息部

    作者: 專欄作者 劉sir

    沙利度胺是“魔鬼”也是“天使”,魔鬼是因為它導致了15000例畸形“海豹兒”,給了他們無盡的黑暗和絕望,但它又像一座寶庫,60年來人們一直都在挖掘,其中 阿普斯特 就是在沙利度胺的基礎上通過結構改造,去除不良反應,同時引入PDE4酶抑制劑的藥效團,成為可作用于PDE4和TNF-α雙靶標抑制劑,進而成為治療銀屑病型關節炎的一線藥物。

    沙利度胺——優良的先導化合物 

    沙利度胺由于其嚴重的致畸、外周神經炎及便秘等副作用,于1961年撤市。但是在作為鎮靜藥使用時,發現沙利度胺可通過抑制腫瘤壞死因子α (TNF-α)而起到免疫調節和抗炎的作用,隨后科學家又發現沙利度胺具有較強的抗血管生成作用和抗腫瘤活性??紤]到沙利度胺明確的藥理活性和作用靶點,美國Celgene 公司欲在沙利度胺的基礎上通過結構改造,提高其對TNF-α的抑制活性,消除致畸和其他的不良反應,提高其溶解性和口服生物利用度,以便于研發出一類新型的藥物。

    2 結構改造——開環是關鍵 

    對沙利度胺進行初步研究發現,鄰苯二甲酰亞胺環是必需的活性基團,將其開環后,活性降低甚至消失。但是沙利度胺在生理條件下,谷氨酰胺環易發生水解開環,故猜測沙利度胺的開環產物1和2可與靶標結合,因此研究人員用簡單的氨基酸或含取代基的氨基酸與鄰苯二甲酸形成亞胺,作為結構改造的切入點。



    研究者利用鄰苯二甲酸酐與甘氨酸、β-氨基丙酸或γ-氨基丁酸反應得到了3個簡單羧酸鏈取代的鄰苯二甲酰亞胺類衍生物,結果顯示,當化合物的濃度達數百微摩爾濃度時,對TNF-α的抑制活性仍不足50%,提示了簡單的羧酸鏈取代物對TNF-α幾乎沒有抑制活性。

    隨后增加側鏈的復雜度,引入苯環后,對TNF-α的抑制活性顯著提高(IC50=260μmol·L?1),與沙利度胺的活性相當,在苯環上繼續引入其他取代基后,活性進一步提高,其中衍生物7的活性最高(IC50 = 5.6 μmol·L?1)。


    通過生物電子等排原理,末端的酰胺基團用烷基酰胺、羧基、羥基等基團置換后,發現生物活性均有不同程度的降低,用酯鍵取代后活性提高。

    在鄰苯二甲酰亞胺芳香環上分別引入羥基、硝基、叔丁基、鹵素和氨基,發現引入氨基后,活性進一步提高。

    3 雙靶標作用——引入PDE4酶抑制劑的藥效團 

    前期合成的化合物對磷酸二酯酶4 (PDE4)的抑制活性測定發現,僅含二烷氧苯基片段的化合物對PDE4有一定的抑制活性,故猜測3, 4-二烷氧苯基片段活性必需基團。

    故模仿PDE4抑制劑咯利普蘭的結構,改變R1為乙基或環戊基,而R2基團則為羧基、甲酯基、酰胺基、氰基以及甲磺?;?,結果表明,R1為乙基時活性較環戊基高,R2為甲磺?;鶗r活性最好。

    在衍生物11的基礎上進一步考察鄰苯二甲酰亞胺環上取代基對PDE4和 TNF-α的抑制活性的影響:引入羥基或甲氧基后,對PDE4的抑制活性略有降低,而引入甲基、氨基或二甲氨基后,對PDE4和TNF-α抑制活性均有升高,而當引入乙酰胺基時,則其消旋體12對PDE4和TNF-α顯著升高,而此時的側鏈須為甲磺?;?。

    衍生物12為消旋化合物,是優化結構中活性最強的化合物,分子中含有1個手性中心,而且該手性碳相連的氫原子不是酸性氫,不會經互變異構而轉變構型,因此可將對映異構體拆分為穩定的光活體。實驗表明,S-構型13對PDE4 和TNF-α的抑制活性強R-異構5倍以上。 

    4 阿普斯特的批準上市 

    動物實驗表明,S-異構體13具有良好的藥代動力學性質,對雌性大鼠的口服生物利用度F=64%,半衰期t1/2=5h,且具有中等程度的分布容積和低清除率,對多種CYP氧化酶無抑制作用,血漿蛋白結合率90%。大鼠體內藥效學實驗表明具有較高的抗炎活性:用脂多糖誘導TNF-α生成的抑制作用ED50=0.03 mg·kg?1;脂多糖誘導嗜中性細胞的抑制作用ED50= 0.3mg·kg?1。于是將化合物13確定為候選化合物,命名為阿普斯特,進入臨床開發研究,經三期臨床研究證明:阿普斯特是口服治療銀屑病型關節炎的有效藥物并于2014年經美國FDA批準上市。

    參考文獻:1 After 60years, scientists uncover how thalidomide produced birth defects2 Muller GW, Shire MG, Wong LM, et al. Thalidomide analogs and PDE4 inhibition [J]. Bioorg Med ChemLett, 1998, 8: 2669?2674.3 Corral LG, Kaplan G. Immunmodulationby thalidomide and thalidomide analogues [J]. Ann Rheum Dis, 1999, 58: (Suppl I) I107?I1134 Schafer P. Apremilast mechanism of action and application topsoriasis and psoriatic arthritis [J].  BiochemicalPharmacology, 2012, 83(12), 1583-1590.5 Man HW, Schafer P, Wong LM,et al. Discovery of(S)-N-{2-[1-(3-Ethoxy-4-methoxy-(Apremilast), a Potent and Orally ActivePhosphodiesterase 4 and Tumor Necrosis Factor-alpha Inhibitor [J]. Journal of Medicinal Chemistry , 2009, 52:1522-1524.

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