药学学报 Acta pharmaceutica sinica2016,51(5):839-842 839 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 HIV1病毒衣壳蛋白gp120与宿主细胞膜受体CCR5的结合是病毒侵入细胞的重要环节,用小分子阻止这种 蛋白-蛋白相互作用、干预pl20-CCR5广泛而平坦的结合界面是药物设计的难题。研制马拉维罗,由普筛获得 苗头、苗头过渡到先导物、优化活性和成药性直至确定候选物,药物化学和分子模拟方法貫穿于全过程。在解 析受体结合实验与抗病毒功能的矛盾、解决活性与抑制CYP450以及HRG通道的交叉平行的难題中,多维度 地展现了结构优化的技巧,使得马拉维罗成为首创性药物,自2008年至今仍是唯一上市的作用于CCR5环节 抗艾滋病药物。 (编者按) DO:10.16438/0513-4870.2014-0938 抑制HIV1病毒侵入的首创药物马拉维罗 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干预HIV病毒进入宿主细胞的环节 疫性疾病的发生,因而CCR5是研发抗炎药物和免疫 11HIv1进入宿主细胞的过程 调节药物的重要靶标。另一方面,它又是HIV病毒侵 HⅤ病毒感染宿主细胞是衣被与胞膜的融合过入细胞的重要辅受体( coreceptor),参与病毒蛋白与 程,融合是分步进行的:①识别与结合CD4受体:细胞膜的融合过程,所以CCR5又是抑制HIV1感染 病毒颗粒的外膜糖蛋白gp120与跨膜糖蛋白gp41识的重要靶标。图1是CCR5与配体趋化因子的结合位 别宿主细胞表面受体CD4,并与之结合附着在细胞点以及病毒颗粒与CD4结合的示意图 膜上;②与CCR5受体结合:结合于CD4的gp120 构象发生变化,识别并结合于宿主细胞的辅受体趋 化因子受体CCR5,遂之gp41与gpl20分离;③核酸 进入:gp4l的α螺旋变构,形成管束状构象,与膜蛋 白融合,病毒的核酸穿越胞膜进入宿主细胞。研制抗 HIV1药物可以在不同的环节干预病毒进入细胞,例 如屏蔽和抑制CD4受体或者CCR5受体。 12CCR5受体的特征与功能 CCR5是一种趋化因子受体,由352个氨基酸残 基组成,为跨膜G蛋白偶联受体,7个跨膜α螺旋可 图1巨噬细胞胞膜的CD4与CCR5受体同趋化因子(MPla的) 分为胞外N末端、3个胞外环套、3个胞内环套和C与HV1结合的示意图 末端。激动CCR5受体的配体有巨噬细胞炎症蛋白1a (MPla)、1B( MIPlB)和 RANTES等趋化因子家族成2抑制剂的活性评价 员,功能是趋化细胞以定向运动调控淋巴细胞的迁 用稳定表达CCR5的HEK293细胞作为体外细 移、增殖与免疫的功能。由于介导炎症反应和自身免胞模型评价化合物活性,将放射性标记的趋化因子
药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (5): 839 −842 · 839 · ·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。 HIV1病毒衣壳蛋白 gp120 与宿主细胞膜受体 CCR5 的结合是病毒侵入细胞的重要环节, 用小分子阻止这种 蛋白-蛋白相互作用、干预 gp120-CCR5 广泛而平坦的结合界面是药物设计的难题。研制马拉维罗, 由普筛获得 苗头、苗头过渡到先导物、优化活性和成药性直至确定候选物, 药物化学和分子模拟方法贯穿于全过程。在解 析受体结合实验与抗病毒功能的矛盾、解决活性与抑制 CYP450 以及 hERG 通道的交叉平行的难题中, 多维度 地展现了结构优化的技巧, 使得马拉维罗成为首创性药物, 自 2008 年至今仍是唯一上市的作用于 CCR5 环节的 抗艾滋病药物。 ( 编者按) DOI: 10.16438/j.0513-4870.2014-0938 抑制 HIV1 病毒侵入的首创药物马拉维罗 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 干预 HIV 病毒进入宿主细胞的环节 1.1 HIV1 进入宿主细胞的过程 HIV 病毒感染宿主细胞是衣被与胞膜的融合过 程, 融合是分步进行的: ① 识别与结合 CD4 受体: 病毒颗粒的外膜糖蛋白 gp120 与跨膜糖蛋白 gp41 识 别宿主细胞表面受体 CD4, 并与之结合附着在细胞 膜上; ② 与 CCR5 受体结合: 结合于 CD4 的 gp120 构象发生变化, 识别并结合于宿主细胞的辅受体趋 化因子受体 CCR5, 遂之 gp41 与 gp120 分离; ③ 核酸 进入: gp41 的 α 螺旋变构, 形成管束状构象, 与膜蛋 白融合, 病毒的核酸穿越胞膜进入宿主细胞。研制抗 HIV1 药物可以在不同的环节干预病毒进入细胞, 例 如屏蔽和抑制 CD4 受体或者 CCR5 受体。 1.2 CCR5 受体的特征与功能 CCR5 是一种趋化因子受体, 由 352 个氨基酸残 基组成, 为跨膜 G 蛋白偶联受体, 7 个跨膜 α 螺旋可 分为胞外 N-末端、3 个胞外环套、3 个胞内环套和 C- 末端。激动 CCR5 受体的配体有巨噬细胞炎症蛋白 1α (MIP1α)、1β (MIP1β) 和 RANTES 等趋化因子家族成 员, 功能是趋化细胞以定向运动调控淋巴细胞的迁 移、增殖与免疫的功能。由于介导炎症反应和自身免 疫性疾病的发生, 因而 CCR5 是研发抗炎药物和免疫 调节药物的重要靶标。另一方面, 它又是 HIV 病毒侵 入细胞的重要辅受体 (coreceptor), 参与病毒蛋白与 细胞膜的融合过程, 所以 CCR5 又是抑制 HIV1 感染 的重要靶标。图 1 是 CCR5 与配体趋化因子的结合位 点以及病毒颗粒与 CD4 结合的示意图。 图 1 巨噬细胞胞膜的 CD4 与 CCR5 受体同趋化因子 (MP1αβγ) 与 HIV1 结合的示意图 2 抑制剂的活性评价 用稳定表达 CCR5 的 HEK-293 细胞作为体外细 胞模型评价化合物活性, 将放射性标记的趋化因子
·840 药学学报 Acta pharmaceutica sinica2016,51(5):839-842 IPβ从与CCR5受体结合的复合物中置换出50%呈现抑制作用。推论将1的吡啶环换成苯环会消除抑 的化合物浓度(MIP1BIC50)作为受试化合物抑制活制CYPD6的作用,化合物3对MPlB有很强的抑 性的指标,在一定程度上该ICs0代表了化合物阻断病制活性,ICs0=4 nmol L-,并消除了抑制CYP作用。 毒融合和侵染宿主细胞的活性强度。然而这种用竞争然而3未显示抑制病毒的功能, 抑制实验作为阻止病毒侵入的指标有一定的风险 因为化合物的MIP1BIC50值有时与抑制病毒侵入的 活性不相关联(在研发马拉韦罗和其他CCR5抑制剂 中已显示出来,见后)。但作为初筛,仍是有价值的。 另一种模型是抑制50%HⅣVBAL病毒复制所需的化合 物浓度AVIC50,用以表征化合物的抗病毒功能 3苗头化合物和向先导物的过渡 3.1随机筛选获得苗头化合物 研发CCRS受体拮抗剂以抑制HV1对宿主细胞图2分子模拟化合物1与CYPD6结合示意图 膜的融合与侵入,本质上是干预gp120与CCR5之间 的蛋白一蛋白相互作用。由于缺乏结构生物学信息 发现阻断蛋白一蛋白相互作用的有机小分子所常用的 方法是随机筛选获得苗头化合物。辉瑞公司设定了遴 选苗头化合物的标准: MIPlB ICso00.2(LE=配体受体结合自由能ΔG/配33引入酰胺基团以降低脂溶性 体分子的非氢原子数,△G可由K1计算得到,LE是同 化合物3有较高的亲脂性,而且邻近的两个苯环 时表征化合物活性和分子大小的量度)以及 clogp<5可发生疏水折拢作用( hydrophobic collapse)导致构 ( clogP为化合物疏水性或亲脂性的量度)。这3个指象变化。将化合物3中的苯环用苯甲酰胺片段取代得 标用以控制和确保苗头化合物处于成药性的化学空到脂溶性降低的化合物4,虽然抑制CCR5的作用略 弱( MIPlB IC0=0.045molL),但呈现出抑制病毒 经随机筛选发现了化合物1和2达到了上述标复制的活性(AVIC50=021μmolL-)。因而以4为模 准,1C50分别为040和11 umol. L。 板,用通式5考察不同酰基对活性的影响。 Hac R=PhCH2, (CH3)2CH, C-Bu (CH)2N, CH2=CHCH2, CH 3.2消除抑制CYP的作用 34不同酰胺取代的构效关系 化合物1结构中含有咪唑并吡啶片段,基于已 不同的酰基替换苯甲酰基,测定化合物抑制 有的经验,该片段具有抑制CYP2D6的作用,测试CCR5和病毒复制的活性表明,苄基的活性低于苯 结果表明1对CYP2D6有显著抑制作用,ICs0=0.04基,异丙基和环丁基活性强于4,尤其是环丁基活性 μmolLˉ,分子模拟研究表明吡啶N原子与卟啉环上很高( MIPIB ICso=0.040μmolL-, AV ICso=0.050 的Fe形成配位键,如图2所示。由于1占据了CYP2D6molL),极性更强的如二甲胺基甲酰基和烯丙酰 与底物结合的空间,降低了酶的代谢转化能力,因而基化合物活性降低,体积小的乙酰基活性更弱。提示
· 840 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (5): 839 −842 MIP1β 从与 CCR5 受体结合的复合物中置换出 50% 的化合物浓度 (MIP1β IC50) 作为受试化合物抑制活 性的指标, 在一定程度上该 IC50代表了化合物阻断病 毒融合和侵染宿主细胞的活性强度。然而这种用竞争 抑制实验作为阻止病毒侵入的指标有一定的风险, 因为化合物的 MIP1β IC50 值有时与抑制病毒侵入的 活性不相关联 (在研发马拉韦罗和其他 CCR5 抑制剂 中已显示出来, 见后)。但作为初筛, 仍是有价值的。 另一种模型是抑制 50% HIVBAL 病毒复制所需的化合 物浓度 AV IC50, 用以表征化合物的抗病毒功能。 3 苗头化合物和向先导物的过渡 3.1 随机筛选获得苗头化合物 研发 CCR5 受体拮抗剂以抑制 HIV1 对宿主细胞 膜的融合与侵入, 本质上是干预 gp120 与 CCR5 之间 的蛋白−蛋白相互作用。由于缺乏结构生物学信息, 发现阻断蛋白−蛋白相互作用的有机小分子所常用的 方法是随机筛选获得苗头化合物。辉瑞公司设定了遴 选苗头化合物的标准: MIP1β IC50 0.2 (LE = 配体-受体结合自由能 ΔG /配 体分子的非氢原子数, ΔG 可由 Ki 计算得到, LE 是同 时表征化合物活性和分子大小的量度) 以及 clogP<5 (clogP 为化合物疏水性或亲脂性的量度)。这 3 个指 标用以控制和确保苗头化合物处于成药性的化学空 间。 经随机筛选发现了化合物 1 和 2 达到了上述标 准, IC50 分别为 0.40 和 1.1 μmol·L −1。 3.2 消除抑制 CYP 的作用 化合物 1 结构中含有咪唑并吡啶片段, 基于已 有的经验, 该片段具有抑制 CYP2D6 的作用, 测试 结果表明 1 对 CYP2D6 有显著抑制作用, IC50 = 0.04 μmol·L −1 , 分子模拟研究表明吡啶 N 原子与卟啉环上 的 Fe 形成配位键, 如图 2 所示。由于 1 占据了 CYP2D6 与底物结合的空间, 降低了酶的代谢转化能力, 因而 呈现抑制作用。推论将 1 的吡啶环换成苯环会消除抑 制 CYP2D6 的作用, 化合物 3 对 MIP1β 有很强的抑 制活性, IC50=4 nmol·L −1 , 并消除了抑制 CYP 作用。 然而 3 未显示抑制病毒的功能。 图 2 分子模拟化合物 1 与 CYP2D6 结合示意图 3.3 引入酰胺基团以降低脂溶性 化合物 3 有较高的亲脂性, 而且邻近的两个苯环 可发生疏水折拢作用 (hydrophobic collapse) 导致构 象变化。将化合物 3 中的苯环用苯甲酰胺片段取代得 到脂溶性降低的化合物 4, 虽然抑制 CCR5 的作用略 弱 (MIP1β IC50=0.045 μmol·L −1 ), 但呈现出抑制病毒 复制的活性 (AV IC50=0.21 μmol·L −1 )。因而以 4 为模 板, 用通式 5 考察不同酰基对活性的影响。 3.4 不同酰胺取代的构效关系 不同的酰基替换苯甲酰基, 测定化合物抑制 CCR5 和病毒复制的活性表明, 苄基的活性低于苯 基, 异丙基和环丁基活性强于 4, 尤其是环丁基活性 很高 (MIP1β IC50 = 0.040 μmol·L −1 , AV IC50 = 0.050 μmol·L −1 ); 极性更强的如二甲胺基甲酰基和烯丙酰 基化合物活性降低, 体积小的乙酰基活性更弱。提示
郭宗儒:抑制HIV1病毒侵入的首创药物马拉维罗 841 基团过大或过小或增加极性都不利于活性的提升。 derived CCR5 receptor antagonists J ]. Chem Biol Drug 3.5手性对活性的影响一先导化合物的确定 Design,2006,67:305-308)。 化合物4是光活性分子,含有一个手性碳原子, 化合物7和8的安全性试验表明有抑制hERG钾 测定了两个光学异构体的活性,表明S异构体为优通道的作用,例如7在03 umol. L-浓度下抑制率达 映体, MIPlB IC0=0.013molL-,R构型MPB80%,这种潜在的心脏毒性,需进一步优化结构加以 ICso=0.58μmolL-,相差44倍。同样制备了环丁基消除 取代的光学活性化合物,也表明S构型的化合物(6) 有良好的活性, MIPlB IC50=0.020molL-,AVI9= 0.073 umol.L-。6也降低了对CYP2D6的抑制作用, 氮杂环 1, s0=5 umolL-l.(Armour D, de Groot MJ, Edwards et al. The discovery of CCr5 receptor antagonists 7~15 for the treatment of hiv infection hit-to-lead studies U. ChemMedChem, 2006, 1: 706-709) endo- 42消除抑制hERG钾通道作用一马拉韦罗的设计 42.1变换环丁甲酰胺基片段,降低疏水性化合 先导物的优化 物7和8对心脏的潜在毒性需要去除。以化合物8 4.1降低对CYP的抑制作用 为起始物,变换环丁甲酰胺基片段,提高分子的极性 以化合物6为先导化合物,采用了分子模拟的理以抑制hERG通道的作用,合成了化合物16,保持了 性设计策略优化结构以进一步降低对CYPD6的抑制抗病毒活性,AVIC=2 nmol L-,但16不能吸收。 作用。文献报道CYP2D6的抑制剂和底物的药效团 化合物17(UK-396794)的AVIC9=06molL 具有共同的特征,即在距离苯环的5~7A处有碱性氮未显示抑制hERG作用,可在动物体内吸收,但体内 原子的存在( de groot mj, Ackland mj, Home va,et代谢快,不能作为候选化合物 al. Novel approach to predicting P450-mediating drug metabolism: development of a combined protein and pharmacophore model to CYP2D6 [J].J Med Chem, 1999,45:1515-1524)。化合物6也是这样,分子对接 显示,6的哌啶N原子与CYP的Asp301发生相互作 用。为了消除这种作用,设计具有位阻的哌啶环或降 低N原子的碱性,以阻止N原子与Asp301的结合 在报道的化合物7~15中,7(exo-异构体)和8(endo 异构体)不仅对CCR5具有高抑制活性( MIPIB IC 分别为2和6 moll),而且抑制病毒复制的活性也 很高(AVIC9分别为13和3mmoL),而其他化合 物(9无活性除外)虽也有强效的抑制CCR5作用,4.2.2变换苯并咪唑以降低疏水性结合再回到7 但没有或只有很弱的抑制病毒活性(再次证明受体和8先导物上。将化合物7与HERG作分子对接, 与细胞活性的不平行性)。endo-化合物8由于苯并咪示苯并咪唑的苯环与通道蛋白的疏水区域高度重合 唑环的存在,迫使桥连的哌啶环采取假船式结构。 这或许是与hERG亲和力的结构因素,为此,可向苯 此外7和8都消除了抑制CYP2D6的作用,说明并咪唑环上引入极性基团或去除苯环以降低疏水性 增加位阻效应阻止了氮原子与Asp301的结合。因而前者会增加分子量,并且合成难度加大,因而采用降 以7和8为新的起点作进一步研究。( Armour dr,de低杂环疏水性策略。为了方便合成,考察苯并咪唑的 Groot mi, Price da, et al. The discovery of tropane-影响用哌啶系列(暂时不用托品系列)作为模型化
郭宗儒: 抑制 HIV1 病毒侵入的首创药物马拉维罗 · 841 · 基团过大或过小或增加极性都不利于活性的提升。 3.5 手性对活性的影响—先导化合物的确定 化合物 4 是光活性分子, 含有一个手性碳原子, 测定了两个光学异构体的活性, 表明 S 异构体为优 映体, MIP1β IC50 = 0.013 μmol·L −1 , R 构型 MIP1β IC50 = 0.58 μmol·L −1 , 相差 44 倍。同样制备了环丁基 取代的光学活性化合物, 也表明 S 构型的化合物 (6) 有良好的活性, MIP1β IC50=0.020 μmol·L −1 , AV IC90= 0.073 μmol·L −1。6 也降低了对 CYP2D6 的抑制作用, IC50=5 μmol·L −1。(Armour D, de Groot MJ, Edwards M, et al. The discovery of CCR5 receptor antagonists for the treatment of HIV infection: hit-to-lead studies [J]. ChemMedChem, 2006, 1: 706−709)。 4 先导物的优化 4.1 降低对 CYP 的抑制作用 以化合物 6 为先导化合物, 采用了分子模拟的理 性设计策略优化结构以进一步降低对 CYP2D6 的抑制 作用。文献报道 CYP2D6 的抑制剂和底物的药效团 具有共同的特征, 即在距离苯环的 5～7Å 处有碱性氮 原子的存在 (de Groot MJ, Ackland MJ, Home VA, et al. Novel approach to predicting P450-mediating drug metabolism: development of a combined protein and pharmacophore model to CYP2D6 [J]. J Med Chem, 1999, 45: 1515−1524)。化合物 6 也是这样, 分子对接 显示, 6 的哌啶 N 原子与 CYP 的 Asp301 发生相互作 用。为了消除这种作用, 设计具有位阻的哌啶环或降 低 N 原子的碱性, 以阻止 N 原子与 Asp301 的结合。 在报道的化合物 7～15 中, 7 (exo-异构体) 和 8 (endo- 异构体) 不仅对 CCR5 具有高抑制活性 (MIP1β IC50 分别为 2 和 6 nmol·L −1 ), 而且抑制病毒复制的活性也 很高 (AV IC90 分别为 13 和 3 nmol·L −1 ), 而其他化合 物 (9 无活性除外) 虽也有强效的抑制 CCR5 作用, 但没有或只有很弱的抑制病毒活性 (再次证明受体 与细胞活性的不平行性)。endo-化合物 8 由于苯并咪 唑环的存在, 迫使桥连的哌啶环采取假船式结构。 此外 7 和 8 都消除了抑制 CYP2D6 的作用, 说明 增加位阻效应阻止了氮原子与 Asp 301 的结合。因而 以 7 和 8 为新的起点作进一步研究。(Armour DR, de Groot MJ, Price DA, et al. The discovery of tropanederived CCR5 receptor antagonists [J]. Chem Biol Drug Design, 2006, 67: 305−308)。 化合物 7 和 8 的安全性试验表明有抑制 hERG 钾 通道的作用, 例如 7 在 0.3 μmol·L −1 浓度下抑制率达 80%, 这种潜在的心脏毒性, 需进一步优化结构加以 消除。 4.2 消除抑制 hERG 钾通道作用—马拉韦罗的设计 4.2.1 变换环丁甲酰胺基片段, 降低疏水性 化合 物 7 和 8 对心脏的潜在毒性需要去除。以化合物 8 为起始物, 变换环丁甲酰胺基片段, 提高分子的极性 以抑制 hERG 通道的作用, 合成了化合物 16, 保持了 抗病毒活性, AV IC90=2 nmol·L −1 , 但 16 不能吸收。 化合物 17 (UK-396794) 的 AV IC90=0.6 nmol·L −1 , 未显示抑制 hERG 作用, 可在动物体内吸收, 但体内 代谢快, 不能作为候选化合物。 4.2.2 变换苯并咪唑以降低疏水性结合 再回到 7 和 8 先导物上。将化合物 7 与 hERG 作分子对接, 显 示苯并咪唑的苯环与通道蛋白的疏水区域高度重合, 这或许是与 hERG 亲和力的结构因素, 为此, 可向苯 并咪唑环上引入极性基团或去除苯环以降低疏水性。 前者会增加分子量, 并且合成难度加大, 因而采用降 低杂环疏水性策略。为了方便合成, 考察苯并咪唑的 影响用哌啶系列 (暂时不用托品系列) 作为模型化
842 药学学报 Acta pharmaceutica sinica2016,51(5):839-842 的参数,数值越大疏水性越强,容易产生复杂的代谢 产物,也不利于剂型设计。该项目设定目标化合物的 logD值在1.5~2.3,这是药代动力学和生物药剂学的 适宜范围。表1列出了有代表性化合物25~28,它们 的logD都在23以内。用环戊基置换环丁基,化合物 19-N 26提高了抗病毒活性,抑制hRG作用有所降低。R 为三氟丙基的化合物27的活性略有减弱,但抑制 220 hERG作用进一步下降。合并26和27的结构特征,设 计合成了44二氟环己基化合物28,不仅具有强效抑 制病毒复制活性,甚至在1μmolL浓度下也未显示 合物,报道了合成18~23等分子 抑制hERG通道的作用,说明环己基的位阻和氟原子 化合物18~20虽有活性但呈现较强抑制hERG的极性阻止了与hERG的结合。( Price da, Armour d, 的作用,可能是苄基与通道蛋白的疏水区域相结合 de Groot M, et al. Overcoming hERG affinity in the 的缘故。化合物21的苄基位置与18不同(互为区域 discovery of the CCr5 antagonist maraviroc [J]. Bioorg 异构体)对CCR5的抑制作用很弱。22和23对CR5 Med Chem lett.200,16:4633-4637)。 的 MIPlB IC5分别为70和50 noll,抑制hERG 的作用很弱,表明去除苯基有可能在保持活性前提表1有代表性的化合物25-238的结构、gD和生物学参数 下去除抑制hERG通道作用 遂将23的哌啶环换成托品环,保持了高抗HIV 的增殖活性,基本消除了抑制HERG作用。例如化合 物24的AVIC9=13molL-,在浓度为100 nmol. L 化合物 R AVIC9hERG通道的抑制活 molL-性(300mmol1-) 下抑制hERG仅10%。其中一个甲基换成异丙基时, 30% 得到的化合物25的抗HⅤ活性更强,AVIC9=8 nmol.L-,而且浓度为300 nmol.L-时对hERG的抑 824 制率为30%。这样,化合物25确定为新的里程碑式 2 化合物,再变换结构中的环丁酰基。 5候选物的确定和马拉维罗的上市 该项目从随机筛选出的苗头化合物(his),经 过结构变换过渡到先导物( hit-to-lead),再经先导 物的优化( optimization),最终确定了候选化合物 3C ( candidate),共合成了上千个目标分子。其中化合物 28具有良好的药代动力学性质,口服生物利用度F 23%,血浆半衰期1n=16h,被遴选为候选化合物,命 H3C CH3 名为马拉维罗( maraviroc)。经Ⅲ期临床研究证明是 治疗HVI感染安全有效,成为抑制CCR5阻止病毒 4.2、3变换环丁酰胺片段,再降低分子的疏水性研进入宿主细胞的首创性药物。 发至此,化合物25的抗HIV增殖活性、对CYP2D6 和hERG的作用已经达到优化的目标,剩下的问题是 降低整体分子的疏水性,以便提高体内的代谢稳定 性,因为疏水性越强,药物代谢越复杂,而且降低疏 水性还有利于生物药剂学性质。 H3C CH3 分布系数logD是表征化合物的疏水性或亲脂性
· 842 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (5): 839 −842 合物, 报道了合成 18～23 等分子。 化合物 18～20 虽有活性但呈现较强抑制 hERG 的作用, 可能是苄基与通道蛋白的疏水区域相结合 的缘故。化合物 21 的苄基位置与 18 不同 (互为区域 异构体), 对 CCR5 的抑制作用很弱。22 和 23 对 CCR5 的 MIP1β IC50 分别为 70 和 50 nmol·L −1 , 抑制 hERG 的作用很弱, 表明去除苯基有可能在保持活性前提 下去除抑制 hERG 通道作用。 遂将 23 的哌啶环换成托品环, 保持了高抗 HIV 的增殖活性, 基本消除了抑制 hERG 作用。例如化合 物 24 的 AV IC90=13 nmol·L −1 , 在浓度为 100 nmol·L −1 下抑制 hERG 仅 10%。其中一个甲基换成异丙基时, 得到的化合物 25 的抗 HIV 活性更强, AV IC90 = 8 nmol·L −1 , 而且浓度为 300 nmol·L −1 时对 hERG 的抑 制率为 30%。这样, 化合物 25 确定为新的里程碑式 化合物, 再变换结构中的环丁酰基。 4.2.3 变换环丁酰胺片段, 再降低分子的疏水性 研 发至此, 化合物 25 的抗 HIV 增殖活性、对 CYP2D6 和 hERG 的作用已经达到优化的目标, 剩下的问题是 降低整体分子的疏水性, 以便提高体内的代谢稳定 性, 因为疏水性越强, 药物代谢越复杂, 而且降低疏 水性还有利于生物药剂学性质。 分布系数 logD 是表征化合物的疏水性或亲脂性 的参数, 数值越大疏水性越强, 容易产生复杂的代谢 产物, 也不利于剂型设计。该项目设定目标化合物的 logD 值在 1.5～2.3, 这是药代动力学和生物药剂学的 适宜范围。表 1 列出了有代表性化合物 25～28, 它们 的 logD 都在 2.3 以内。用环戊基置换环丁基, 化合物 26 提高了抗病毒活性, 抑制 hERG 作用有所降低。R 为三氟丙基的化合物 27 的活性略有减弱, 但抑制 hERG 作用进一步下降。合并 26 和 27 的结构特征, 设 计合成了 4,4-二氟环己基化合物 28, 不仅具有强效抑 制病毒复制活性, 甚至在 1 μmol·L −1 浓度下也未显示 抑制 hERG 通道的作用, 说明环己基的位阻和氟原子 的极性阻止了与 hERG 的结合。(Price DA, Armour D, de Groot M, et al. Overcoming hERG affinity in the discovery of the CCR5 antagonist maraviroc [J]. Bioorg Med Chem Lett, 2006, 16: 4633−4637)。 表 1 有代表性的化合物 25～28 的结构、logD 和生物学参数 化合物 R logD AV IC90 /nmol·L −1 hERG 通道的抑制活 性 (300 nmol·L −1 ) 25 1.6 8 30% 26 2.1 2 18% 27 1.8 14 14% 28 2.1 2 0 5 候选物的确定和马拉维罗的上市 该项目从随机筛选出的苗头化合物 (hits), 经 过结构变换过渡到先导物 (hit-to-lead), 再经先导 物的优化 (optimization), 最终确定了候选化合物 (candidate), 共合成了上千个目标分子。其中化合物 28 具有良好的药代动力学性质, 口服生物利用度 F = 23%, 血浆半衰期 t1/2=16 h, 被遴选为候选化合物, 命 名为马拉维罗 (maraviroc)。经Ⅲ期临床研究证明是 治疗 HIV1 感染安全有效, 成为抑制 CCR5 阻止病毒 进入宿主细胞的首创性药物