药学学报 Acta pharmaceutica sinica2016,51(7:1175-1178 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 研制替格瑞洛是从具有弱拮抗作用的ATP开始的,用药物化学的构效美系和概念验证,几乎对AP结构的 东西南北中”进行了全面的改造,合成的6000多个目标化合物足以说明曲折复杂的研发过程和从事首创药物 的艰辛。研发者为满足临床的不同需求,在一个研发的路径上,相继诞生了两个不同结构的注射用药和口服用 (编者按) DO:10.16438/0513-4870.20141l1 从ATP到替格瑞洛的结构演化轨迹 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概说 验。将人血小板经洗涤后悬浮于 Tyrode缓冲液中,加 替格瑞洛是抑制血小板聚集的药物,由阿斯利入ADP以使血小板聚集,加入不同浓度的受试物以 康公司研制,于2010和2011年分别在欧盟和美国上抑制聚集过程,用浊度仪测定聚集程度,计算受试物 市。它的作用靶标是二磷酸腺苷(ADP)受体P2Y12,的活性ICo或 pICo( Humphries RG, Tomlinson W, 与已经上市的血小板抑制剂氯吡格雷等作用靶标相 ngall Ah,etal.FPL66096: a novel, highly potent and 同,但结合位点不同,氯吡格雷在P2Y12受体与 ADP selective antagonist at human platelet P2T-purinoceptors 竞争结合位点,发生不可逆结合;而替格瑞洛可逆性 Br J Pharmacol,1994,11:1057-1063) 地结合于P2Y12变构区 4化学线索一ATP对P2Y12具有弱抑制作用 2研制背景与靶标 ADP(1)是P2Y12受体激动剂,而ATP(2)对 血小板的生理功能是止血,血管破裂出血,经血PY12具有弱抑制作用,plCs0=36,虽然ATP水溶性 小板聚集促使血凝。然而血小板在动脉壁斑块上的聚良好(logD4=-3),适于注射应用,但由于对其他受 集会形成血栓,造成栓塞,可发生危及生命的心肌梗体亚型也有抑制作用,而且在体内的稳定性差,不 死和脑卒中。所以防止血栓形成是降低心脑血管疾病药用。但ATP可作为研发P2Y12拮抗剂的起始物 的重要环节 5结构改造 血小板上具有核苷受体,其中P2Y12受体亚型, 对ATP的结构改造主要集中在3个部位,即三磷 经ADP结合而活化,在动脉血栓形成的过程中起关酸链、C2的取代和C6上的胺基(N6)取代,如通式 键作用。ADP结合于血小板的P2Y12受体,使血小3所示 板形状改变,暴露出糖蛋白 nb/lla(Ib/a为血小板5.1磷酸侧链的变换ATP比ADP多出一个γ磷酸 与纤维蛋白原发生交联的位点)。再经内源性聚集调基,对P2Y12作用正好相反,由ADP的激动转变为 节剂如血栓烷A2、5-HT和ADP等的释放,发生放大ATP的拮抗作用,推测归因于ATP的y-磷酸基负电荷 效应,形成持续性的血小板聚集 起重要作用(这是一个科学假定)。推论保持3个磷酸 3评价活性的模型 单元是维持拮抗作用之必需。然而在心血管组织细胞 化合物抑制血小板聚集的初筛模型是用离体实表面存在外核苷酸酶( ectonucleotidase,可将ATP的
药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (7): 1175 −1178 · 1175 · ·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。 研制替格瑞洛是从具有弱拮抗作用的 ATP 开始的, 用药物化学的构效关系和概念验证, 几乎对 ATP 结构的 “东西南北中”进行了全面的改造, 合成的 6 000 多个目标化合物足以说明曲折复杂的研发过程和从事首创药物 的艰辛。研发者为满足临床的不同需求, 在一个研发的路径上, 相继诞生了两个不同结构的注射用药和口服用 药, 一石二鸟。 ( 编者按) DOI: 10.16438/j.0513-4870.2014-1117 从 ATP 到替格瑞洛的结构演化轨迹 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 概说 替格瑞洛是抑制血小板聚集的药物, 由阿斯利 康公司研制, 于 2010 和 2011 年分别在欧盟和美国上 市。它的作用靶标是二磷酸腺苷 (ADP) 受体 P2Y12, 与已经上市的血小板抑制剂氯吡格雷等作用靶标相 同, 但结合位点不同, 氯吡格雷在P2Y12受体与ADP 竞争结合位点, 发生不可逆结合; 而替格瑞洛可逆性 地结合于 P2Y12 变构区。 2 研制背景与靶标 血小板的生理功能是止血, 血管破裂出血, 经血 小板聚集促使血凝。然而血小板在动脉壁斑块上的聚 集会形成血栓, 造成栓塞, 可发生危及生命的心肌梗 死和脑卒中。所以防止血栓形成是降低心脑血管疾病 的重要环节。 血小板上具有核苷受体, 其中 P2Y12 受体亚型, 经 ADP 结合而活化, 在动脉血栓形成的过程中起关 键作用。ADP 结合于血小板的 P2Y12 受体, 使血小 板形状改变, 暴露出糖蛋白 IIb/IIIa (IIb/IIIa 为血小板 与纤维蛋白原发生交联的位点)。再经内源性聚集调 节剂如血栓烷 A2、5-HT 和 ADP 等的释放, 发生放大 效应, 形成持续性的血小板聚集。 3 评价活性的模型 化合物抑制血小板聚集的初筛模型是用离体实 验。将人血小板经洗涤后悬浮于 Tyrode 缓冲液中, 加 入 ADP 以使血小板聚集, 加入不同浓度的受试物以 抑制聚集过程, 用浊度仪测定聚集程度, 计算受试物 的活性 IC50 或 pIC50 (Humphries RG, Tomlinson W, Ingall AH, et al. FPL 66096: a novel, highly potent and selective antagonist at human platelet P2T-purinoceptors. Br J Pharmacol, 1994, 113: 1057−1063)。 4 化学线索—ATP 对 P2Y12 具有弱抑制作用 ADP (1) 是 P2Y12 受体激动剂, 而 ATP (2) 对 P2Y12 具有弱抑制作用, pIC50=3.6, 虽然 ATP 水溶性 良好 (logD7.4 = −3), 适于注射应用, 但由于对其他受 体亚型也有抑制作用, 而且在体内的稳定性差, 不能 药用。但 ATP 可作为研发 P2Y12 拮抗剂的起始物。 5 结构改造 对 ATP 的结构改造主要集中在 3 个部位, 即三磷 酸链、C2 的取代和 C6 上的胺基 (N6) 取代, 如通式 3 所示。 5.1 磷酸侧链的变换 ATP 比 ADP 多出一个 γ-磷酸 基, 对 P2Y12 作用正好相反, 由 ADP 的激动转变为 ATP 的拮抗作用, 推测归因于 ATP 的 γ-磷酸基负电荷 起重要作用 (这是一个科学假定)。推论保持 3 个磷酸 单元是维持拮抗作用之必需。然而在心血管组织细胞 表面存在外核苷酸酶 (ectonucleotidase), 可将ATP的
1176 药学学报 Acta pharmaceutica sinica2016,51(7:1175-1178 HO OH HO HO OHHOOH HO OH OOH HO OH H OH γ-磷酸基水解生成ADP。为了阻止水解作用应增加第定为进入开发的候选化合物。用麻醉大鼠、犬和人进 3个磷酸基的稳定性,因而须对ATP的结构修饰 行体内实验,化合物5半衰期很短,t1n2=2min。静脉 将连接月y二磷酸之间的氧原子改换成CH2,灌注01 mg.kg . min,15min后完全抑制了血小板 提高了γ磷酸基对水解的抗性,化合物稳定性增高。聚集,停药后15min则完全恢复。化合物5的这种快 然而,By-CH2-的变换,使得未端质子的pKa提高到速起效和快速消失的特点,对于处置急性栓塞的患 81(酸性减弱,而原来的三磷酸基未端质子的pKa为者是有利的 66,以至于在生理条件下(pH74),By-CH2三磷酸5.3N6的取代N6被双烷基取代,抑制活性锐减 未端的-OH不能离解成负离子,导致荷电状态类似于故不宜双取代。而单烷基取代比未取代的化合物活 ADP的3个负电荷(ATP有4个负电荷),因而降低性高,链中可有杂原子取代,但以3~4个疏水性原 了抑制活性 子为最佳,烷基链延长会导致长时间作用而不利。经 当βy-CH2-的两个氢原子被卤原子置换(通式3优化发现N6被CH2CH2SCH3单取代为佳,C2连接 中R:=F或C),由于卤素的强电负性,使未端质子的SCH2CH2CF3的化合物7, pICs=9.35,比化合物5的 pKa接近于AIP,活性也随之提高,例如化合物4的活性强6倍,给药起效后20min,复原率为79%,作 plCs0=3.5,与ATP相近 用时间适宜。遂作为注射用药进入临床研究,命名为 52C2的取代基于合成反应的考虑,将C8和C2砍格雷洛(7, cangrelor),为超短时抗血栓生成药物, (通式3)的H可用基团取代。结果表明,C8即使用最目前处于Ⅲ期阶段( (Ingall Ah, Dixon J, Bailey A, 小的基团取代都会降低拮抗作用,因而C8H不可变eta. Antagonists of the platelet F2 r receptor: a novel 换。而C2-H被其他基团置换,可提高活性。例如 approach to antithrombotic therapy. J Med Chem, 1999, 甲硫基取代的ADP促进血小板聚集的活性强于ADP42:213-220 约30倍( dough G Maguire MH, Penglis F. Analogues6PY2口服抑制剂 of adenosine 5c-diphosphate. New platelet aggregators.6,1嘌呤苷酸的再改造在由起始物ATP设计 Influence of purinering and phosphate chain substitutions P2Y12抑制剂中还实施了另一条路径,即将三磷酸 on the platelet taggregating potency of adenosine5￠-侧链用二羧酸置换,模拟三磷酸端基的负电荷,制备 diphosphate. Aust Mol Pharmacol,1972,8:170-1707了化合物8,8虽然有活性,但低于7上百倍。进而对 C2为乙硫基或正丙硫基取代的化合物,抑制血小板嘌呤环作结构变换,将C8换成N原子得到的化合物 聚集的活性比4强10000倍,例如化合物5的pCs=9抑制PY12的活性提升到与7相当,表明三唑并嘧 86,6的pCso=8.16提示在C2处引入疏水基团提高啶替换嘌呤母核,活性提高百倍。进而用环戊基替换 抑制活性。然而再延长C2的疏水链,不能提高活性。核糖,化合物10仍然保持了活性。由此确定了氮杂 因化合物5对PY12的强抑制活性和选择性,确嘌呤(即三唑并嘧啶)与环戊基形成的类核苷成为 HO OHHO OHHO OH OHHO OHHO OH HHUOH HO OH
· 1176 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (7): 1175 −1178 γ-磷酸基水解生成 ADP。为了阻止水解作用应增加第 3 个磷酸基的稳定性, 因而须对 ATP 的结构修饰。 将连接 β,γ-二磷酸之间的氧原子改换成-CH2-, 提高了 γ 磷酸基对水解的抗性, 化合物稳定性增高。 然而, β,γ-CH2-的变换, 使得未端质子的 pKa 提高到 8.1 (酸性减弱), 而原来的三磷酸基未端质子的 pKa为 6.6, 以至于在生理条件下 (pH 7.4), β,γ-CH2-三磷酸 未端的-OH不能离解成负离子, 导致荷电状态类似于 ADP 的 3 个负电荷 (ATP 有 4 个负电荷), 因而降低 了抑制活性。 当 β,γ-CH2-的两个氢原子被卤原子置换 (通式 3 中 R3=F 或 Cl), 由于卤素的强电负性, 使未端质子的 pKa 接近于 ATP, 活性也随之提高, 例如化合物 4 的 pIC50=3.5, 与 ATP 相近。 5.2 C2 的取代 基于合成反应的考虑, 将 C8 和 C2 (通式 3) 的 H 可用基团取代。结果表明, C8 即使用最 小的基团取代都会降低拮抗作用, 因而 C8-H 不可变 换。而 C2-H 被其他基团置换, 可提高活性。例如 2- 甲硫基取代的 ADP 促进血小板聚集的活性强于 ADP 约 30 倍 (Gough G, Maguire MH, Penglis F. Analogues of adenosine 5¢-diphosphate. New platelet aggregators. Influence of purinering and phosphate chain substitutions on the platelet taggregating potency of adenosine 5 ¢- diphosphate. Aust Mol Pharmacol, 1972, 8: 170 −177)。 C2 为乙硫基或正丙硫基取代的化合物, 抑制血小板 聚集的活性比 4 强 10 000 倍, 例如化合物 5 的 pIC50= 8.6, 6 的 pIC50=8.16。提示在 C2 处引入疏水基团提高 抑制活性。然而再延长 C2 的疏水链, 不能提高活性。 因化合物 5 对 P2Y12 的强抑制活性和选择性, 确 定为进入开发的候选化合物。用麻醉大鼠、犬和人进 行体内实验, 化合物 5 半衰期很短, t1/2=2 min。静脉 灌注 0.1 mg·kg−1 ·min−1 , 15 min 后完全抑制了血小板 聚集, 停药后 15 min 则完全恢复。化合物 5 的这种快 速起效和快速消失的特点, 对于处置急性栓塞的患 者是有利的。 5.3 N6 的取代 N6 被双烷基取代, 抑制活性锐减, 故不宜双取代。而单烷基取代比未取代的化合物活 性高, 链中可有杂原子取代, 但以 3～4 个疏水性原 子为最佳, 烷基链延长会导致长时间作用而不利。经 优化发现 N6 被 CH2CH2SCH3 单取代为佳, C2 连接 SCH2CH2CF3 的化合物 7, pIC50 = 9.35, 比化合物 5 的 活性强 6 倍, 给药起效后 20 min, 复原率为 79%, 作 用时间适宜。遂作为注射用药进入临床研究, 命名为 砍格雷洛 (7, cangrelor), 为超短时抗血栓生成药物, 目前处于Ⅲ期阶段 (Ingall AH, Dixon J, Bailey A, et al. Antagonists of the platelet P2T receptor: a novel approach to antithrombotic therapy. J Med Chem, 1999, 42: 213−220)。 6 P2Y12 口服抑制剂 6.1 嘌呤苷酸的再改造 在由起始物 ATP 设计 P2Y12 抑制剂中还实施了另一条路径, 即将三磷酸 侧链用二羧酸置换, 模拟三磷酸端基的负电荷, 制备 了化合物 8, 8 虽然有活性, 但低于 7 上百倍。进而对 嘌呤环作结构变换, 将 C8 换成 N 原子得到的化合物 9 抑制 P2Y12 的活性提升到与 7 相当, 表明三唑并嘧 啶替换嘌呤母核, 活性提高百倍。进而用环戊基替换 核糖, 化合物 10 仍然保持了活性。由此确定了氮杂 嘌呤 (即三唑并嘧啶) 与环戊基形成的类核苷成为
郭宗儒:从ATP到替格瑞洛的结构演化轨迹 OOH Chem Abstr. 1998. 129: 95506: Guile Sd. et al. PCt Int. Appl. Wo199905143, 1999, Chem Abstr., 1999 130:168386)。化合物的结构与活性的关系归纳如下 ①将4的R固定为COOH、CONH2或CH2OH,变 化合物 换C2的连接基,此时疏水性侧链有利于提高抑制作 70 用,其中正丙硫基的活性最强,若硫原子换成极性的 9 氧或氮原子,则活性降低。因而将C2的连接基固定 为正丙硫基。②N6连接疏水性基团也有利于提高活 P2Y12抑制剂新的骨架结构 性,极性的侧链使活性降低;N连接两个烷基链成为 化合物9和10的活性虽然较高,但相对分子质叔胺对活性不利反式2苯基环丙基取代的化合物活 量大于500,灌胃大鼠迅速从胆汁中排出,这不符合性明显强于其他侧链,例如化合物14~16,比相应的 口服的要求,而且由于含有可形成两个负电荷的羧正丁基化合物113的活性强10倍。此外,化合物 基和两个羟基,这些都是不利于口服吸收的结构因 16的半衰期和口服生物利用度(F=35%)也显著优于 素,因而需“削减”该酸性侧链。 其他化合物。③化合物14~16含有两个手性中心, 62用受体结合实验评价高活性化合物前述的活消旋体经拆分后得到的旋光异构体1R2S的活性强于 性是评价化合物抑制ADP诱导洗涤过的血小板的聚 lS,2R对映体 集作用,属于功能性实验。为了进一步评价化合物的 活性,用放射性I标记的P2Y12拮抗剂被受试化合 物从洗涤过的血小板上置换下来的结合力实验计算 受试物pK值。用已有的化合物证明该放射性置换实 验值pK与功能性实验值 pICs是平行的。 6.3简化酸性侧链成中性短链仍然有效用组合合 成的方法制备含有各种酸性侧链的化合物,意外地化合物R 发现单羧酸化合物11仍具有活性,这显然与所谓的 “γ-磷酸假定”相悖,更有意义的是,即使没有羧基 的化合物12和13,仍然有一定的抑制活性,这为减 小分子尺寸和改善药代性质提供了优化线索。不过化 合物11~13的大鼠生物利用度和在体内的存留时间6.5建立评价化合物被氧化代谢和葡醛酸苷化的体 仍然较低 外模型为了优化药代动力学性质,评价了化合物 对Ⅰ相和Ⅱ相代谢的稳定性。建立的体外模型是在化 合物与肝微粒体的温孵中加入 NADPH(氧化代谢的 辅酶)和 UDPGA(葡醛酸苷化的辅酶),同时加入可 发生氧化代谢的药物齐留通( zileuton)和发生葡醛 酸苷化的美沙芬( dextromethorphan),当受试物可耐 化合物 受大于20倍齐留通和10倍美沙芬的代谢的程度时 lI 预示化合物在体内肝脏发生两相代谢都不高于10%, 即小于2 mL min.kg( Springthorpe B, Bailey A, 13 CH,OH Barton P, et al. From ATP to AZD6140 the discovery of an orally active reversible P2Y12 receptor antagonist 64氮杂嘌呤的C2和N6的取代基变换由于4" for the prevention of thrombosis. Bioorg Med Chem 位置的取代基发生了较大的变化,需要进一步优化Let,2007,17:6013-6018)。 C2和N6取代基,阿斯利康公司为此合成了6000多6.6提高代谢稳定性一环戊基的4位取代基的优化 个化合物,足见由注射剂变为口服用药的的艰巨性化合物16对P2Y12的抑制活性以及大鼠的生物利用 ( Bonner rv,etal. PCT Int. Appl. wO199828300,1998;度和半衰期达到了一定的要求,然而用大鼠、犬和人
郭宗儒: 从 ATP 到替格瑞洛的结构演化轨迹 · 1177 · 化合物 X Y pIC50 8 C O 7.0 9 N O 9.5 10 N CH2 9.3 P2Y12 抑制剂新的骨架结构。 化合物 9 和 10 的活性虽然较高, 但相对分子质 量大于 500, 灌胃大鼠迅速从胆汁中排出, 这不符合 口服的要求, 而且由于含有可形成两个负电荷的羧 基和两个羟基, 这些都是不利于口服吸收的结构因 素, 因而需“削减”该酸性侧链。 6.2 用受体结合实验评价高活性化合物 前述的活 性是评价化合物抑制 ADP 诱导洗涤过的血小板的聚 集作用, 属于功能性实验。为了进一步评价化合物的 活性, 用放射性 125I 标记的 P2Y12 拮抗剂被受试化合 物从洗涤过的血小板上置换下来的结合力实验计算 受试物 pKi 值。用已有的化合物证明该放射性置换实 验值 pKi 与功能性实验值 pIC50 是平行的。 6.3 简化酸性侧链成中性短链仍然有效 用组合合 成的方法制备含有各种酸性侧链的化合物, 意外地 发现单羧酸化合物 11 仍具有活性, 这显然与所谓的 “γ-磷酸假定”相悖, 更有意义的是, 即使没有羧基 的化合物 12 和 13, 仍然有一定的抑制活性, 这为减 小分子尺寸和改善药代性质提供了优化线索。不过化 合物 11～13 的大鼠生物利用度和在体内的存留时间 仍然较低。 Rat 化合物 R pKi t1/2/min F/% 11 COOH 8.3 0.5 <5 12 CONH2 7.7 1.4 <5 13 CH2OH 7.1 1.2 <5 6.4 氮杂嘌呤的 C2 和 N6 的取代基变换 由于 4' 位置的取代基发生了较大的变化, 需要进一步优化 C2 和 N6 取代基, 阿斯利康公司为此合成了 6 000 多 个化合物, 足见由注射剂变为口服用药的的艰巨性 (Bonnert RV, et al. PCT Int. Appl. W0199828300, 1998; Chem Abstr., 1998, 129: 95506; Guile SD, et al. PCT Int. Appl. WO199905143, 1999; Chem Abstr., 1999, 130: 168386)。化合物的结构与活性的关系归纳如下: ① 将 4'的 R 固定为 COOH、CONH2 或 CH2OH, 变 换 C2 的连接基, 此时疏水性侧链有利于提高抑制作 用, 其中正丙硫基的活性最强, 若硫原子换成极性的 氧或氮原子, 则活性降低。因而将 C2 的连接基固定 为正丙硫基。② N6 连接疏水性基团也有利于提高活 性, 极性的侧链使活性降低; N 连接两个烷基链成为 叔胺对活性不利。反式 2-苯基环丙基取代的化合物活 性明显强于其他侧链, 例如化合物 14～16, 比相应的 正丁基化合物 11～13 的活性强 10 倍。此外, 化合物 16 的半衰期和口服生物利用度 (F=35%) 也显著优于 其他化合物。③ 化合物 14～16 含有两个手性中心, 消旋体经拆分后得到的旋光异构体 1R,2S 的活性强于 1S,2R 对映体。 Rat 化合物 R pKi t1/2/min F/% 14 COOH 9.6 0.5 − 15 CONH2 8.8 2.0 <5 16 CH2OH 8.3 2.5 35 6.5 建立评价化合物被氧化代谢和葡醛酸苷化的体 外模型 为了优化药代动力学性质, 评价了化合物 对Ⅰ相和Ⅱ相代谢的稳定性。建立的体外模型是在化 合物与肝微粒体的温孵中加入 NADPH (氧化代谢的 辅酶) 和 UDPGA (葡醛酸苷化的辅酶), 同时加入可 发生氧化代谢的药物齐留通 (zileuton) 和发生葡醛 酸苷化的美沙芬 (dextromethorphan), 当受试物可耐 受大于 20 倍齐留通和 10 倍美沙芬的代谢的程度时, 预示化合物在体内肝脏发生两相代谢都不高于 10%, 即小于 2 mL·min−1 ·kg−1 (Springthorpe B, Bailey A, Barton P, et al. From ATP to AZD6140: the discovery of an orally active reversible P2Y12 receptor antagonist for the prevention of thrombosis. Bioorg Med Chem Lett, 2007, 17: 6013−6018)。 6.6 提高代谢稳定性—环戊基的 4'位取代基的优化 化合物 16 对 P2Y12 的抑制活性以及大鼠的生物利用 度和半衰期达到了一定的要求, 然而用大鼠、犬和人
1178 药学学报 Acta pharmaceutica sinica2016,51(7:1175-1178 肝细胞研究16的代谢行为时,发现大鼠对4CH2OH合物20用于临床的治疗剂量最小,因而选定为候选 发生氧化代谢,而犬和人则是Ⅱ相的葡醛酸苷化。为药物,命名为替格瑞洛( ticagrelor)进入开发阶段。经 了提高化合物对氧化和葡醛酸苷化的稳定性,对4的Ⅲ期临床研究证明是急性冠状动脉综合征不稳定性 R取代基进行优化,其中化合物17和18对Ⅱ相和Ⅱ心绞痛和心肌梗死的有效药物,在2010和2011年分 相代谢达到稳定性的标准(分别达到预设的比值,别在欧盟和美国批准上市( Springthorpe B, Bailey a 活性和生物利用度也基本达到要求 Barton P, et al. From ATP to AZD6140: the discovery of an orally active reversible P2Y12 receptor antagonist for the prevention of thrombosis. Bioorg Med Chem Let12007,17:6013-6018)。 化合物 UDPGA NADPH CH-OH 17O(CH22OH8.5 18 CH2 CHOH 8.2 67结构微调一对苯环的取代基变换为了进一步7总结:研发替格瑞洛的化学轨迹 优化体外活性和代谢稳定性,N6侧链上的苯环用不 替格瑞洛虽然不是第一个上市的P2Y12受体拮 同的基团取代,化合物19~21呈现优良性质,表明抗剂,但作用于受体的变构区域,有别于它的先行 苯环上有两个氟原子取代是有利的。化合物20的硫者,结构类型也完全不同,也可认为是个首创性药 醚链端基CH3被CF3置换,对P2Y12的亲和力提高了物阿斯利康公司研制成功替格瑞洛,合成了600y 0.5个对数单位,pKa达到92,活性最高 个目标化合物,其中的曲折复杂过程笔者不得而知 不过仅从研发过程中构建和精修化学结构,也可启 示人们开拓思路。以下是研发中的重要节点:①发现 受体具有弱抑制作用,成为研究的起 始点。②在嘌呤环的C2和N6处引入疏水性侧链,提 高了与受体的结合力。③修饰三磷酸基的连接基, 提高稳定性,并维持了必要的酸性。④骨架迁越用 OHOH 化合物 三唑并嘧啶替换嘌呤环,使活性提髙逾百倍,此时分 CH:OH 稳定 子的结合取向很可能发生了变化。该阶段研发出注射 20O(CH2)2OH8.7 用的坎格雷拉(现处于Ⅲ期临床)。⑤继续研究,发 D(CH2 2OH 现了没有酸性侧链的拮抗剂。⑥N6侧链上引入反式 2-苯基环丙胺片段,活性提高一个数量级。⑦为提高 化合物19~21对大鼠和犬的药代动力学实验表代谢稳定性在环戊基的4位优化得到代谢稳定的基 明,20的口服生物利用度F大k=24%,F=72%,高于团。⑧精修苯环,引入二氟原子提高了活性和代谢 化合物19和21,综合药效学和药动学数据,预测化稳定性,建成替格瑞洛分子
· 1178 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2016, 51 (7): 1175 −1178 肝细胞研究 16 的代谢行为时, 发现大鼠对 4'-CH2OH 发生氧化代谢, 而犬和人则是Ⅱ相的葡醛酸苷化。为 了提高化合物对氧化和葡醛酸苷化的稳定性, 对 4'的 R 取代基进行优化, 其中化合物 17 和 18 对Ⅱ相和Ⅱ 相代谢达到稳定性的标准 (分别达到预设的比值), 活性和生物利用度也基本达到要求。 化合物 R pKi UDPGA ratio NADPH ratio Rat F% 16 CH2OH 8.3 5 >30 35 17 O(CH2)2OH 8.5 24 13 26 18 CH2CH2OH 8.2 19 27 37 6.7 结构微调—对苯环的取代基变换 为了进一步 优化体外活性和代谢稳定性, N6 侧链上的苯环用不 同的基团取代, 化合物 19～21 呈现优良性质, 表明 苯环上有两个氟原子取代是有利的。化合物 20 的硫 醚链端基 CH3被 CF3置换, 对 P2Y12 的亲和力提高了 0.5 个对数单位, pKa 达到 9.2, 活性最高。 化合物 R pKi UDPGA ratio NADPH ratio 19 CH2OH 8.3 稳定 >30 20 O(CH2)2OH 8.7 稳定 24 21 O(CH2)2OH 9.2 稳定 32 化合物 19～21 对大鼠和犬的药代动力学实验表 明, 20 的口服生物利用度 F大鼠 =24%, F犬 =72%, 高于 化合物 19 和 21, 综合药效学和药动学数据, 预测化 合物 20 用于临床的治疗剂量最小, 因而选定为候选 药物, 命名为替格瑞洛 (ticagrelor) 进入开发阶段。经 Ⅲ期临床研究证明是急性冠状动脉综合征不稳定性 心绞痛和心肌梗死的有效药物, 在 2010 和 2011 年分 别在欧盟和美国批准上市 (Springthorpe B, Bailey A, Barton P, et al. From ATP to AZD6140: the discovery of an orally active reversible P2Y12 receptor antagonist for the prevention of thrombosis. Bioorg Med Chem Lett, 2007, 17: 6013−6018)。 7 总结: 研发替格瑞洛的化学轨迹 替格瑞洛虽然不是第一个上市的 P2Y12 受体拮 抗剂, 但作用于受体的变构区域, 有别于它的先行 者, 结构类型也完全不同, 也可认为是个首创性药 物。阿斯利康公司研制成功替格瑞洛, 合成了 6 000 多 个目标化合物, 其中的曲折复杂过程笔者不得而知, 不过仅从研发过程中构建和精修化学结构, 也可启 示人们开拓思路。以下是研发中的重要节点: ① 发现 ATP 对 P2Y12 受体具有弱抑制作用, 成为研究的起 始点。② 在嘌呤环的 C2和N6处引入疏水性侧链, 提 高了与受体的结合力。③ 修饰三磷酸基的 βγ 连接基, 提高稳定性, 并维持了必要的酸性。④ 骨架迁越用 三唑并嘧啶替换嘌呤环, 使活性提高逾百倍, 此时分 子的结合取向很可能发生了变化。该阶段研发出注射 用的坎格雷拉 (现处于Ⅲ期临床)。⑤ 继续研究, 发 现了没有酸性侧链的拮抗剂。⑥ N6 侧链上引入反式 2-苯基环丙胺片段, 活性提高一个数量级。⑦ 为提高 代谢稳定性在环戊基的 4'位优化得到代谢稳定的基 团。⑧ 精修苯环, 引入二氟原子提高了活性和代谢 稳定性, 建成替格瑞洛分子