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阿普斯特:变“废”为“宝”,思路清奇

时间:2019-08-19    作者:永利国际生物医药信息部

作者: 专栏作者 刘sir

沙利度胺是“魔鬼”也是“天使”,魔鬼是因为它导致了15000例畸形“海豹儿”,给了他们无尽的黑暗和绝望,但它又像一座宝库,60年来人们一直都在挖掘,其中 阿普斯特 就是在沙利度胺的基础上通过结构改造,去除不良反应,同时引入PDE4酶抑制剂的药效团,成为可作用于PDE4和TNF-α双靶标抑制剂,进而成为治疗银屑病型关节炎的一线药物。

沙利度胺——优良的先导化合物 

沙利度胺由于其严重的致畸、外周神经炎及便秘等副作用,于1961年撤市。但是在作为镇静药使用时,发现沙利度胺可通过抑制肿瘤坏死因子α (TNF-α)而起到免疫调节和抗炎的作用,随后科学家又发现沙利度胺具有较强的抗血管生成作用和抗肿瘤活性。考虑到沙利度胺明确的药理活性和作用靶点,美国Celgene 公司欲在沙利度胺的基础上通过结构改造,提高其对TNF-α的抑制活性,消除致畸和其他的不良反应,提高其溶解性和口服生物利用度,以便于研发出一类新型的药物。

2 结构改造——开环是关键 

对沙利度胺进行初步研究发现,邻苯二甲酰亚胺环是必需的活性基团,将其开环后,活性降低甚至消失。但是沙利度胺在生理条件下,谷氨酰胺环易发生水解开环,故猜测沙利度胺的开环产物1和2可与靶标结合,因此研究人员用简单的氨基酸或含取代基的氨基酸与邻苯二甲酸形成亚胺,作为结构改造的切入点。



研究者利用邻苯二甲酸酐与甘氨酸、β-氨基丙酸或γ-氨基丁酸反应得到了3个简单羧酸链取代的邻苯二甲酰亚胺类衍生物,结果显示,当化合物的浓度达数百微摩尔浓度时,对TNF-α的抑制活性仍不足50%,提示了简单的羧酸链取代物对TNF-α几乎没有抑制活性。

随后增加侧链的复杂度,引入苯环后,对TNF-α的抑制活性显著提高(IC50=260μmol·L−1),与沙利度胺的活性相当,在苯环上继续引入其他取代基后,活性进一步提高,其中衍生物7的活性最高(IC50 = 5.6 μmol·L−1)。


通过生物电子等排原理,末端的酰胺基团用烷基酰胺、羧基、羟基等基团置换后,发现生物活性均有不同程度的降低,用酯键取代后活性提高。

在邻苯二甲酰亚胺芳香环上分别引入羟基、硝基、叔丁基、卤素和氨基,发现引入氨基后,活性进一步提高。

3 双靶标作用——引入PDE4酶抑制剂的药效团 

前期合成的化合物对磷酸二酯酶4 (PDE4)的抑制活性测定发现,仅含二烷氧苯基片段的化合物对PDE4有一定的抑制活性,故猜测3, 4-二烷氧苯基片段活性必需基团。

故模仿PDE4抑制剂咯利普兰的结构,改变R1为乙基或环戊基,而R2基团则为羧基、甲酯基、酰胺基、氰基以及甲磺酰基,结果表明,R1为乙基时活性较环戊基高,R2为甲磺酰基时活性最好。

在衍生物11的基础上进一步考察邻苯二甲酰亚胺环上取代基对PDE4和 TNF-α的抑制活性的影响:引入羟基或甲氧基后,对PDE4的抑制活性略有降低,而引入甲基、氨基或二甲氨基后,对PDE4和TNF-α抑制活性均有升高,而当引入乙酰胺基时,则其消旋体12对PDE4和TNF-α显著升高,而此时的侧链须为甲磺酰基。

衍生物12为消旋化合物,是优化结构中活性最强的化合物,分子中含有1个手性中心,而且该手性碳相连的氢原子不是酸性氢,不会经互变异构而转变构型,因此可将对映异构体拆分为稳定的光活体。实验表明,S-构型13对PDE4 和TNF-α的抑制活性强R-异构5倍以上。 

4 阿普斯特的批准上市 

动物实验表明,S-异构体13具有良好的药代动力学性质,对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积和低清除率,对多种CYP氧化酶无抑制作用,血浆蛋白结合率90%。大鼠体内药效学实验表明具有较高的抗炎活性:用脂多糖诱导TNF-α生成的抑制作用ED50=0.03 mg·kg−1;脂多糖诱导嗜中性细胞的抑制作用ED50= 0.3mg·kg−1。于是将化合物13确定为候选化合物,命名为阿普斯特,进入临床开发研究,经三期临床研究证明:阿普斯特是口服治疗银屑病型关节炎的有效药物并于2014年经美国FDA批准上市。

参考文献: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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