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SGLT-2抑制劑坎格列淨的發現曆程與啓示

時間:2018-03-04    作者:聯創生物醫藥信息部

SGLT-2作爲治療二型糖尿病的較新靶點,目前FDA已批准上市了三個相關藥物。其憑借著獨特的作用機制,較其余口服降糖藥物有不會造成低血糖、對腎髒有一定的保護作用、可以在一定程度上降低患者體重以及改善胰島β細胞功能等優點,逐漸在吞噬著口服降糖藥物的市場。下面以坎格列淨爲例,介紹SGLT-2抑制劑開發的具體曆程。



坎格列淨(canagliflozin),化學名爲(1S)-1,5-脫氫-1-C-[3-[[5-(4-氟苯基)-2-噻吩基]甲基]-4-甲基苯基 ]-D-葡萄糖醇水合物(2∶1),結構爲:



 


是由MitsubishiTanabe Pharma公司原研的一種口服C-糖苷類鈉依賴性葡萄糖2型共轉運體(SGLT2)抑制劑,可通過阻斷近曲小管對葡萄糖的再吸收使濾過的葡萄糖從尿液中排出,從而達到降糖目的。最終由楊森公司向FDA提交注冊申請,于2013年3月首次經美國FDA批准上市,臨床用于治療2型糖尿病,商品名爲Invokana。

 

根皮苷帶來的啓示

根皮苷(phlorizin)是天然的糖苷衍生物,主要來源于蘋果皮及梨樹,最早由法國化學家于1835年分離獲得。根皮苷可以通過抑制SGLT阻止腎髒對葡萄糖的重吸收,並且可以長期促進腎髒通過尿液排糖。

 


Phlorizin


二十世紀九十年代在克隆SGLT1和SGLT2後研究證明,根皮苷爲SGLT1和SGLT2雙競爭性抑制劑。根據這個結果,思維活躍的化學家們産生了一個革命性的idea:制備一種通過抑制SGLT提高葡萄糖由尿液排出的藥物,從而利用這個新靶點、新機制治療二型糖尿病。

 

直接使用根皮苷實現這樣的目的是再理想不過,但是現實是殘酷的,化合物自身的性質導致無法實現這樣的目的。

 

首先,根皮苷通過口服給藥,會被腸道中的β-葡萄糖苷酶水解爲根皮素和葡萄糖,從而失去活性;其次,據報道根皮苷可以引起腎髒的損傷。因此,後續努力的目標爲,制備獲得與根皮苷結構活性相關的衍生物,通過抑制腎髒SGLT活性,用于二型糖尿病的治療。

 




 


第一個口服SGLT-2抑制劑


說其爲第一個口服SGLT-2抑制劑,倒不如說是最接近成爲第一個口服SGLT-2抑制劑的化合物,同樣需要從根皮苷說起。

 

上文已提到根皮苷爲SGLT1和SGLT2受體雙抑制劑,SGLT1主要存在于腸道,抑制SGLT1副作用較大;抑制SGLT2副作用小,並且有助于腎髒通過尿液排糖,從而達到降血糖的目的。因此,以根皮苷爲基礎的結構改造,主要存在以下目標:

 

1、提高化合物對于SGLT2受體抑制的特異性;

2、防止糖苷酶及代謝對化合物的降解,保證化合物的活性;

3、可以通過口服給藥。

通過對根皮苷構效關系的研究得出如下結論:

1、取代B環上4’位的羟基,可以抑制β-葡萄糖苷酶的水解;

2、苯並呋喃取代A環展現出優良的糖尿的排泄;

3、B環4’位甲基取代羟基,表現出對SGLT2良好的特異性;

4、糖基和苯環之間的鏈接是必須的。


得到如下化合物:

 

T-1095A

 

在上述研究的基礎上,再將糖環上的羟基甲酯化制備爲前藥,能進一步改善藥物在體內的活性並且增加對β-葡萄糖苷酶的穩定性,可得到前藥:

 

T-1095

 

T-1095可以通過肝髒酯酶的作用,轉化爲活性物質T-1095A,從而達到抑制腎髒對糖的重吸收,增加尿液排糖而降低血糖。作用機制如下:

 



針對T-1095臨床前試驗,分別在n-STZ大鼠、Goto–Kakizaki大鼠、ZDF大鼠、KKAy小鼠及db/db小鼠等模型做了充分的研究。結果顯示,T-1095降血糖的同時不會造成低血糖副作用,在外圍組織可以減少胰島素的耐受(包括肝髒和骨骼肌肉),可預防胰島β細胞的衰亡,通過緩解葡萄糖中毒改善胰島素分泌及胰島素的敏感性,有潛在緩解糖尿病並發症的能力。

 

很可惜的是,T-1095的O-糖苷鍵部分對β-葡萄糖苷酶的不耐受,最終還是無法成藥。不過,上述一系列的研究結果爲今後開發全新的、相對代謝更加穩定的化合物奠定了堅實的基礎。

 


坎格列淨(Canagliflozin)的誕生


以T-1095爲基礎,許多藥廠都在圍繞T-1095衍生物開發SGLT-2抑制劑糖尿病藥物。日本三菱的化學家,圍繞C-葡萄糖苷及N-葡萄糖苷展開了研究,目標就是要開發出針對SGLT-2抑制劑的藥物。

 

研究結果初步顯示,聯苯結構的C-葡萄糖苷的化合物抑制活性較弱;相反,苄基苯胺的N-葡萄糖苷的化合物展現出強的體外抑制活性,但是N-葡萄糖苷的代謝穩定性相對還是較差。因此,後續合成了一系列芳環C-葡萄糖苷和硫唑嘌呤芳香N-葡萄糖苷化合物,並比較了相關化合物的活性及尿排糖量,結果如下:

 



通過上述數據可以看出,IC50顯示,化合物20及化合物21的活性表現出較爲明顯的優勢;UGE方面,化合物21比化合物20高出近50%。噻吩衍生物在一系列C-葡萄糖苷化合物中體現出最高的效能;對于R1的取代,鹵素和短鏈烷烴較氫原子展現出更高的體外活性;體內效能和化學穩定性方面,R2的取代基團爲芳基要優于烷基或者鹵素基團。因此,最終選擇化合物21爲目標化合物進一步進行研究,也就是未來的Canagliflozin(TA-7284)。

 


坎格列淨臨床前研究


由于坎格列淨爲開發期間未有同樣靶點的相關藥物上市,在做臨床前研究時就以T-1095爲對照藥物進行研究。體外抑制劑活性及SD大鼠尿液排糖量研究顯示,坎格列淨表現出對于SGLT-2靶點的特異性抑制,及良好的UGE。

 



 此外,對于SGLTs和GLUTs坎格列淨展現出很弱的抑制作用,更加說明對于靶點SGLT-2有更好的特異性抑制作用。

  


PK方面的研究顯示,以SD大鼠爲模型,結果顯示坎格列淨相對于T-1095口服生物暴露量及生物利用度都要更好。

  


綜上所述,坎格列淨在特異性、活性及生物利用度等多方面均體現出良好的試驗結果,爲進行臨床研究奠定了基礎。

 



坎格列淨臨床研究


臨床研究結果顯示,坎格列淨不僅有好的降糖效果,並且在減重及改善胰島β細胞功能方面也有良好的表現。

 

24周的三期臨床結果顯示,日服一次坎格列淨100mg或者200mg,100mg組HbA1C在治療終點可以降1.03%,胰島素原/C肽的比值及HOMA-β在坎格列淨組也有顯著的降低。這個結果說明,服用坎格列淨24周,可以改善胰島β細胞功能,並且可以長期控制血糖水平,並且極少發生低血糖副作用。

 

在降低血糖的同時,24周的治療還可以降體重約3.0%。



 


 CANTATA三期臨床結果顯示,在坎格列淨(100mg)與格列美脲(5.6mg)的對比中,HbA1C降低是基本一致的。但是,在52周坎格列淨可以明顯的降低體重,而格列美脲會是體重少量增加。降糖方面與西格列汀的對比中,100mg規格不劣于西格列汀,300mg規格優于西格列汀。

 

同時,三期臨床還顯示出坎格列淨很好的餐後耐受。餐後血糖可以被降低,葡萄糖誘導的胰島素分泌會提高。此外,餐後GLP-1和PYY水平同時提升。這些結果顯示,長期口服坎格列淨治療,對胰島β細胞功能會有一定的改善作用。

 


坎格列淨的合成


坎格列淨主要有如下兩條合成路線:

 

路線一



 

路線二



 

兩條路線均涉及超低溫的反應,並且此步反應一定會囊括至原料藥的申報步驟之中,因此超低溫反應設備的投入及巨大的耗能是在評估項目中不得不考慮的因素。C-糖苷鍵生成的反應是此條路線的核心,反應的特異性及收率是關系最終成本和市場競爭力至關重要的因素。選擇哪個保護集團保護的糖環,會直接導致反應條件的不同,雜質體系及溶劑體系的變化,從而會影響到分析方法及質量標准的建立。API爲半水合物,結晶工藝是需要單獨拿出來進行優化的,這樣才能保證可控、穩定的獲得目標晶型,爲通過一致性評價奠定堅實的基礎。

 

可見,一個化合物成藥是踩在衆多前輩化合物的“屍體”上走過來的。化合物中任何一個基團的改變都是以理論爲基礎,數據爲准繩。只有缜密的分析,充分的研究及數據支持,才能在一個新藥的開發中具有一定把握。當然,能將一個化合物最終推向市場也少不了幸運女神的青睐。


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