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行業聚焦

蘇沃雷生:黑暗中摸索前進

時間:2018-12-27    作者:聯創生物醫藥信息部

藥渡  作者: 劉sir

蘇沃雷生是由Merck公司開發的一類新型的催眠藥,2014年獲得美國FDA批准用于治療難以入睡或維持睡眠的第一個食欲素受體拮抗劑。臨床研究表明,對抗抑郁類鎮靜藥和苯二氮䓬類鎮靜藥産生耐藥性的失眠患者,蘇沃雷生的治療效果良好。

1苗頭化合物的發現

Merck公司從擁有300萬個化合物的數據庫中,隨機篩選化合物並測定該化合物對CHO 細胞表達的人Ox2R (hOx2R)細胞和發生Ile408Val變異的人Ox1R (hOx1R)細胞的抑制活性,研發的目標化合物須對此兩類受體亞型均有較好的親和力和抑制活性。篩選後發現,化合物A對hOx1R的抑制活性IC50=630 nmol·L−1,而對hOx2R的抑制活性IC50=98 nmol·L−1。化合物A對hOx1R的抑制活性明顯弱于hOx2R,故需對其進行結構優化,使得對二者的抑制活性相當。但是保持其1,4-二氮䓬母核不變,主要通過改變母核左側的雜環和右側的苯甲酰片段。



2結構的轉換

1.母核左側雜環的轉換

將化合物A中的氯原子去掉後得到的A1活性下降;同樣沒有取代的苯並噁唑化合物A2的活性與A1 相近;苯並噻唑簡化爲噻唑環成化合物A3,活性顯著降低;將苯並噻唑開環成A4,則活性消失;這說明左側的雜環體積越大,活性越高。隨後將苯並噻唑環轉化爲喹啉(A5)、喹喔啉(A6)和喹唑啉(A7)等含氮芳雜環後,活性均略有提高。

 

2.右側的苯甲酰片段的轉換

將化合物A的羰基還原,活性消失(A8);去掉苯環上的一個甲氧基,活性降低(A9);用苯乙酰基取代苯甲酰基,活性更低(A10);用甲基呋喃環取代甲氧基苯基,活性消失(A11);聯苯甲酰置換後,活性略有降低(A12),但是與受體的親和力提高了5倍,可能是A12的脂溶性增強了(Log P=6.1),而A的Log P=4.5;因爲親脂性過強不利于擴散。爲了降低化合物的脂溶性,在苯環上引入極性基團,研究發現,三氮唑化合物(Log P=4.1)與受體的親和力最強,且活性亦有顯著提高,三氮唑的位置對活性的影響較大,其中處于2位時,活性最好(A13);此時再在苯環上引入甲基,活性更高(A14)。

 


根據構效關系研究結果,以活性貢獻最大的兩個片段組合在一起得到化合物B,得到了具有對hOx1R和hOx2R受體有高活性的雙重抑制劑。進一步研究發現,化合物B的Log p=2.9,可成鹽來提高其溶解性,而且也具有較好的透細胞膜性(Papp=38×10−6 cm·s−1)。但是大鼠灌胃後,B的生物利用度爲F=2%,半衰期很短,t1/2=21 min;對犬的F=16%,t1/2 = 1.28 h,藥代性質較差,達不到成藥學的要求,需對其進一步優化。

3改善藥代動力學性質

研究發現,化合物B的生物利用度低的主要原因是首過效應顯著,在肝髒中容易被氧化而失活。通過B與微粒體溫孵, 溫孵液的氧化産物經氨基脲捕獲後, 利用質譜分析,得知是二氮䓬的7位被氧化成羟基後, 開環成醛基而形成的縮氨脲。二氮䓬開環, 打散了B 的剛性結構。除此之外,苯環上的甲基也可被氧化, 以及喹唑啉的氧化等。

 

圖 化合物B的結構式及肝髒氧化位點


在代謝爲點附近引入基團以增加位阻是阻止化合物氧化代謝的一種重要的方法,所以首先可以在二氮䓬上引入取代基。設計並合成了15個單取代和雙取代的二氮䓬母核類化合物,活性測定發現2、6或7位引入取代基時,活性提高,然後犬靜脈注射測定清除率來評價代謝速率和程度,在此基礎上評價口服生物利用度。綜合評價化合物的活性、藥代和物化性質,確定了單取代的7-甲基二氮䓬爲母核時效果最好,但仍需做進一步優化。


隨後又在喹唑啉環上引入不同的取代基,設計合成了大量的目標産物。研究發現大部分化合物的活性均有所降低,而活性較高的化合物其藥代性質改善不明顯,而在喹唑啉上引入氟原子後,得化合物C1,其生物活性、生物利用度及清除率均優于化合物B,且灌胃引起大鼠同樣睡眠的劑量只是化合物B的十分之一, 但是該化合物經體內代謝會生成親電性基團,有潛在的毒性。于是研究者用微粒體與該衍生物溫孵,加入谷胱甘肽 (GSH) 以捕獲親電試劑,儀器檢測到了GSH 加成産物。藥物代謝産生親電性物質,往往引起特質性毒性反應,因而該衍生物不能作爲候選化合物。因此優化的目標又加上了是否會因代謝而産生有潛在毒性的親電性分子。研究者指出,親電性基團的結構片段是氟代喹唑啉環所産生,所以變換結構集中于左側的雜環處,爲此,將7-甲基二氮䓬和三唑基苯甲酰片段固定不變。


爲降低喹唑啉環的被氧化趨勢,引入第2 個氟原子以降低芳環的電荷密度,二氟代物C2的活性和藥代與化合物C1的相同,但代謝活化反而強于C1,提示喹唑啉環需要撤換 (決策果斷)。合成的四氫喹唑啉化合物C3 活性未變,代謝活化也較低,但犬的清除過快,藥代不適。研究者想到早期優化制備含有苯並噁唑的化合物的藥代清除率較低,因而合成了C4,其清除率果然低于C1。然而它與hOx1R/hOx2R 受體的結合作用減弱了數十倍,C4 不值得深入研究。聯想到前述化合物A1因去除了化合物A 中的氯原子活性喪失殆盡的事實,說明雜環部位的親脂性對活性的重要影響,因而合成了5-氯苯並噁唑化合物C5,從各種數據可以看出C5 是個比較理想的化合物。


化合物 C5的藥代動力學表明,對犬有良好的口服生物利用度, F=56%, 有中等/較低程度的清除率,它的代謝産物主要是苯環上甲基被氧化成羟甲基,後經葡萄糖醛酸苷化自尿中排出。少部分的二氮䓬環上甲基氧化成羟甲基,以及噁唑環的某處發生氧化。大鼠灌胃30 mg·kg−1化合物C5,表現出有良好的睡眠/覺醒周期。遂進入臨床前和臨床研究,命名爲蘇沃雷生(suvorexant)。經三期臨床研究表明蘇沃雷生是安全有效的促睡眠藥物,于2014 年經FDA 批准由默克公司上市。

 


蘇沃雷生的研發軌迹無論在策略上還是在實施上都是一個“摸著石頭過河”的原創性藥物的研發實例。從苗頭化合物的發現到利用藥物化學方法對其進行構效關系研究並順利進行了結構轉化,而在成藥性方面則從代謝産物入手逐步改善藥代動力學性質,一切都展示了研發者學術上的嚴謹性和技術上的娴熟性。

參考資料

Discovery of the dual orexin receptor antagonist[(7R)-4-(5-chloro-1,3-benzoxazol-2-yl)-7-methyl-1,4-diazepan-1-yl][5-methyl-2-(2H-1,2,3-triazol-2-yl)phenyl]methanone (MK-4305) for the treatment of insomnia. 

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