1、依折麦布:先导化合物的获得
通过随机筛选,先灵葆雅公司发现苯乙胺类衍生物(1)对胆固醇酰基转移酶(ACAT)有一定的抑制活性。在此基础上进行了一系列的构效关系研究,发现化合物2对ACAT具有较强的抑制活性(IC50= 0.9 μmol·L−1),大鼠灌胃试验发现,50 mg·kg−1的灌注量可降低高胆固醇大鼠肝 脏中80%的胆固醇酯,但是缺点是对大鼠血浆中胆固醇的影响不明显。科研人员通过全面观察发现,该衍生物具有较强的柔性,含有8个可旋转键,故将其支链环合降低其柔性,得到一系列的二氢茚胺(3)、四氢异喹啉 (4,5)和氮杂环丁烷(6)化合物。生物活性测定发现,化合物3a对ACAT具有最强的抑制活性(IC50=50 nmol·L−1),该衍生物降低肝 脏胆固醇酯水平达88%,但是非稠合性氮杂环衍生物6对ACAT仅保留了微弱的抑制活性。
2、“废物”利用,开辟新天地
在合成化合物6时,主要是通过烯醇酯在强碱作用下与亚胺缩合成β-内酰胺中间体7,再将其还原而得到的,但是在进行缩合反应时,可能会进一步发生酰化反应,而得到副产物8。生物活性测定发现,中间体和副产物对ACAT的抑制活性均比较弱,但是副产物使大鼠的肝 脏和血浆中胆固醇浓度在一定程度上均降低了。而副产物的发现,为研发人员开辟了新的天地。
于是科研人员在衍生物8的基础上,着重研究了C3的取代基对生物活性的影响。研究发现,3-芳香基团为活性必需基团,若由烷基取代则活性消失,而衍生物9虽然测定的体外活性比较低(IC50 = 26 μmol·L−1),但是体内可显著降低胆固醇浓度,对仓鼠、大鼠、犬及猴等研究对象,灌胃1~2 mg·kg−1均能显著降低其肝 脏和血浆的胆固醇浓度。
3、构效关系研究,结构优化
以化合物9为先导化合物,构效关系研究发现:N1位的苯环为必需基团,若用烷基、芳烷基或芳酰基代替,则活性消失,苯环上是否有取代基对活性的影响比较小。C2位的羰基为活性必需基团,将其还原为亚甲基则活性消失。C3位需为芳烷基,且R-构型的活性显著的强于S-构型,中心环与苯环间为三个碳原子时,活性最佳。C4位的苯环为必需基团,S-构型为优势构象,且对位的甲氧基取代可提高生物活性。四元中心环若扩大成五元γ-内酰胺或其他五元杂环仍有活性,但活性弱于四元环。
4、体内代谢研究,结构微调
为进一步研究衍生物的体内代谢方式,研究者设计了对衍生物9和胆固醇分别进行了3H标记和14C标记,并利用肠套管和胆道改道的大鼠模型,来评价衍生物9的代谢位点及代谢产物。研究发现,C3位甲氧基代谢为羟基得到的化合物10是一个重要的活性代谢产物,同时试验还证明了衍生物9和10的作用部位为肠壁和肠腔处抑制了促进胆固醇吸收的转运蛋白,而并非ACAT酶。为进一步研究衍生物10是否还会有其他的活性代谢产物,合成了一系列的羟基化合物(11-16),其中侧链引入羟基后活性最高(14)。为阻止C1和C3位苯环发生代谢,在其苯环上引入氟原子,得到化合物(17),研究发现,该化合物的口服生物利用度F =35%~65%,血浆蛋白结合率90%,半衰期t1/2= 19~30 h,肾 脏排泄11%,粪排泄78%。符合作为候选药物的条件,将其命名为依折麦布(ezetimibe) 进入临床研究。经过三期临床研究,依折麦布于2002年被批准上市,临床用于阻止机体对膳食中胆固醇的吸收,可单剂应用或与他汀或贝特类药物合用,治疗高胆固醇症。
新药的研发是一个复杂的系统工程,其难度相当于将一个人送上月球,而化学结构的构建是整个过程中最重要的环节。依折麦布的研发成功正是多个学科领域的专家合力,先对其苗头先导化合物的结构进行“东西南北中”的全面考察后改换其骨架结构并确定药效基团,然后在此基础上,根据药代动力学性质,对其结构进行结构微调,最终使其药效、药代、安全性及物理化学性质匹配最佳。