導向有機化合物對氟康唑發(fā)明的貢獻

吳建良，李永福

（1.杭州立佳環(huán)境服務(wù)有限公司，浙江杭州311101；2.Techemax，LLC，Oregon 97330，USA）

導向有機化合物對氟康唑發(fā)明的貢獻

吳建良1*，李永福2

（1.杭州立佳環(huán)境服務(wù)有限公司，浙江杭州311101；2.Techemax，LLC，Oregon 97330，USA）

以降低化合物的親脂性、提高代謝穩(wěn)定性為出發(fā)點，在導向化合物的基礎(chǔ)上勇于改進，脫穎而出新一代的高效抗真菌藥—氟康唑。

氟康唑；抗真菌藥物；導向化合物

0　引言

真菌感染的治療，特別是對于免疫系統(tǒng)缺陷的病人，是當今醫(yī)療界面臨的一大難題［1］。我們的周圍布滿了真菌。它們存在于土壤、空氣以及人的胃腸道。它們通常不會致病，因為我們的免疫系統(tǒng)保護著我們。但是，醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，諸如器官和骨髓的移植，以及對于癌癥的化療措施，導致了深部真菌感染病人數(shù)目的增加［2-4］。那些接受白血病、某些癌癥治療和器官移植的病人以及艾滋病人，由于他們的免疫系統(tǒng)受到了抑制，各種真菌感染會危及他們的生命［5］。

早在20世紀的70年代，輝瑞（Pfizer）公司在英國的研究中心開始了一個研究項目，旨在發(fā)明一個能治療深部真菌感染的藥物。由于真菌和人體的生物化學類似，使得尋找安全高效的抗真菌藥物更為困難。當時僅有的藥物是兩性霉素B（1）和5-氟胞嘧啶（2）。兩性霉素B是一個多烯的抗生素，能與細胞膜上的真菌甾醇—麥角甾醇結(jié)合，使細胞失去必需的離子。不幸的是，兩性霉素B對膽固醇也能結(jié)合。這一選擇性的缺乏導致人體許多副作用，如發(fā)抖、風寒、發(fā)燒、惡心和腎臟損害［6］。這些副作用，加上兩性霉素B給藥時靜脈輸注長達數(shù)小時，使得許多病人不愿使用。那時兩性霉素B是萬不得已的一項選擇。另外一個廣泛使用的深部有效的藥物是5-氟胞嘧啶，它具有良好的口服生物利用度和低毒性的優(yōu)點，但是只對有限的真菌有效，而且長期使用常常產(chǎn)生抗藥性［7］。顯然，對于治療真菌感染迫切需要一個安全、高效的藥物。

1　導向化合物

許多不同的結(jié)構(gòu)類型具有抗真菌活性。大部分化合物不能選擇性地對抗真菌，而咪唑類化合物對廣泛的真菌病原體有很強并且有選擇性的體外活性［8］。它們的抗真菌作用是由于抑制了真菌C-14脫甲基酶——一個含有細胞色素P450的酶，從而阻止了羊毛甾醇（3）生成麥角甾醇（4）（圖1）。麥角甾醇能保持真菌膜的流體性，因而對于真菌的存活至關(guān)重要［9］。

圖1　

由于咪唑類化合物對于真菌的C-14脫甲基酶具有顯著的選擇性，而不是對非常相近的哺乳動物的酶，因而這類化合物會具有其固有的安全性。早期研究工作取得了噻康唑（Tioconazole，5），它的局部用藥對皮膚和陰道的真菌感染臨床上非常有效［8］。但是，當口服或靜脈給藥時，對動物的真菌感染治療效果很差。研究表明這些咪唑類抗真菌劑特別容易代謝失活，導致低的口服生物利用度和低的血漿濃度。另外，噻康唑是親脂性的（logP≈5），與血漿蛋白高度結(jié)合導致游離的、活性的形式以非常低的濃度在體內(nèi)循環(huán)。

為使所合成的化合物代謝穩(wěn)定、親脂性低，以提高口服生物利用度，降低蛋白結(jié)合，從而提高游離藥物的血漿濃度，引入了一系列極性的烷基、芳環(huán)和雜環(huán)基團替代噻康唑的氯代噻吩部分，取得了一些進展。其中，酮康唑（6）口服對動物真菌感染的治療相當有效［10］。這一發(fā)現(xiàn)使得研究重點集中到了酮康唑的結(jié)構(gòu)改造上。對酮康唑的研究發(fā)現(xiàn)，盡管它比以前咪唑類抗真菌化合物在代謝上穩(wěn)定性增加，使得口服生物利用度有所提高，但是，它的穩(wěn)定性仍然不夠，在尿中的原藥濃度很低。酮康唑比以前的咪唑類化合物親脂性低，具有較高的血藥濃度，但它仍然與血漿蛋白高度結(jié)合，只有不到1%以游離形式存在。總之，酮康唑相比于以前咪唑類抗真菌化合物是一個重要進展［5］，但是對于進一步改進尚有廣闊的余地［11］。

圖2　

圖3　

正如圖1所示，當時對抗真菌藥物機理的一致認識是，咪唑基團可以阻止真菌的C-14脫甲基酶，因而，在結(jié)構(gòu)改造中，咪唑作為一個固定的基團而得以保留。在酮康唑的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，合成了一系列結(jié)構(gòu)類型，如二氧雜環(huán)（7）、羥基衍生物（8）、四氫呋喃類（9）、二硫雜環(huán)（10）等（圖2）以降低親脂性、提高代謝穩(wěn)定性。引入極性官能團如酰胺、砜、氰和極性雜環(huán)也都具有一定的活性。其中某些化合物能達到與酮康唑相似的體內(nèi)抗真菌活性，但是卻沒有一個具有明顯的優(yōu)勢。其中羥基衍生物（8）為非環(huán)結(jié)構(gòu)，與酮康唑結(jié)構(gòu)相比差別較大，羥基的存在可以降低親脂性、增加水溶性，而且在合成工藝上相對容易，便于構(gòu)效關(guān)系的研究。因此，在此羥基衍生物的基礎(chǔ)上合成了大約300個化合物（圖3）。其中許多顯示出與酮康唑相似的活性，但是卻無法超越酮康唑。

2　氟康唑的發(fā)明

藥物研究工作者逐漸認識到，咪唑基團作為抗真菌藥物設(shè)計中一個經(jīng)典而又不能改變的策略，似乎束縛著進一步創(chuàng)新的思維，限制著尋找更高效、更安全的抗真菌藥物的突破。

要想在酮康唑的基礎(chǔ)上打開一個新的局面，如果不對咪唑環(huán)進行更換似乎已經(jīng)到了山窮水盡的地步。圖4中選擇了一系列基團，它們相應(yīng)的咪唑衍生物具有與酮康唑等效的體內(nèi)體外活性。替代之后，如果能改善咪唑化合物代謝不穩(wěn)定的缺陷，那么新的化合物有可能會在藥效上超過酮康唑。

圖4　

在所嘗試的咪唑取代基中，唯一具有較好活性的是1，2，4-三唑。當1，2，4-三唑-1-基替代咪唑基團以后，得到代號為UK-46，245的化合物（11），其對抗深部念珠菌的活性是相應(yīng)咪唑類似物的兩倍。這一結(jié)果表明三唑基團比咪唑基團在代謝的穩(wěn)定性上有了提高，而且仍然保持著與在真菌C-14脫甲基酶中的細胞色素P450相互作用的能力。既然引入一個三唑可以提高抗真菌活性，那么引入兩個三唑自然是下一個策略。用第二個三唑取代化合物11中一個親脂性高又代謝不穩(wěn)定的烷基，得到一個對稱的雙三唑化合物UK-47，265（12）。這是一個獨特的化合物。當它在小鼠深部念珠菌模型上試驗時，口服或靜注，其活性比酮康唑強100倍。這一活性結(jié)果完全是前所未有的。對小鼠和大鼠的陰道念珠菌病、小鼠和豚鼠的皮膚真菌病、以及免疫缺陷的小鼠和大鼠的深部念珠菌病，都顯示出理想的效果。藥動學研究表明：體內(nèi)活性不是由于生成了活性的代謝物，而是由于該化合物特別穩(wěn)定，有30%的原藥在尿中排出，這與酮康唑的1%形成了鮮明的對照［12］。因而，化合物12被過渡到臨床前安全評價。

臨床前試驗結(jié)果大失所望，因為化合物12被發(fā)現(xiàn)對小鼠和狗有肝臟毒性，對大鼠有致畸作用。盡管受到這一挫折，研究人員非常坦然，因為他們從咪唑到三唑的突破所獲得的結(jié)果已經(jīng)確信一個比酮康唑強得多、比兩性霉素B更優(yōu)越的抗真菌藥物已經(jīng)近在咫尺。只要在原有的結(jié)構(gòu)上進一步改進以降低毒性，一個高效安全的抗真菌藥即可脫穎而出。實際上，在對化合物12進行抗真菌藥動學和安全評價的同時，又合成了100多個雙三唑類似物。一系列芳環(huán)和雜環(huán)基團替代了二氯苯基（表1）。許多化合物顯示出很好的體內(nèi)抗念珠菌活性，其中又擇優(yōu)進行陰道念珠菌病和皮膚真菌病的小鼠模型評價。最佳的三個化合物，2，4-二氟苯基、2-氯-4-氟苯基和4-氯苯基類似物過渡到小鼠的藥動學評價。其中2，4-二氟苯基類似物拔得頭籌（表1）。它的血漿半衰期為5.1 h，75%的原藥在尿中排出，另外它的水溶性（室溫時，8 mg/mL）極佳，有利于靜注給藥。這一化合物，UK-49，858，即氟康唑（13）在正常免疫功能的動物和免疫功能抑制的動物中對所有的真菌感染模型顯示出高效的活性［13-14］。安全評價表明，氟康唑既無肝臟毒性，又無致畸作用，因而過渡到人體試驗。

在健康志愿者中，氟康唑口服吸收很好，食物并不影響生物利用度。血漿半衰期大約是30 h。這樣每日用藥，藥物可在4～5 d內(nèi)達到穩(wěn)定態(tài)［15］。氟康唑口服給藥，大約有90%的原藥經(jīng)尿液排出，并且沒有副作用。

表1　雙三唑化合物部分結(jié)構(gòu)匯總

氟康唑因而過渡到對有真菌感染的人體評價。起初藥效研究是對患有急性陰道念珠菌病的病人，半數(shù)人一次口服氟康唑150mg，另一半人與氯康唑（Chlotrimazole，14）陰道片一起在陰道內(nèi)給藥（每日200mg，連用三天）。兩種藥物都產(chǎn)生了很好的臨床效果（氟康唑100%，氯康唑97%），并且沒有副作用［16］。氟康唑從而過渡到對免疫缺陷病人的研究。這些病人極大多數(shù)是艾滋病患者，受到口腔念珠菌的感染。經(jīng)過5～7 d的治療后，臨床治療成功率達到100%，并且沒有顯著的副作用［17］。后來研究表明，對于HIV陽性的病人，單用氟康唑比單用酮康唑或先用酮康唑后用氟康唑更簡單有效［18］。對于危及生命的真菌感染的病人研究，五名由于患癌癥進行化療或器官移植后免疫抑制的病人用氟康唑治療念珠菌感染，在經(jīng)過兩個星期治療后感染全部治愈［19］。進一步的研究表明，對于艾滋病、癌癥、白血病和器官移植病人的念珠菌感染，氟康唑都有很好的療效［20-23］。

隱球菌腦膜炎是危及生命的真菌感染，艾滋病人中多達30%有這種感染。對此氟康唑取得了臨床上的成功［24-25］。最近的一項研究表明，氟康唑與5-氟胞嘧啶合用，與單用氟康唑或單用兩性霉素B相比，臨床效果進一步提高［26］。艾滋病人需要抗真菌藥的維持以防復發(fā)或再度感染。研究表明用氟康唑防治效果很好，因而，現(xiàn)在它是這類病人的專用藥品［27］。與先用兩性霉素B治療艾滋病人的隱球菌腦膜炎再用每周靜注兩性霉素B作為防止復發(fā)的治療相比，口服氟康唑效果則要好得多［28］。

3　對藥物研究的啟發(fā)

氟康唑的發(fā)明使真菌病的治療發(fā)生了根本性的變化，它對淺部和深部真菌感染具有同等療效，并且既可口服又可靜脈注射，給接受器官移植者、燒傷病人、接受化療病人、艾滋病人和其他免疫系統(tǒng)減弱易受真菌感染的人帶來了福音。作為當今世界一號抗真菌藥，從該藥問世以來，對于危及生命的真菌感染的治療，它已經(jīng)拯救了全世界成千上萬的生命，減輕了無以計數(shù)的人的痛苦。

縱觀氟康唑發(fā)明的整個過程，咪唑基團作為抗真菌機理中一個不可缺少的基本結(jié)構(gòu)，曾經(jīng)催生出以酮康唑為代表的一代抗真菌藥物。但是，如果墨守成規(guī)，不敢挑戰(zhàn)經(jīng)典，那么抗真菌藥物的研究只能在原地徘徊。三唑基團的引入無疑使抗真菌藥物的研究和開發(fā)上升到了一個嶄新的層面。如何從原來對事物的認知向前突破而又不落入“謬誤”的陷阱，需要勇氣和謀略。勇氣是敢于大膽嘗試，謀略則源于經(jīng)驗積累。從這個意義上說：退一步，前功盡棄；進一步，海闊天空。

更高效、更低毒、更廣譜、更專一的抗真菌藥物的研究仍在繼續(xù)［29］。本文所呈現(xiàn)的理念，即在探索真理的道路上不斷地超越自我，在新藥開發(fā)的過程中應(yīng)該還會繼續(xù)發(fā)揮它的作用，更廣泛地說，對于其它科學研究也不會例外。

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Advancing the Lead Com pounds towards the Discovery of Fluconazole

WU Jian-liang1*，LIYong-fu2
（1.Hangzhou Lijia Environmental Services Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 311101，China；2.Techemax，LLC，Oregon 97330，USA）

This article reviewed the strategies ofmodifying the lead compounds for improvement to reduce the lipophilicity and enhance themetabolic stability in search formore effective antifungal agents.Fluconazole was thus invented,representing a novel class of triazole-containing derivatives,a superior generation of highly effective antifungal drugs.

fluconazole；antifungals；lead compounds

1006-4184（2016）9-0010-06

浙江力普GWM150纖維素粉碎烘干一體機列入2016科技計劃

2016-07-25

吳建良（1962-），男，浙江杭州人，高級工程師，長期從事有機化工科研及環(huán)保工作。E-mail:717545975@qq.com。

日前，國家高新技術(shù)企業(yè)，中國粉碎技術(shù)的領(lǐng)航者——浙江力普粉碎設(shè)備有限公司研發(fā)的GWM150纖維素粉碎烘干一體機列入2016嵊州市科技計劃。這是該公司持續(xù)在纖維素領(lǐng)域創(chuàng)新開發(fā)新品取得的又一成果。在此之前，力普研發(fā)的“短纖維粉碎機”、“高效纖維素剪切粉碎機”和“精制棉粉碎成套生產(chǎn)線”相繼獲得國家專利；“醫(yī)藥輔料纖維素醚專用高效剪切粉碎機的研究和產(chǎn)業(yè)化項目”、“GWM-730纖維素高效剪切磨開發(fā)”被列入省市科技項目，評為浙江省新產(chǎn)品。浙江力普獨有的纖維素醚粉碎加工新技術(shù)獲得了中國纖維素行業(yè)協(xié)會領(lǐng)導的充分肯定，協(xié)會領(lǐng)導曾于今年4月專程到公司進行了實地考察，并對力普當前取得的業(yè)績和對行業(yè)的貢獻，給予了很高評價，希望繼續(xù)努力，提升我國纖維素生產(chǎn)設(shè)備的整體技術(shù)水平。（丁文供稿）