ProTide 前藥相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)展★

臧青民，陳詠娟，蘇益健，姚曉艷，植枝敏，陳 麗，章燁雯

（玉林師范學(xué)院生物與制藥學(xué)院，廣西 玉林 537000）

自20 世紀(jì)90 年代初英國(guó)卡迪夫大學(xué)的McGuigan 教授創(chuàng)造性地發(fā)展了ProTide 前藥技術(shù)之后[1]，該技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在抗病毒、抗腫瘤等藥物的研發(fā)上[2-3]。截至目前，已經(jīng)有索非布韋、瑞德西韋等ProTide 前藥技術(shù)的核苷藥物上市[4]，至少有十余個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)研究階段[5]。圖1 為已經(jīng)上市的2 個(gè)ProTide 前藥。本文擬從ProTide 前藥技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及代謝過程中產(chǎn)生的活性物質(zhì)出發(fā)，對(duì)近年來(lái)ProTide 前藥技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行綜述，以期為拓展ProTide 前藥技術(shù)提供有益參考。

圖1 已經(jīng)上市的2 個(gè)ProTide 前藥

1 ProTide 前藥技術(shù)的特點(diǎn)

ProTide 前藥技術(shù)的核心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將核苷單磷酸改造成為N-氨基酸酯和酚氧基取代的磷酰胺或膦酰胺[6]。通過該前藥技術(shù)的改造，可有效地改善藥物的理化性質(zhì)，提高生物利用度，降低藥物毒性，延長(zhǎng)起效時(shí)間等[7]。ProTide 前藥技術(shù)的研究主要集中在三個(gè)方面：芳香取代基，其中芳香基包括苯基、萘基以及其他芳香雜環(huán)等；氨基酸側(cè)鏈；氨基酸酯基，其中氨基酸為各種天然和非天然氨基酸。

2 ProTide 前藥相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)展

2.1 經(jīng)典ProTide 前藥技術(shù)構(gòu)效關(guān)系的探索

電子等排體替換是藥物結(jié)構(gòu)改造和研究構(gòu)效關(guān)系的一種常用的方法，通過采用電子等排體替換，可以改變化合物的生物活性[8]。Vertex 制藥公司將一種尿嘧啶核苷類似物中的O 原子采用S 原子替代，開發(fā)出治療基因Ⅰ型丙肝病毒的藥物ALS-2200[9]。ALS-2200 對(duì)基因型Ⅰ～Ⅵ的抗病毒活性較強(qiáng)，其EC50 在12 nmol/L～390 nmol/L 之間，并且對(duì)線粒體蛋白合成、人體DNA 或RNA 合成酶或者其他病毒無(wú)抑制作用，展示了較高的選擇性[10]，該藥物目前已進(jìn)入Ⅱ期臨床研究階段。

2.2 經(jīng)典ProTide 前藥代謝中間產(chǎn)物的相關(guān)研究

在藥物的代謝過程中發(fā)現(xiàn)活性物質(zhì)，也是研發(fā)新藥的一種途徑。ProTide 核苷前藥進(jìn)入細(xì)胞之后，在組織蛋白酶的作用下將氨基酸酯水解生成氨基酸，然后氨基酸中的羧基負(fù)離子進(jìn)攻磷原子發(fā)生分子內(nèi)的親核取代反應(yīng)，在此代謝過程中生成的五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)、單磷酸、雙磷酸和三磷酸等活性中間體，都可以作為藥物研發(fā)的先導(dǎo)化合物。

2.2.1 核苷類似物的雙磷酸前藥策略

由核苷類似物在細(xì)胞內(nèi)代謝過程可知，二磷酸中間體物質(zhì)是藥物發(fā)揮藥效的必須途徑。直接合成核苷類似物的二磷酸結(jié)構(gòu)可有效地避開單磷酸化的限速步驟，由核苷單磷酸轉(zhuǎn)化為雙磷酸結(jié)構(gòu)之后，雙磷酸結(jié)構(gòu)中帶有3 個(gè)負(fù)電荷，極性較大，很難透過生物膜，并且二磷酸結(jié)構(gòu)中的高能酐鍵穩(wěn)定性差，易被血清內(nèi)非特異性磷酸酶水解而發(fā)生脫磷酸化，采用類似ProTide 前藥技術(shù)，可對(duì)二磷酸核苷類似物進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的“掩蔽”，增強(qiáng)二磷酸核苷類似物的穩(wěn)定性，提高二磷酸核苷類似物的脂溶性。

Meier 等[11]合成一系列的非對(duì)稱的DiPPro-d4TDP和DiPPro-AZTDP 前藥，在生理?xiàng)l件下，均可水解得到核苷二磷酸中間體，尤其是在酶的催化下，可專一地生成核苷二磷酸，所生成的二磷酸的比例高于對(duì)稱的DiPPro 方法。所有的DiPPro-d4TDP 和DiPPro-AZTDP分子均具有比原藥更高或相當(dāng)?shù)目笻IV 活性。

2.2.2 核苷類似物的三磷酸前藥策略

由ProTide 核苷前藥代謝過程可知，核苷類藥物經(jīng)歷單磷酸化和雙磷酸化之后，需要在細(xì)胞激酶的作用下進(jìn)一步磷酸化生成核苷三磷酸而發(fā)揮作用。由此可知，核苷的三磷酸形式是藥物發(fā)揮藥效的真正的活性物質(zhì)。因此，直接開發(fā)核苷三磷酸藥物，在提高活性藥物的濃度，增強(qiáng)治療效果，減少毒副作用等方面具有重要的意義。然而，三磷酸基團(tuán)中含有4 個(gè)電荷，極性較大，較難透過生物膜，導(dǎo)致生物利用度低，并且三磷酸結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)高能的磷酸酐鍵結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性差，容易發(fā)生水解。因此，可采用類似ProTide 前藥技術(shù)，“掩蔽”核苷三磷酸結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)，增強(qiáng)脂溶性，提高其生物利用度[12]。

Meier 等[11]在核苷三磷酸前藥的研究方面做出了顯著的成果，前后共開發(fā)出兩代TriPPPro 前藥技術(shù)。第一代TriPPPro 前藥技術(shù)主要是采用兩個(gè)相同的烷氧基芐基“掩蔽”核苷三磷酸類似物的γ-位的2 個(gè)羥基，保留α 和β 磷酸上的負(fù)電荷。該方法可有效提高脂溶性和穩(wěn)定性。但是第一代的TriPPPro 核苷前藥類似物在細(xì)胞內(nèi)被酶快速的脫磷酸化。

為了解決這種缺點(diǎn)，Meier 等[13]嘗試了多種掩蔽基團(tuán)，包含酰氧基芐基（AB）、烷基和烷氧基羰基芐基（ACB）等，發(fā)展了第二代TriPPPro 前藥技術(shù)，該方法采用在核苷三磷酸的γ-位引入2 個(gè)不同的基團(tuán)，這兩個(gè)基團(tuán)在酶的催化下水解速度不同，或者有一個(gè)不水解，這樣則提高了該前藥的穩(wěn)定性。

2.2.3 與五元環(huán)中間體相關(guān)的前藥技術(shù)

ProTide 前藥分子透過細(xì)胞膜之后，氨基酸酯在酯酶的催化下水解生成羧酸陰離子，然后發(fā)生分子內(nèi)的親核取代，生成五元環(huán)狀中間體。該活性中間體已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)[14]。與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)類似的兩種前藥方法分別是cycloSal 和cycloAmb。cycloSal 前藥方法是采用水楊醇與核苷類似物的磷酸反應(yīng)成環(huán)磷酸內(nèi)酯，該方法可提高脂溶性，提高透膜性，增大藥物濃度。cycloAmb 前藥方法是采用氨基水楊醇為掩蔽基團(tuán)，與核苷類似物中的磷酸反應(yīng)成環(huán)內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，由于氮原子具有較低的電負(fù)性，降低了磷原子的親電性，增加了其水解穩(wěn)定性，同時(shí)明顯降低其毒性，其EC50 為20 μmol/L～29 μmol/L。但是cycloAmb 前藥水解之后生成較穩(wěn)定的中間體，不易進(jìn)一步生成單磷酸中間體，影響其抗病毒活性[15]。

3 總結(jié)與展望

ProTide 技術(shù)是前藥技術(shù)研究發(fā)展的里程碑之一，但仍存在較大的挑戰(zhàn)。本文從探索其構(gòu)效關(guān)系和研究其代謝過程中的活性中間體為突破口，介紹了與之相關(guān)的技術(shù)方法，期待科研人員共同努力，探索出更多的方法，完善ProTide 技術(shù)。