心脑血管疾病治疗药物共晶研究进展*

袁鹏辉，杨德智，胡堃，杜冠华，张丽，吕扬

(北京协和医学院中国医学科学院药物研究所1.晶型药物研究北京市重点实验室；2.药物靶点研究与新药筛选北京市重点实验室，北京 100050)

共晶是指一种多组分晶体，其中所有组分的单质形态在室温条件下都处于固体状态。共晶中这些组分在分子水平上共存于一个单晶体中，且整个分子不会被从共价键的角度进行修饰[1]。对于共晶的定义一直存在有争议[2-3]，而在药物研发领域中，共晶指活性药物成分 (active pharmaceutical ingredient，API)和共晶形成物(co-crystal former，CCF)在氢键或其他非共价键的作用下结合而成的晶体，其中API和CCF 的纯态也符合在室温下均为固体这一条件，同时共晶中各组分之间存在固定的化学计量比。尽管成盐、溶剂化物与多晶型在改进药物固体状态方面所提供的选择已有很多，但仍会存在许多无法避免的问题，如缺少可电离基团的药物无法成盐、溶剂合物易去溶剂及安全性问题与药物的多晶型种类限制等。药物共晶既有两种中性固体之间形成的二元共晶，也存在中性固体与盐或溶剂化物形成的多元共晶[4]。这也提示药物共晶的设计不限于二元组合，三元或四元等多元组合的药物共晶也同样具有实现的可能，且共晶的高稳定性也是其优势之一。药物的多晶型现象可以严重影响药物的临床治疗效果、毒副作用及药品质量等性质[5]，药物共晶则更是如此。在API优化过程中，采用共晶技术有利于优化药物的物理和化学性质，改善生物学性质，如药物开发过程中所涉及到的溶解度、稳定性和生物利用度问题。同时也意味着不改变API的化学组成就可以得到一种可申请专利的全新固体形式。这在医药知识产权领域也有着十分重要的意义[6]。

近年来，我国心脑血管疾病发生率逐渐升高，其病死率居于首位，高于肿瘤和其他疾病。心脑血管疾病已成为危害我国公共卫生的重大问题，防治心脑血管疾病刻不容缓[7]。而药物治疗作为心脑血管疾病防治中重要一环，需要不断研究探索、寻找和发现生物利用度高、疗效好的药物，这对于防治心脑血管疾病具有至关重要的作用。

几大类心脑血管治疗药物大多都属于难溶性化合物，且80%临床应用品种均以固体制剂形式给药[8]，这一现状也提示此类药物不仅存在晶型问题，在共晶开发方面也具有很大的研发潜力。笔者从药物共晶的角度出发，以心脑血管疾病治疗药物为综述范围，归纳总结近十年来心脑血管疾病治疗药物方面具有代表性的共晶研究进展，旨在为今后此类药物的共晶研发予以启发和参考。

1 心力衰竭(heart failure，HF)治疗药物

1.1LCZ696 LCZ696作为一种由缬沙坦(valsartan)与沙卡布曲( sacubitril)以1：1摩尔比形成的超分子复合物，是首个双效血管紧张素受体脑啡肽酶抑制剂(ARNi)药物。该共晶药物兼具血管紧张素Ⅱ的Ⅰ型受体阻滞作用和脑啡肽酶的抑制作用，脑啡肽酶是负责降解利钠肽的重要生物酶，因此ARNi能够在抑制肾素血管紧张素-醛甾酮系统有害作用的同时增强利钠肽的有利作用。LCZ696是利用共晶技术构建双效药物的第一个例子，是目前最具潜力的HF治疗药物之一[9-10]。

FENG等[11]利用氢氧化钠溶液诱导LCZ696结晶，并进行单晶X射线衍射实验分析，解析LCZ696的单晶结构，发现两种药物分子之间通过氢键网络结合而成，LCZ696的稳定性也很大程度上得益于这种结合方式。见图1，2。

2 抗高血压药物

2.1缬沙坦(valsartan，VAL) 缬沙坦属于特异性血管紧张素Ⅱ受体拮抗药，是抗高血压药物市场销售增长最快的药物之一，作为抗高血压一线用药已在全球80多个国家获准上市[12]。但其本身是一种生物药剂学分类系统(biopharmaceutics classification system，BCS)Ⅱ类的药物，具有低溶解性和高渗透性[13]。为了提高其体内生物利用度，THOMAS等[14]采用溶剂蒸发法将不同的共晶形成物(CCF)与缬沙坦制备共晶，发现其与琥珀酸(succinic acid，SUC)形成的共晶(摩尔比为VAL：SUC=1：5)具有良好的物理化学性质，溶解度比缬沙坦提高2.6倍。

图1 LCZ696分子平面示意图

Fig.1SchematicdiagramofmolecularplaneofLCZ696

绿色虚线表示氢键作用

Fig.2SchematicdiagramofmolecularstructureofLCZ696

在此之前，WANG等[15]也发现缬沙坦的一种新晶型——晶E型，其为与乙醇形成的溶剂合物，在pH值4.5乙酸铵-乙酸铵缓冲剂中溶解速率为无定型的5倍。

2.2氢氯噻嗪(hydrochlorothiazide，HCT) 氢氯噻嗪是临床应用较广的利尿降压药[16]，属于BCSⅣ类药物，具有低溶解度和低渗透性，口服吸收较差。SANPHUI等[17]用液体辅助研磨法制备HCT与烟酸(NIC)、烟酰胺(NCT)、4-氨基苯甲酸(PABA)、琥珀酰胺(SAM)和间苯二酚(RES)的多种共晶，并研究其在pH值7.4缓冲液中溶解度差异。实验结果表明，与HCT比较，HCT与NCT、PABA及RES的3种共晶具有更好的溶解度，与NIC、NCT、PABA及RES形成的4种共晶显示出更高的扩散/膜渗透性。

EL-GIZAWY等[18]也发现利用aerosil 200作为CCF，采用研磨法，随着摩尔比增加可形成不同共晶物。溶出实验结果表明不同共晶物与HCT相比可提高其溶解度与溶出速率。BHANDWALKAR等[19]采用溶液蒸发法将HCT与阿替洛尔(atenolol，ATL)制备共晶，而ATL作为一种选择性β1受体阻断药在临床中大量应用，二者联合应用可以更好地协调降压[20]。制备获得的HCT-ATL共晶也增加HCT的溶解度、流动性和可压缩性，更有利于药物释放与递送。见表1。

表1 HCT九种共晶的制备方法与性质

3 冠心病治疗药物

3.1他汀类药物

3.1.1阿托伐他汀钙(atorvastatin calcium，ATC) 阿托伐他汀钙属于常用调脂药物，不但可明显降低总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)，并且对于冠心病的一级和二级预防也有明显作用[21]。SHAYANFAR等[22]使用溶剂蒸发法制备ATC与卡维地洛(carvedilol，CVD)及格列本脲(glibenclamide，GLN)的共无定型物(ATC：CVD=ATC：GLN=1：1)。共无定型物在广义上也属于共晶的范畴。研究发现形成的共无定型物相比于晶态具有更好的物理化学和溶液稳定性，也预示着其可能会有更高的生物利用度。同时制备ATC和烟酰胺(nicotinamide，NIC)的共无定型物[23]，发现共无定型态ATC-NIC的固有溶解速率、溶解度和口服给药后血药浓度均高于晶态ATC。与ATC比较，共无定型态ATC-NIC具有更好的物理化学和药动学性质。表明对于ATC这种药物，共无定型物是增加其物理化学稳定性以及生物利用度的一个具有良好前景的方法。

WICAKSONO等[24-25]发现同样采用溶剂蒸发法，ATC与马来酸(malonic acid，MAL)及异烟酰胺(isonicotinamide，INA)可以形成新共晶，且ATC与INA形成的共晶在纯化水中溶解度显著增加，溶解速率比纯ATC快2～3倍。

3.1.2瑞舒伐他汀(rosuvastatin，RSV) 瑞舒伐他汀作为一种新型强效他汀类药物，对各类血脂异常患者的LDL-C降低效果均显著优于其他同类药物，在临床应用中颇具应用前景[26]。

HAFNER等[27-28]发明瑞舒伐他汀钙与香草醛及衍生物、山梨糖醇形成的共晶，在增加其稳定性的同时降低原有药物的吸湿性并提高了生物利用度。FERRARI等[29]也发现瑞舒伐他汀的3种共晶，分别是瑞舒伐他汀2-氨基嘧啶半水合物、瑞舒伐他汀吡嗪水合物及瑞舒伐他汀喹喔啉。3种共晶都具有更好的物理化学稳定性，尤其是瑞舒伐他汀2-氨基嘧啶半水合物，在水中的溶解度很高，且毒性较低。

3.2地平类药物 硝苯地平(nifedipine，NFD)是一种二氢吡啶类钙离子通道阻滞药，适用于变异型心绞痛和冠状动脉痉挛所致心绞痛，是冠心病治疗中的经典药物。而二氢吡啶类药物由于其结构特征，具有光不稳定性[30]。

YU等[31]利用溶剂蒸发法将NFD与异烟酰胺(INA)在一起制备了2种共晶，改变NFD的分子构象与氢键的相互作用，从而从分子层面上改善了NFD的光稳定性。KNAPIK-KOWALCZUK等[32]运用快速高温骤冷法制备NFD与尼莫地平的共无定型物，并采用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)与宽带介电谱(broadband dielectric spectroscopy)对共无定型物进行分析，成功解决无定型物NFD在环境压力下稳定性差的问题。

4 抗心律失常药物

4.1美托洛尔(metoprolol) 美托洛尔属于β受体阻断药，对β1受体阻断作用强于β2受体，是抗心律失常治疗药物中的一线用药[33]。

BRITTAIN等[34]采用搅拌法制备美托洛尔与L-型茶氨酸的共晶，因茶氨酸具有抑制交感神经系统降低心率的作用，期望两者所形成的共晶可以用于治疗室性心动过速、心房颤动伴快速心室反应、心房扑动、阵发性室上性心动过速等心律失常。

4.2普萘洛尔(propranolol，PRO) 普萘洛尔是非选择性β受体阻断药，临床上可用于治疗多种心律失常、心绞痛和高血压等疾病。

STEPANOVS等[35]成功制备出PRO与草酸(OXA)、富马酸(fumaricAcid，FUM)和马来酸(MAL)的稳定结晶分子盐，摩尔比分别为PRO：OXA=2：1、1：1；PRO：FUM=2：1、1：1；PRO：MAL=1：1。并且通过单晶X射线衍射技术解析出了每一种分子盐的单晶结构。所得到的普萘洛尔分子盐与PRO相比，水溶性增加40～85倍，但与已广泛应用的高溶性盐酸普萘洛尔相比水溶性下降1/24～1/54。这一结果也显示所获得的普萘洛尔分子盐具有用于制备缓控释制剂的潜力。

5 脑卒中治疗药物

5.1双嘧达莫(dipyridamole，DP) 双嘧达莫是一种磷酸二酯酶抑制药，具有抑制血小板聚集和扩血管作用，用于治疗和预防缺血性脑卒中[36-37]。TANIGUCHI等[38]通过温度梯度法使用9种反离子进行DP成盐筛选，最终获得6种DP盐(盐酸盐、磷酸盐、硫酸盐、对甲苯磺酸一水合物、苯磺酸一水合物与马来酸盐)，并且发现在中性介质中，所有DP盐的溶解性较未成盐状态显著改善。而进一步的动物实验表明，DP对甲苯磺酸盐在低胃酸条件下口服生物利用度较未成盐状态大幅提升，这一特性可能会在临床中针对伴有胃酸分泌过少的患者带来更好的治疗效果。

此外，VEPURI等[39]也发现一种双嘧达莫盐酸盐三水合物的新型共晶，运用单晶X射线衍射分析揭示其通过氢键连接的超分子结构，采用分子动力学模拟与量子力学计算也较好解释这种双嘧达莫盐酸盐三水合物在水中具有比DP更好的溶解性与生物利用度的原因。

5.2依达拉奉(edaravone，ED) 依达拉奉是一种新型的强自由基清除剂，能够有效改善急性脑梗死患者的神经功能缺损，且不良反应较少[40-41]。自国内外上市以来销量快速上升，在缺血性脑卒中治疗中普遍应用。

VEVERKA等[42]应用溶剂滴磨、溶剂共结晶及制浆的方法将ED与一系列酚酸制备形成共晶，其中与原儿茶酸(protocatechuic acid)和没食子酸(gallic acid，GA)的共晶具有良好的稳定性，且在纯水中溶解速率显著提高，并且与没食子酸形成的晶Ⅱ型(ED：GA=2：1)适合生产制备。

5.3达比加群酯(dabigatran elexilate，DE) 达比加群酯是近年来获批的第一个口服可逆的直接凝血酶抑制剂，用于治疗卒中和由非瓣膜性房颤或其他多种因素所导致的全身性栓塞[43-44]。与华法林等传统抗凝药物比较，其量-效关系明晰，能够以固定的用量用法给药而不需进行实验室监测[45]。

SANWAL等[46]发明制备DE与甲磺酸结合形成的晶Ⅰ型盐，ZHANG等[47]也发明并制备晶M型与晶N型甲磺酸盐，在这两种晶型下，DE的浸出时间、生物释放、化学稳定性与加工适应性都有较大改善，而实际在市场上该药也是以甲磺酸盐的形式进行临床应用。LIU等[48]在乙酸乙酯与石油醚(1：2)的混合溶剂中用溶剂蒸发法制备出达比加群酯四水合物单晶，并解析出晶体结构。

5.4阿哌沙班(apixaban，APX) 阿哌沙班是百时美施贵宝和辉瑞公司共同研发的抗凝血药，直接作用于凝血因子Xa，用于预防全膝关节及全髋关节成形术后静脉血栓栓塞，也可用于治疗急性深静脉血栓栓塞及心房颤动患者的卒中预防[49]。

CHEN等[50]通过采用溶剂缓慢蒸发的方法制备出APX与草酸(oxalic acid，OXA)的共晶(摩尔比为APX：OXA：H2O=4：3：0.5)，且用单晶X射线衍射的方法解析出共晶结构。溶解度实验结果表明在0.1 mol·L-1盐酸溶液(pH值1.0)中和pH值6.8磷酸盐缓冲液中APX-OXA共晶溶解度分别是市售APX的2.2倍和2.1倍。基于比格犬的药动学实验结果表明，APX-OXA共晶AUC0-24 h是市售APX的2.7倍。以上结果显示阿哌沙班的溶解度和生物利用度均通过共晶技术得以显著改善。

6 结束语

目前，很多处于早期研发阶段的API，虽然有着很好的药理学活性，却因为其溶解性或稳定性差而导致生物利用度低，无法最终成药。这无疑会对药物研发机构或企业造成巨大的经济与资源损失。此外，很多已上市的药物仍然存在生物利用度不足的特点，它们的溶解性、稳定性等物理化学性质仍有着很大地改善空间。共晶作为晶型药物研究中的一个新方向，近年来正受到越来越多的关注。相较于以往药物多晶型研究，共晶技术由于极大的拓宽CCF的选择空间，具有着物质结合多元性的优点，可以有针对性地改善药物的溶解度、物理化学稳定性与生物利用度等特性。

在心脑血管疾病治疗药物的共晶研发过程中，烟酸、琥珀酸、马来酸、原儿茶酸、没食子酸与甲磺酸等小分子有机酸类及烟酰胺、异烟酰胺与琥珀酰胺常常作为CCF与活性药物成分结合形成共晶。并且像LCZ696与氢氯噻嗪-阿替洛尔共晶这类药物的出现也提示着对多种药物进行组合，从而在原有药理作用基础上增强疗效、减轻毒副作用或产生协同药理学作用机制是共晶药物的一个巨大优势，有着巨大的研究和市场开发潜力。但目前的共晶研究领域仍存在有一些不足，如缬沙坦-琥珀酸、缬沙坦-维生素C、氢氯噻嗪的9种共晶等多种共晶物质，虽然考察溶解性、溶出速率、稳定性等物理化学性质，但并没有进一步进行药理学作用与生物利用度的考察，仍有很大的研究空间。同时，研究发现的无定型共晶物也是有效改善API物理化学稳定性与生物利用度的一个具有良好应用前景的方法。