活性维生素D3类药物马沙骨化醇和艾尔骨化醇及其衍生物的合成研究

王 华

活性维生素D3类药物马沙骨化醇和艾尔骨化醇及其衍生物的合成研究

王 华

（江西兄弟医药有限公司，江西 九江 332700）

马沙骨化醇对于银屑病具有很高的临床医学价值；另一种活性维生素D，艾尔骨化醇可形成生理性强壮的骨，通过调节钙和骨代谢几乎不会骨折，维生素D类似物2B（3-羟丙氧基）骨化三醇[ED-71]作为治疗骨质疏松症的药物，它比骨化三醇更有效。对活性维生素D3衍生物进行化学合成和生产，则需要使用Wittig-Horner偶联的方法。通过复杂的化学合成过程是为了得到维生素D共轭三烯，之后引入侧链。在臭氧的环境下维生素D2会被还原，这个过程将使维生素D2失去乙酰基的保护，同时伯醇会产生一定的斯文氧化，最终形成醛，之后再酮羰基旁引入氟原子，氟原子数量为两个，从而使TBS和MON失去保护作用，形成含α的侧链，从而形成6个活性维生素D3的衍生物。

维生素；化学合成：共轭三烯；活性维生素

维生素D是20世纪初发现的治疗佝偻病的药物，1971年Deluca鉴定出活性维生素D骨化三醇的结构，Kdicek发现肾脏中存在25-羟基维生素D 1α-羟化酶，Tatsuo Suda提出了用苜蓿骨化醇替代骨化三醇治疗维生素D缺乏的肾功能衰竭患者的构想，1981年，楚盖制药公司成功地将苜蓿骨化醇作为治疗肾功能不全的药物推向市场。1983年，楚盖将艾尔骨化醇的应用范围扩大到骨质疏松症的治疗。从1974年起，笔者参与了艾尔骨化醇的开发。1981年SUDA等发现了活性维生素D的诱导分化活性，当时笔者提出了通过改变骨化三醇的结构将诱导分化活性与钙活性分开的挑战。最后，提出了 2种维生素D类似物OCT和D-71，oxaccalcitriol OCT在诱导分化活性方面比calcitriol有更强的作用。另一方面，2β(3-羟丙氧基）骨化三醇（ED-71）在诱导分化活性方面比骨化三醇弱，对钙调节活性有较强的作用，本文将着重介绍阿尔法骨化醇和ED-71作为骨质疏松症的治疗药物。

维生素作为激素在医院领域应用十分广泛，其中包含钙的调节、免疫力的提升、疾病的治疗等。现在国际上流通的活性维生素D3种类有10种并且全部上市。在这10种活性维生素中在我国的流通中仅有2种，其中一种是骨化三醇，另一种是阿尔法骨化醇[1]。更深层地开发和研究活性维生素D3，对该类药物的改良和发展具有重要作用。我国目前正在广泛使用的2种活性维生素D3类药物都是引进了日本的医药技术进行生产的，一种是艾尔骨化醇，服用后对骨质疏松的病人具有很好的医疗效果；另一种是马沙骨化醇，对于银屑病具有很高的临床医学价值[2]。生产上常用的合成方式为甾体法，但得到的共轭二烯并没有很强的稳定性，并且还存在热重排、收率较低的现象，最终形成的产物还需要高效液相分离纯化的过程。所以要加大对这2种醇类的研究，创新合成方法，使用Witting-Horner偶联策略，让合成技术更加成熟。

1 马沙骨化醇的合成研究

1.1 活性维生素D3简介

活性维生素D3属于激素，在人的身体中的活跃性最高。研究人员在1936年确定其结构，之后逐渐解释了其代谢机制[3]。

人体皮肤中存在7-去氢胆固醇，该物质中的B环在紫外线照射的环境中会开裂，从而转化成为前维生素D3，再通过人体温度的加热重排，会生成维生素D3。该物质的来源不仅仅是依靠自身的合成，人体还会从食物中摄取，常见的摄取食物有两类，一类是乳制品，一类是鱼肝油。维生素D3会与体内的维生素D共同结合蛋白，在通过血液的运输到达肝脏，在25-羟化酶环境下发生改变，从而生成 25-羟基维生素D3。该物质与DBP相互作用，通过血液循环到达肾脏，在1α-羟化酶的环境中，形成具有活性的维生素D3。除了以上所述的方式，还有肾上细胞可以产生活性维生素D3。肾上细胞常见的有3种：巨噬细胞、单核细胞、主动脉内皮细胞[4]。

图1 活性维生素D3的生物合成机制

1.2 马沙骨化醇的作用机制

马沙化骨醇可以结合VDR和DBP，但其结合能力与活性维生素D3相比，仅是为后者的1/8～1/580。形成结合能力差别的原因是侧链旋转的程度不同[5]，还有一种原因是马沙骨化醇能够在血液的环境下可以和低密度脂蛋白结合。因为甲状旁表达最多的是低密度脂蛋白，所以在用药后短时间内就可以发生聚集，时间是在2～10 min，从而抑制了该区域的腺激素分泌，药代动力学参数如表1所示。因为马沙骨化醇和DBP结合能力一般，所以会快速地通过血清代谢抵达胆汁，不能再在血浆内拥有稳定的浓度，从而降低了肠道对钙吸收的能力，达到减轻高血钙的效果。

表1 药代动力学参数

2 艾尔骨化醇的合成研究

2.1 艾尔骨化醇的发现

为了更好地弄清维生素D3构效，研究人员研究出许多A环的衍生物，正是在这样的背景下才合成出艾尔骨化醇（ED-71），其研究的目的是治疗骨质疏松。

在研究刚开始时候，A环的结构修饰相对集中，通常表现出3种形式：去除羟基、反转结构、氟原子替代羟基。在表现出的所有形式中生物活性都没有突出的提高。在艾尔骨化醇合成的过程中，有一个最终主要核心是环氧中间体[6]。该物质在亲核试剂的环境下构型时能够选择性地合成2 种类衍生物。根据这种现象，科研人员会在2 位置引入羟基烷氧基侧链，其中引入的长度都是不相同的，从而得到不同的艾尔骨化醇衍生物。统计数据得出，在骨钙动员能力上，所有化合物的能力都是要高于艾尔骨化醇，最低也是与艾尔骨化醇相同[7]。

艾尔骨化醇在两方面的能力是要高于活性维生素D3，一方面是骨钙动员，另一方面是肠钙吸收。在保证高血钙数值在正常的范围内时，艾尔骨化醇可以更好地增高骨密度[8]。艾尔骨化醇在3方面的能力要低于活性维生素D3：抑制细胞增殖、促进癌细胞诱导分化和抑制甲状腺旁腺激素分泌。

2.2 艾尔骨化醇的作用机制

1981年，楚盖制药成功地将骨化三醇的前药艾尔骨化醇作为治疗肾性骨营养不良的药物销售出去。1983年，楚盖制药成功地将艾尔骨化醇应用于骨质疏松症的治疗，日本的临床医生已接受艾尔骨化醇作为治疗骨质疏松症的药物。然而，骨化三醇及其类似物用于骨质疏松症的治疗仍存在争议。国际上对维生素D活性形式治疗骨质疏松症的疗效存在一些误解。活性维生素D治疗骨质疏松症的阳性数据，因为临床研究在总钙摄入量高的情况下有不可接受的方案，这些结果严重影响了对活性维生素D治疗骨质疏松症疗效的评价，导致对活性维生素D的误解。Tilyardet al.报告称，用骨化三醇连续治疗绝经后骨质疏松症妇女3年是安全的，并且显著降低了新的脊椎骨折的发生率，与对照组相比，活性维生素治疗组骨质疏松症患者的骨折发生率降低了约一半，摄入400～800 mg钙对骨折有显著的预防作用。最近，芬兰的Sair-anen等报道了骨化三醇治疗对股骨颈骨密度和腰肌松的长期影响，重要的是所有患者的钙摄入量都调整为每天800 mg。

必须强调的是，骨质疏松症患者存在肠道钙吸收障碍和维生素D肾激活功能障碍。当大剂量给大鼠服用母体维生素D时，骨量增加，但令人惊讶的是，在皮质骨中观察到许多疏松区域。另一方面，服用艾尔骨化醇可增加生理性骨，而无须观察骨质疏松。必须给予维生素D、D-激素的活性形式，并提供相当于RDA的钙供应。艾尔骨化醇可形成生理性强壮的骨，通过调节钙和骨代谢几乎不会骨折。提出了一种新的维生素D类似物2B（3-羟丙氧基）骨化三醇[ED-71]作为治疗骨质疏松症的药物，它比骨化三醇更有效。ED-71目前正在日本进行2期临床研究。

艾尔骨化醇可以和VDR相结合，对基因的表达进行控制，达到提高骨密度的效果。艾尔骨化醇和VDR结合能力比活性维生素D3低，前者能力是后者能力的1/8。但是在持续时间上两者表现得形式不同，艾尔骨化醇在用药7天后，仍然可以以高水平表达出骨钙素m-RNA，但是活性维生素D3在用药12 h后，表达骨钙素m-RNA就出现下降的情况。在促进表达CYP24A1的能力，艾尔骨化醇是要高于活性维生素D3。因此说明活性维生素D3类药物的活性和VDR结合能力没有相应的联系，而是与结合模式密切相关[9]。

艾尔骨化醇中的2-3-羟基丙氧基中侧链占据平伏键，从而让A环的结构构造倾向于β构造，从加强的艾尔骨化醇和VDR结合的稳定性，增加了两者结合时间，最大限度地保证了生物活性[10]。

因为2-3-羟基丙氧基能够和DBP结合，组成氢键和范德华力，这时艾尔骨化醇的DBP结合能力相当于活性维生素的2倍，所以血浆半衰期存在的时间会更长。艾尔骨化醇与活性维生素D3相比，虽然前者的峰值时小于后者的，但是前者在血液中恒定浓度存在的时间是要高于后者的，能够能长时间地促进小肠对钙的吸收。因为艾尔骨化醇具有专一性，所以在人体组织中分布表现出一定的特异性，在骨钙代谢上能够选择性保留活性维生素D3的活性。

还存在一种情况，2-3-羟基丙氧基能够减弱艾尔骨化醇和24-羟化酶的结合能力，从而增强其在代谢中活性的持久性，更好更长时间地在靶细胞内发挥作用。

3 结 论

1）使用Wittig-Horner偶联的方法，原料选用的是维生素D2，通过一系列的反应，创新研究出马沙骨化醇的合成形式。

2）在CD环合成过程中，第一次采用手性配体来诱导不对称还原反应的发生，其中手性配体有两种，一种是（R）-CBS，另一种是（S）-CBS。从而构建出两种手性仲醇，一种是（S）-30，另一种是（R）-30。

3）把CD环仲氧化成酮，不再使用具有重金属污染的两种办法（PDC和PCC），而是使用TEMPO催化Oxone氧化来替代之前的办法。

4）该研究路线能够帮助马沙骨化醇在工业上更好的发展，使用的合成方法和研究线路能够保证活性维生素D3衍生物的结构多样性。

5）合成了A环和CD环之间的中间体，使用Wittig-Horner偶联去除保护基，形成新的艾尔骨化醇合成方式。

6）通过MOM保护基取代了TBS的位置，从而解决TBS位移的问题，在通过23步转化合成出A环磷氧中间体。

7）创新性地将起始原料改为D-甘露醇，从而成功构建出A环的3个手性中心。

8）形成艾尔骨化醇中A环中间体的过程过于复杂和繁琐，应创新研制出更加便捷的合成方式。

［1］赵国栋. 活性维生素D3类药物马沙骨化醇和艾尔骨化醇及其衍生物的合成研究[D].济南：山东大学，2017.

［2］尹贻贞. 活性维生素D3类药物马沙骨化醇的合成研究[D].济南：山东大学，2011.

［3］龚爱秀.活性维生素D在防治牙周炎中的作用及机制研究[D].南京：南京医科大学，2016.

［4］张峥.活性维生素D类药物Maxacalcitol的合成研究[D].成都：西南交通大学，2013.

［5］曹树翼. 活性维生素D3对糖尿病大鼠足细胞nephrin、podocin、WT1表达的影响[D].石家庄：河北医科大学，2013.

［6］李素仙. 活性维生素D3对UUO大鼠肾间质TGF-β1/Smads信号轴核酸表达的影响[D].太原：山西医科大学，2013.

［7］尹贻贞，刘兆鹏. 活性维生素D3的抗肿瘤信号转导作用[J]. 生命的化学，2009，29（4）：552-556.

［8］汪永辉，宋卫强，刘苗，等. 活性维生素D3类药物构效关系的研究进展[J]. 华西药学杂志，2014，29（4）：455-459.

［9］潘伟男，邓水秀. 维生素D受体及维生素D受体激动剂的研究进展[J]. 广州医药，2014，45（6）：83-86.

［10］张莉，杨会芬，曲壮志，等. 应用离子交换树脂探索维生素B1合成新方法[J]. 辽宁化工，2016，45（4）：424-425.

Synthesis Research of Active Vitamin D3Drugs Maxacalcitol,El Calciferol and Their Derivatives

（Jiangxi Brothers Pharmaceutical Co., Ltd., Jiujiang Jiangxi 332700, China）

Maxacalcitol has high clinical value for psoriasis; Another active vitamin D, El calciferol, can form physiologically strong bone. Vitamin D analogue 2B (3-hydroxypropoxy) calcitriol [ED-71] is more effective than calcitriol in the treatment of osteoporosis. The Wittig-Horner coupling method is needed for the chemical synthesis and production of active vitamin D3derivatives. The complex chemical synthesis process is needed to get vitamin D conjugated triene, and then the side chain is introduced. In the environment of ozone, vitamin D2can be reduced. This process will make vitamin D2lose the protection of acetyl group. At the same time, the primary alcohol will produce a certain gentle oxidation, and finally form aldehyde. Then, fluorine atoms are introduced next to the carbonyl group of ketone. The number of fluorine atoms is two, so that TBS and MON lose the protection to form the α-containing side chain, six active vitamin D3derivatives are formed.

Vitamin; Chemical synthesis: Conjugated triene; Active vitamins

2021-05-08

王华（1984-），男，陕西省西安市人，工程师，2009年毕业于贵州大学，研究方向：应用化学。

TQ466.4

A

1004-0935（2021）12-1850-04