ProTide 前药相关技术的研究进展★

2023-01-28臧青民陈咏娟苏益健姚晓艳植枝敏章烨雯

山西化工 2022年9期

臧青民，陈咏娟，苏益健，姚晓艳，植枝敏，陈丽，章烨雯

（玉林师范学院生物与制药学院，广西玉林 537000）

自20 世纪90 年代初英国卡迪夫大学的McGuigan 教授创造性地发展了ProTide 前药技术之后[1]，该技术发展迅速，已经广泛应用在抗病毒、抗肿瘤等药物的研发上[2-3]。截至目前，已经有索非布韦、瑞德西韦等ProTide 前药技术的核苷药物上市[4]，至少有十余个进入临床试验研究阶段[5]。图1 为已经上市的2 个ProTide 前药。本文拟从ProTide 前药技术的结构特点以及代谢过程中产生的活性物质出发，对近年来ProTide 前药技术的发展进行综述，以期为拓展ProTide 前药技术提供有益参考。

图1 已经上市的2 个ProTide 前药

1 ProTide 前药技术的特点

ProTide 前药技术的核心结构特点是将核苷单磷酸改造成为N-氨基酸酯和酚氧基取代的磷酰胺或膦酰胺[6]。通过该前药技术的改造，可有效地改善药物的理化性质，提高生物利用度，降低药物毒性，延长起效时间等[7]。ProTide 前药技术的研究主要集中在三个方面：芳香取代基，其中芳香基包括苯基、萘基以及其他芳香杂环等；氨基酸侧链；氨基酸酯基，其中氨基酸为各种天然和非天然氨基酸。

2 ProTide 前药相关技术的研究进展

2.1 经典ProTide 前药技术构效关系的探索

电子等排体替换是药物结构改造和研究构效关系的一种常用的方法，通过采用电子等排体替换，可以改变化合物的生物活性[8]。Vertex 制药公司将一种尿嘧啶核苷类似物中的O 原子采用S 原子替代，开发出治疗基因Ⅰ型丙肝病毒的药物ALS-2200[9]。ALS-2200 对基因型Ⅰ～Ⅵ的抗病毒活性较强，其EC50 在12 nmol/L～390 nmol/L 之间，并且对线粒体蛋白合成、人体DNA 或RNA 合成酶或者其他病毒无抑制作用，展示了较高的选择性[10]，该药物目前已进入Ⅱ期临床研究阶段。

2.2 经典ProTide 前药代谢中间产物的相关研究

在药物的代谢过程中发现活性物质，也是研发新药的一种途径。ProTide 核苷前药进入细胞之后，在组织蛋白酶的作用下将氨基酸酯水解生成氨基酸，然后氨基酸中的羧基负离子进攻磷原子发生分子内的亲核取代反应，在此代谢过程中生成的五元环状结构、单磷酸、双磷酸和三磷酸等活性中间体，都可以作为药物研发的先导化合物。

2.2.1 核苷类似物的双磷酸前药策略

由核苷类似物在细胞内代谢过程可知，二磷酸中间体物质是药物发挥药效的必须途径。直接合成核苷类似物的二磷酸结构可有效地避开单磷酸化的限速步骤，由核苷单磷酸转化为双磷酸结构之后，双磷酸结构中带有3 个负电荷，极性较大，很难透过生物膜，并且二磷酸结构中的高能酐键稳定性差，易被血清内非特异性磷酸酶水解而发生脱磷酸化，采用类似ProTide 前药技术，可对二磷酸核苷类似物进行结构上的“掩蔽”，增强二磷酸核苷类似物的稳定性，提高二磷酸核苷类似物的脂溶性。

Meier 等[11]合成一系列的非对称的DiPPro-d4TDP和DiPPro-AZTDP 前药，在生理条件下，均可水解得到核苷二磷酸中间体，尤其是在酶的催化下，可专一地生成核苷二磷酸，所生成的二磷酸的比例高于对称的DiPPro 方法。所有的DiPPro-d4TDP 和DiPPro-AZTDP分子均具有比原药更高或相当的抗HIV 活性。

2.2.2 核苷类似物的三磷酸前药策略

由ProTide 核苷前药代谢过程可知，核苷类药物经历单磷酸化和双磷酸化之后，需要在细胞激酶的作用下进一步磷酸化生成核苷三磷酸而发挥作用。由此可知，核苷的三磷酸形式是药物发挥药效的真正的活性物质。因此，直接开发核苷三磷酸药物，在提高活性药物的浓度，增强治疗效果，减少毒副作用等方面具有重要的意义。然而，三磷酸基团中含有4 个电荷，极性较大，较难透过生物膜，导致生物利用度低，并且三磷酸结构中含有两个高能的磷酸酐键结构，化学稳定性差，容易发生水解。因此，可采用类似ProTide 前药技术，“掩蔽”核苷三磷酸结构中的极性基团，增强脂溶性，提高其生物利用度[12]。

Meier 等[11]在核苷三磷酸前药的研究方面做出了显著的成果，前后共开发出两代TriPPPro 前药技术。第一代TriPPPro 前药技术主要是采用两个相同的烷氧基苄基“掩蔽”核苷三磷酸类似物的γ-位的2 个羟基，保留α 和β 磷酸上的负电荷。该方法可有效提高脂溶性和稳定性。但是第一代的TriPPPro 核苷前药类似物在细胞内被酶快速的脱磷酸化。

为了解决这种缺点，Meier 等[13]尝试了多种掩蔽基团，包含酰氧基苄基（AB）、烷基和烷氧基羰基苄基（ACB）等，发展了第二代TriPPPro 前药技术，该方法采用在核苷三磷酸的γ-位引入2 个不同的基团，这两个基团在酶的催化下水解速度不同，或者有一个不水解，这样则提高了该前药的稳定性。

2.2.3 与五元环中间体相关的前药技术

ProTide 前药分子透过细胞膜之后，氨基酸酯在酯酶的催化下水解生成羧酸阴离子，然后发生分子内的亲核取代，生成五元环状中间体。该活性中间体已经通过实验得到证实[14]。与之相关的结构类似的两种前药方法分别是cycloSal 和cycloAmb。cycloSal 前药方法是采用水杨醇与核苷类似物的磷酸反应成环磷酸内酯，该方法可提高脂溶性，提高透膜性，增大药物浓度。cycloAmb 前药方法是采用氨基水杨醇为掩蔽基团，与核苷类似物中的磷酸反应成环内酰胺结构，由于氮原子具有较低的电负性，降低了磷原子的亲电性，增加了其水解稳定性，同时明显降低其毒性，其EC50 为20 μmol/L～29 μmol/L。但是cycloAmb 前药水解之后生成较稳定的中间体，不易进一步生成单磷酸中间体，影响其抗病毒活性[15]。