前药prodrug-NMRLab,USTC

发现新药或新的先导化合物 优化药物的药动学性质 Rational Drug Design 解释药物的作用机理,药物代谢在药物发现中的作用,1. 发现新药或新的先导化合物,从代谢产物发现活性更强/毒性降低的药物通过代谢途径发现新的活性物质,2. 优化药物的药动学性质 ADME,i. 调节药物的作用时间，研究代谢过程，代谢速率,ii. 调节药物的作用部位（转运、分布到特定的部位）,己烯雌酚（治疗前列腺癌，雌激素副作用）,己烯雌酚磷酸酯PC组织磷酸酯酶含量高，定向分布到癌组织，降低副作用,R=H Flufenazine 氟奋乃静，治疗精神分裂，作用时间1天R=CO(CH2)5/8CH3 庚酸酯/癸酸酯，作用时间24周,iii. 提高药物生物利用度 提高在体内有效成分的利用,Ampicillin，胃肠道离子形式，F=20%30%,Pivampicillin,lenampicillin,F=95%, 体内抗菌作用24X，血药浓度高，t1/2长,iv. 增加药物稳定性,Prostaglandin E2 前列腺素E2,缩酮类前药，稳定性增加，可口服，体内代谢释放,3. 合理设计新药（Rational Drug design, Lead Optimization）,Lead有作用弱，药代性质不合理，毒副作用等缺点通过结构修饰，改善药物的各种性质结构修饰方法之一：利用药物代谢原理软药：有活性，起作用后经人为设计的可预料代谢途径无毒无药理活性的代谢物硬药：有活性，体内很难代谢和排出体外（有限，酶功能强大）,前药prodrug,Albert, A. (1958) 提出前药概念，描述经过生物转化后才显示出药理作用的任何化合物Harper 1959年提出药效潜伏化概念，通过对生物活性化合物的化学修饰形成新的化合物，后者在体内酶的作用下释放出母体化合物而发挥作用。前药（prodrug）泛指一类体外活性较小或无活性，在体内经酶或非酶作用，释出活性物质而发挥药理作用的化合物。载体连接前药（carrier-linked prodrug）生物前体（bioprecursor）前药特指将活性药物（原药）与某种化学基团、片段或分子（或称暂时转运基团）经共价键连接，生成的新化学实体。,几个概念：前药prodrug（代谢酶水解）；生物前体药物（代谢酶氧化还原等反应）；药物制剂（物理变化）；类似物（改善活性）,前药的特征,原药与载体一般以共价键连接前药可在体内断裂形成原药，为可逆性或生物可逆性药物前药应无活性或活性低于原药前药与载体分子应无毒性前药在体内产生原药的速率应是快速动力学过程，以保障原药在作用部位快速释放，有足够的药物浓度，并应尽量减低前药的直接代谢。,前药制备方法： 醇类：酯、缩醛或缩酮 羧酸类：酯、伯酰胺、酸酐 胺类：酰胺、亚胺、偶氮 脒类：氨基甲酸酯 羰基类：缩醛或缩酮、噁唑啉、噻唑啉、亚胺、肟,前药1. 改善药物吸收、生物利用度,氨苄西林的口服吸收率为40，其前药几乎可以定量吸收（9899%）前药在血液中释放氨苄西林的速度快（不 超过15 min）巴氨西林释放出的载体是体内存在的物质，所以巴氨西林的耐受性比匹氨西林更好口服巴氨西林后与肌注等摩尔氨苄西林的血药浓度相当前药用量（0.8-1.0g/d）比氨苄西林用量（2.0g/d）少得多匹氨西林和巴氨西林在体外无抗菌活性，只有在体内释放出氨苄西林后才表现出活性,增加脂溶性以改善吸收和分布,口服无活性,口服吸收好,提高角膜渗透，水溶液稳定存放,增加水溶性,前药2. 延长作用时间,常用化合物：,Pamoic acid+碱性药物,bezathine,procaine,+酰性药物,控释一般依靠制剂方式实现,大分子药物载体系统聚合物前药：N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺共聚物（阿霉素）右旋糖苷（柔红霉素）polyK(甲氨蝶呤）表11-27,Flufenazine（作用时间1天）,药效24周,前药3. 消除不适宜的制剂性质,（无苦味）,（无苦味）,（甲醛为刺激性气体，刺激皮肤黏膜，不能口服）,（乙酸对皮肤的刺激和腐蚀性）,前药4. 提高化学稳定性,前药5. 降低毒副作用,羧酸和酚类酯化后可减低毒性，载体酯水解再生出原药,Helenalin,孪药？,Indomethacin：镇痛消炎，对胃肠道的刺激（均为抑制环氧合酶和前列腺素）,前药6：提高作用部位特异性,细菌,大肠抗炎,部位指向性药物输送Site-directed drug delivery： 增加或选择性转运原药到达作用部位的前药部位特异性药物释放Site-specific drug release： 虽然全身分布，但只在靶器官才产生作用的前药,异丙酰肼中酰基对选择性转运的影响,由于胆酸药物复合体可被胆酸转运系统识别，故胆酸可用于肝脏特异性靶向给药,Site-specific drug release,三节前药 Tripartate prodrug,Carrier,Linker,Drug,enzyme,Carrier,Linker,Drug,+,spontaneously,Linker,Drug,+,Eg. 紫杉醇（PTX）-聚乙二醇（PEG）-蛙皮素（bombesin),Eg.,口服吸收40,口服吸收9915min释出Ampicillin,抗体导向酶催化前药Antibody-Directed Enzyme Prodrug Therapy, ADEPT,羧肽酶G2（CPG2）羧肽酶A碱性磷酸酶糖苷酶青霉素酰胺酶-内酰胺酶,Target 表面抗原,单克隆抗体 酶,前药,原药,MMCI作为CPG2的底物优于氮芥；原药的细胞毒作用也更强。体外绒毛膜癌细胞系试验，前药加酶活性强于前药活性100倍。体内试验可完全或明显抑制肿瘤生长。,MMCI前药W14F(ab)2-CPG2(phase I in 2006),将单克隆抗体与酶经键合制成偶 联物,注射到有对应抗原的动物体内.由于单抗的导向使 偶联物集聚在有表面抗原的细胞周围.经一段时间后,体 内给前药,在导向细胞附近被酶转化为活性形式.,ADEPT-Lactamase,癌细胞,单抗,-内酰胺酶,生物前体（bioprecursor）,本身没有活性，在体内经代谢活化而呈现药效。由活性代谢成分逆推而设计，在体内经I相代谢的氧化、还原、裂解、转位、水合-脱水等单个或级联反应。,6-deoxyacyclovirF: 100%Sw: 600X,AcyclovirF: 20%,还原：,氧化：,对甲基亚砜苯基氮芥在肿瘤细胞缺氧条件下代谢还原成甲硫醚基正常组织氧化成砜基,多步代谢活化,Go through Table 11-28 for more examples,软药 Soft drug,目标：药物起效后经简单代谢转化成无活性，无毒性化合物，减少毒副作用软药是指一类本身有治疗效用或生物活性的化学实体，当在体内起作用后，经预料的和可控的、通常为一步反应的代谢作用，转变成无活性和无毒性的化合物。(前药：无活性的化合物被代谢活化）硬药的软性类似物（硬药：较难被机体代谢）以无活性代谢物为线索设计软药,与已知硬药的结构很相似在非必须结构部位有易变结构主要或唯一的代谢途径是可预知的通过结构修饰可以调控代谢速率代谢产物的毒性和活性极低只需简单的代谢反应，不需P450参与的酶促过程,软药代谢敏感部位：易水解的酯键,氯化十六烷基吡啶鎓抗真菌药LD50 = 103 mg