HIV-1蛋白酶抑制剂前药的研究进展.doc

HIV21蛋白酶抑制剂前药的研究进展摘 要 综述HIV-1蛋白酶抑制剂前药的研究进展。HIV-1蛋白酶抑制剂前药是以HIV-1蛋白酶抑制剂为母体,通过引入亲脂性或亲水性基团等结构修饰而得到的一类药物前体,尤其是基于蛋白酶抑制剂和逆转录酶抑制剂为母体药物设计的“双药”型抗HIV-1前药,它们能在体内水解释放出母体药物,从而提高母体药物活性及生物利用度,降低其耐药性或交叉耐药性。关键词 前药；HIV-1蛋白酶抑制剂;逆转录酶抑制剂；抗HIV活性；生物利用度 艾滋病(AIDS)是一种由人类免疫缺陷病毒(HIV)引起的免疫和中枢神经系统的退行性疾病。通过对AIDS致病机制的长期研究,人们发现HIV-1逆转录酶!蛋白酶和整合酶是HIV-1基因在复制过程中的3个关键酶,到目前为止抗HIV/AIDS药物的研究与开发主要是针对这3个关键酶进行设计。有效治疗AIDS的化学法是由蛋白酶抑制剂与逆转录酶抑制剂的联合给药,俗称“鸡尾酒疗法“,又称“高效抗逆转录病毒疗法”(HAART)。然而,在治疗AIDS过程中,不管是“鸡尾酒疗法”还是单独给药都会不同程度地出现药物依赖性、药物间相互作用、耐药性以及药物无法进入病毒宿主或“避难所”(如淋巴系统或中枢神经系统)等问题。目前尚无有效的HIV疫苗问世,而新出现的HIV病毒株又表现出对临床治疗药物越来越明显的耐药性。于是开发新一代的HIV蛋白酶抑制剂就具有更加紧迫的现实意义。对现在临床使用的HIV-1蛋白酶抑制剂进行结构修饰,进而制成前药,不失为进一步提高其用药安全性、水溶性、生物利用度和疗效以及改善药代动力学特征的有效途径。而在这些HIV-1蛋白酶抑制剂的羟基上连接脂肪酸链、氨基酸、D2葡萄糖等是提高其口服利用度的常用方法。为了克服它们在体内的血液循环中与血浆蛋白结合而失活及快速代谢,将其与诸如聚乙二醇等亲水性多聚物结合,则可延长它们在血液循环系统中的循环时间,进而也可改善其生物利用度。当前针对HIV-1蛋白酶抑制剂的结构修饰,基本上都是集中在母体药物的“裸露”羟基上进行,其前药的设计思路主要包括以下4个方面：通过对母体药物的羟基乙酰化,并引入长链的芳香或脂肪酸、葡萄糖、甘油二酯或氨基酸衍生物，从而提高其亲脂性，这类化合物被称为“第一代HIV-1蛋白酶抑制剂前药”；通过对母体药物的羟基乙酰化而引入酯!甘油酯与氨基甲酸酯等获得高亲脂性衍生物,其被称为/第二代HIV21蛋白酶抑制剂前药0;在母体药物上通过共价结合亲水性阴离子!阳离子!多羟基或聚乙二醇基团,而明显改善其水溶性,目前唯一成功上市的HIV21蛋白酶抑制剂前药Fosamprenavir(1)就是在其母体药物Amprenavir(2)上引入磷酸酯钙盐而获得,其在水中溶解度大大增加(100vs0104g/L),期临床试验也显示饮食对其药动学无明显影响;将HIV21蛋白酶抑制剂与核苷类逆转录酶抑制剂通过丁二酰氨基乙(丙)酸或戊二酰氨基乙(丙)酸连接起来,得到一系列结构新颖的/双药0型抗HIV前药,它们能比较容易地透过细胞膜,在细胞内水解释放出母体药物,再分别作用于不同靶点而产生相互促进的更好的抑制活性这类/双药0型抗HIV前药具有半衰期(t1/2)短!活性高的特点,已成为当前的一个研究热点HIV21蛋白酶抑制剂前药的药理学筛选模型一般是采用极化的单层大肠Caco22细胞,这种细胞能表达大肠黏膜的大部分酶!功能和形态学特征,包括氨基酸!葡萄糖和溢出性P2糖蛋白(P2gp)载体系统,因此该细胞现在已被用来表征HIV21蛋白酶抑制剂的渗透能力。1 亲脂性HIV21蛋白酶抑制剂前药将一些疏水性基团(如长链烷烃!胆固醇!丙三醇等)连接到HIV21蛋白酶抑制剂上可有效提高其透过细胞膜和血脑屏障的能力,其中利用丙三醇修饰所得HIV21蛋白酶抑制剂前药可以避免其与血浆蛋白结合而引起失活及一级肝代谢,并且还可改善其在大脑中的分布Farese研究小组将Saguinavir(3)与Indinavir(4)作为母体药物设计合成了第一代HIV21蛋白酶抑制剂前药(520)7,这类前药的共同结构特征是将其母体药物上的羟基通过乙酰化连接一系列长链的芳香或脂肪酸,从而提高其亲脂性它们的化学稳定性!水解与释放原药的速率及在HIV21感染的CEM2SS和MT4细胞中的抗HIV活性研究表明,这类前药的抗病毒活性与其化学稳定性(在生理条件下释放母体药物的能力)紧密相关,它们的IC50值大多在10360nmol/L范围内,t1/2为90min40h,其中化合物5和12在生理条件下(pH=714,T=37e)的t1/2大于24d,显示出较强的化学稳定性即使在10甚至100Lmol/L浓度下也未观察到这类化合物的细胞毒性,表明其作为HIV21蛋白酶抑制剂前药具有良好潜在开发前景2 亲水性HIV21蛋白酶抑制剂前药水溶性差的药物通常口服吸收差,口服或注射给药时的生物利用度低目前临床上使用的HIV21蛋白酶抑制剂之所以水溶性差就是由于其分子本身具高亲脂性,故在使用这类药物时若不注意饮食禁忌往往会降低其口服生物利用度和临床疗效所以,增加这类药物的水溶性是HIV21蛋白酶抑制剂前药设计与研究的热点在HIV21蛋白酶抑制剂上通过共价结合亲水性的阴离子!阳离子!多羟基或聚乙二醇基团是改善其水溶性的常用方法,这些前药会在人体生理条件下通过化学物质或酶的催化释放出母体药物4,5,9,10Kiso研究小组以KNI2727(21)为母体药物,在其羟基上引入酸或盐的边链合成了一系列水溶性大大提高的前药(2230)11试验结果表明,化合物22!23!25能中等程度地增加其水溶性;随着边链中氨基盐酸盐的引入,其水溶性又大幅提高,可比母体药物的水溶性提高513015450倍(见表2) Kiso研究小组还以HIV21蛋白酶抑制剂KNI2272(31)!KNI2227(32)!KNI2253(33)!KNI2279(34)以及Ritonavir(35)为母体药物,通过分子内的OyN或NyO酰基迁移设计了一系列结构新颖的HIV21蛋白酶抑制剂前药12其中KNI2272前药(36)在水中的溶解度大于300g/L,超过母体药物4000倍;而Ritonavir前药(37)则通过一个六元环的过渡态转变成母体药物,其t1/2超过32h,因而不具备实际应用价值(见图1)Vierling研究小组设计并合成了一系列Saquinavir!Indinavir与Nefinavir(38)的葡萄糖!甘油二酯或氨基酸衍生物前药(3947)13其中Saquinavir和Indinavir的葡萄糖酯前药显示出很好的HIV抑制活性,前药40和43在CEM2SS细胞中抗HIV的IC50分别达到10和48nmol/L,在MT24细胞中抗HIV的IC50分别为62和190nmol/L;且前药4的t1/2仅为3h,而t1/2值小的前药往往具有更好的HIV抑制活性前药520和3947即为/第一代HIV21蛋白酶抑制剂前药0,而Saquinavir!Indinavir和Nefinavi的酯!甘油酯与氨基甲酸酯衍生物(4865)14即为/第二代HIV21蛋白酶抑制剂前药0药理实验结果表明,亮氨酸与苯丙氨酸衍生物前药在37e的t1/2仅为34h,也就是说它们在这个条件下能迅速地水解释放出母体药物;而通过-C(O)(CH2)4-连接的酪氨酸衍生物!Saquinavir的甘油酯衍生物以及二取代的Indinavir和Nefinavir的衍生物都有较长的t1/2(50!57和58的t1/2分别为40!50和70h)和较低的抗HIV病毒活性由此可见,将氨基酸通过它们的羧基共价结合到HIV21蛋白酶抑制剂上得到的衍生物前药能有效提高母体药物的生物利用度3 基于HIV21蛋白酶抑制剂与HIV21逆转录酶抑制剂的/双药0型抗HIV前药Kiso研究小组将HIV21蛋白酶抑制剂KNI2727或KNI2840与核苷类逆转录酶抑制剂齐多夫定(AZT)通过丁二酰氨基乙(丙)酸或戊二酰氨基乙(丙)酸连接起来,合成了一系列结构新颖的/双药0型抗HIV前药(6673)15其中通过丁二酰氨基乙(丙)酸连接的前药66和68在体内能自发地通过形成五元环过渡态而快速水解释放出母体药物,因而具有较短的t1/2(分别为017和119h);而通过戊二酰氨基乙(丙)酸连接的前药67则显示比母体药物更好的抗HIV活性,其抗HIV活性相对母体药物KNI2727和AZT分别提高了920和62倍;前药70在培养介质中相对稳定,但在组织细胞液中能水解产生活性母体药物,这表明它具较强的HIV抑制活性在于其能透过细胞膜,并在细胞内水解释放出母体药物,从而作用于不同靶点而增强活性4 结 语进入临床试验的肽类或非肽类蛋白酶抑制剂往往因为体内活性不能令人满意!生物利用度太低!易产生耐药性或交叉耐药性而中止开发,导致近年来未见具新型结