药学学报


7	Phenyl	Phenyl	9.17
8	Phenyl	Benzyl	33.7
9	Phenyl	cyc-Hexyl	> 150
10	cyc-Hexyl	Phenyl	> 150
11	c-Propyl	Phenyl	> 150
12	Benzyl	Phenyl	> 150


7	Phenyl	Phenyl	9.17
8	Phenyl	Benzyl	33.7
9	Phenyl	cyc-Hexyl	> 150
10	cyc-Hexyl	Phenyl	> 150
11	c-Propyl	Phenyl	> 150
12	Benzyl	Phenyl	> 150

Compd.	AMPA IC₅₀/μmol·L^-1	CL /μmol·L^{-1 a}
7	9.17	H: 0.305 M: 1.158 R: 0.476
13	28.10	H: 0.172 M: > 1.535 R: 0.497
14	69.54	H: 0.114 M: > 1.535 R: 0.486
15	57.72	H: 0.371 M: 1.230 R: 0.822
16	1.08	H: 0.045 M: 0.148 R: 0.051

Compd.	AMPA IC₅₀/μmol·L^-1	CL /μmol·L^{-1 a}
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13	28.10	H: 0.172 M: > 1.535 R: 0.497
14	69.54	H: 0.114 M: > 1.535 R: 0.486
15	57.72	H: 0.371 M: 1.230 R: 0.822
16	1.08	H: 0.045 M: 0.148 R: 0.051


16	Phenyl	Phenyl	Phenyl	1.08
17	Pyridyl	Phenyl	Phenyl	0.32
18	Pyridyl	Phenyl	Pyridyl	0.44


16	Phenyl	Phenyl	Phenyl	1.08
17	Pyridyl	Phenyl	Phenyl	0.32
18	Pyridyl	Phenyl	Pyridyl	0.44


17	Ph	0.32
19	2′-CN-Ph	0.06
20	3′-CN-Ph	7.26
21	4′-CN-Ph	28.73
22	2′-F-Ph	0.20
23	2′-Cl-Ph	0.10
24	2′-CH₃-Ph	0.40
25	2′- CH₃O-Ph	1.42
26	3-(2′-F)-Py	0.37
27	3-(2′-Cl)-Py	0.68
28	3-(2′-CN)-Py	0.20


17	Ph	0.32
19	2′-CN-Ph	0.06
20	3′-CN-Ph	7.26
21	4′-CN-Ph	28.73
22	2′-F-Ph	0.20
23	2′-Cl-Ph	0.10
24	2′-CH₃-Ph	0.40
25	2′- CH₃O-Ph	1.42
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18	Ph	0.44
29	2′-CN-Ph	0.21
30	3′-Thienyl	0.78
31	2′-Cl-Ph	0.40
32	3-(2′-CN-thienyl)	0.18
33	3-(2′-CF₃-Ph)	2.10
34	3-(2′-F-pyridinyl)	1.45


18	Ph	0.44
29	2′-CN-Ph	0.21
30	3′-Thienyl	0.78
31	2′-Cl-Ph	0.40
32	3-(2′-CN-thienyl)	0.18
33	3-(2′-CF₃-Ph)	2.10
34	3-(2′-F-pyridinyl)	1.45


19	2′-Pyridyl	0.06
35	3′-Pyridyl	4.02
36	4′-Pyridyl	5.53
37	Phenyl	0.33
38	2′-F-phenyl	0.20
39	2′-Thienyl	0.10
40	2′-CN-phenyl	8.43
41	2′-CH₃O-phenyl	0.74
42	3′-Thienyl	0.14


19	2′-Pyridyl	0.06
35	3′-Pyridyl	4.02
36	4′-Pyridyl	5.53
37	Phenyl	0.33
38	2′-F-phenyl	0.20
39	2′-Thienyl	0.10
40	2′-CN-phenyl	8.43
41	2′-CH₃O-phenyl	0.74
42	3′-Thienyl	0.14


19	Phenyl	0.06
29	3′-Pyridyl	0.21
43	2′-CH₃O-phenyl	0.15
44	3′-CH₃O-phenyl	0.25
45	4′-CH₃O-phenyl	0.44
46	3-(2′-F-pyridyl)	0.50
47	2′-CN-phenyl	> 15
48	4′- CN-phenyl	0.52
49	3-(2′-CH₃-pyridyl)	0.62


19	Phenyl	0.06
29	3′-Pyridyl	0.21
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44	3′-CH₃O-phenyl	0.25
45	4′-CH₃O-phenyl	0.44
46	3-(2′-F-pyridyl)	0.50
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48	4′- CN-phenyl	0.52
49	3-(2′-CH₃-pyridyl)	0.62


19	0.06	H: 0.009 M: 0.020 R: 0.108	2
26	0.37	H: 0.010 M: 0.012 R: 0.031	5
28	0.20	H: 0.007 M: 0.015 R: 0.068	5
29	0.21	H: 0.014 M: 0.016 R: 0.035	10
31	0.40	H: 0.003 M: 0.006 R: 0.082	25
32	0.18	H: 0.029 M: 0.075 R: 0.069	25
34	1.45	H: 0.005 M: 0.018 R: 0.002	10
37	0.33	H: 0.022 M: 0.059 R: 0.226	25


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37	0.33	H: 0.022 M: 0.059 R: 0.226	25

作用于AMPA受体的抗癫痫药吡仑帕奈的研制

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郭宗儒

药学学报 | 新药发现与研究实例简析 2020,55(1): 177-180

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药学学报 | 新药发现与研究实例简析 2020, 55(1): 177-180

作用于AMPA受体的抗癫痫药吡仑帕奈的研制

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郭宗儒

作者信息

中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 北京 100050

Affiliations

出版时间: 2020-01-12 doi: 10.16438/j.0513-4870.2016-1112

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引用本文

郭宗儒. 作用于AMPA受体的抗癫痫药吡仑帕奈的研制. 药学学报, 2020 , 55 (1) : 177 -180 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2016-1112

. Acta Pharmaceutica Sinica, 2020 , 55 (1) : 177 -180 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2016-1112

正文

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新药创制是复杂的智力活动, 涉及科学研究、技术创造、产品开发和医疗效果等多维科技活动。每个药物都有自身的研发轨迹, 而构建化学结构是最重要的环节, 因为它涵盖了药效、药代、安全性和生物药剂学等多维性质。本栏目以药物化学视角, 对有代表性的药物的成功构建, 加以剖析和解读。

癫痫病是难治的中枢神经性疾病, 发病机制虽未完全清楚, 但已知谷氨酸AMPA受体亚型过分活跃是癫痫发作的重要原因。武田制药公司的抗癫痫药吡仑帕奈就是针对AMPA靶标研制的, 研制过程体现了以靶标为核心的理念和实施途径, 从发现先导物、结构优化、确定候选化合物, 到临床研究和上市, 紧密围绕着对靶标的活性和选择性以及化合物的成药性等内容, 成功地概念验证了结构优化的合理性。(编者按)

1 研发背景

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谷氨酸是神经系统重要的兴奋性递质, 其生理效应是作用于两类受体蛋白:一是所谓代谢型谷氨酸受体亚型(mGluRs), 调节细胞的兴奋性和经过第二信使通路调节突触传导; 另一是离子移变型谷氨酸受体亚型(iGluRs), 为门控四聚型离子通道, 快速调节谷氨酸对突触的效应。iGluRs又基于对配体AMPA (1)、海人草酸(2)和NMDA (3)的选择性不同, 分成3种受体亚型, 这3个亚型的配体虽然都不是机体原有的天然配体, 但化学结构都是谷氨酸(4)模拟物。谷氨酸能神经传导的失调引起多种疾病, 例如癫痫、帕金森病、神经痛、卒中和记忆障碍等。选择性抑制AMPAs受体是治疗癫痫发作的重要途径, 但由于选择性作用不强或药代动力学性质不佳, 少有获得临床应用的药物(Niswender CM, Conn PJ. Metabotropic glutamate receptors: physiology, pharmacology, and disease. Annu Rev Pharmacol, Toxicol, 2010, 50: 295-322)。

既往研究AMPA受体拮抗剂还没有上市的药物, 有代表性的化合物如竞争性拮抗剂替占帕奈(5, tezampanel)和非竞争性拮抗剂苄啶喹酮(6, piriqualone)等。5的结构中含有两个酸性基团和一个脂肪胺基团, 模拟谷氨酸竞争其结合位点; 6的结合位点不是谷氨酸结合部位, 所以化学结构中不含谷氨酸药效团特征(Welch WM, Ewing FE, Huang J, et al. Atropisomeric quinazolin-4-one derivatives are potent noncompetitive alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid (AMPA) receptor antagonists. Bioorg Med Chem Lett, 2001, 11: 177-181)。

2 活性评价和先导化合物

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用高通量筛选(HTS)方法在公司化合物库中搜寻先导化合物, 目标和标准是: ① AMPA受体非竞争性拮抗剂; ②剔除竞争性拮抗剂; ③剔除假阳性; ④化合物活性在μmol·L^-1或以下水平。为此, 首先用AMPA诱导建立大鼠脑神经元细胞死亡模型, 评价化合物的阻断活性作为初筛, 评价对AMPA受体的拮抗活性。然后用³H-AMPA结合实验排除那些竞争性拮抗剂。再用AMPA诱导Ca²⁺流入, 测定抑制Ca²⁺离子50%进入细胞的化合物浓度(IC₅₀), 确定拮抗性功能, 也据此排除假阳性化合物。通过HTS得到了噁二嗪酮为母核的化合物7 (IC₅₀ 9.17 μmol·L^-1), 并作为先导化合物。

3 结构优化

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3.1 对杂环2和4位苯基的变换

用烷基或芳烷基对2和4位变换以探索构效关系, 合成的化合物及活性列于表 1。结果表明, 2位或4位任何一处变换为烷基或芳烷基都使活性降低, 提示这两个位置为苯环的必要性, 推测与噁二嗪酮环的共轭性是必要的。

3.2 噁二嗪环的变换

由于化合物7容易被代谢清除, 可能与噁二嗪酮环有关, 故用其他含氮六元杂环酮替换噁二嗪酮并保持2, 4-二苯基不变, 以优化活性和代谢稳定性, 合成的有代表性化合物的体外活性和清除率列于表 2。

化合物13是二嗪酮为母核, 环上失去氧原子使活性降低; 14和15是吡啶酮化合物, 活性也低于先导物13, 化合物15的氮原子上有活泼氢, 代谢稳定性差。16是用苯环替换了氢, 活性和稳定性不仅优于14和15, 而且优于先导物7, 从而优化出三苯基吡啶酮的结构。

4 三苯基的变换

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4.1 确定母核位置的优化基团

以1, 3, 5-三苯基吡啶酮为新的起点, 用吡啶环分别替换不同位置的苯环以优化活性, 表 3列出了有代表性的化合物。化合物17和18抑制AMPA受体阻止Ca²⁺流入的活性强于16, 提示母核吡啶酮的5位(Ar₁)连接2′-吡啶基有利于活性, 为此, 固定C5位2′-吡啶基作深入优化。

4.2 以化合物17为起点考察C3-芳环的电性和位阻效应

C3连接的芳环邻近于吡啶酮的羰基, 环上的取代基电性和立体性可能对羰基与受体的结合有重要影响, 为此, 固定N1-苯基和C5为2′-吡啶基, 变换C3的连接基, 化合物的结构与活性列于表 4。

表 4中有代表性的化合物并非批量一次合成的, 而是首先选取了氰基取代苯, 氰基是拉电子基团, 也有较大的体积, 连接在不同位置对母核吡啶酮的电性分布以及C3-苯环同母核环的扭转程度是不同的, 从而可能影响活性。结果表明2′-氰苯基化合物(19)的活性强于无取代的17, 氰基移至间位(20)或对位(21), 活性依次下降, 提示2′-取代的位阻效应使C3环-吡啶环形成有利于结合的两面角。这样, 考察其他原子或基团的效应都连接在2′-位。化合物22~25的2′-不同取代的化合物有较高的活性, 但都低于19。用3-(2′-取代)吡啶基替换苯基, 化合物26~28活性弱于相应的苯基化合物。至此, 19是活性优化最强的化合物。

4.3 以化合物18为起点考察C3的芳环效应

化合物18为N1, C5二吡啶取代物, 也是活性较高的化合物, 因而以18为出发点考察C3的基团变换对基团的影响。表 5列出了化合物的活性。

表 5中的化合物29和32虽然活性低于19, 但仍证明2′-氰基取代是优选的取代基。不过也说明N1为苯环优于吡啶环取代。

4.4 固定C3为2′-氰苯基、N1为苯基, 优化C5取代基

药物化学中优化多位置的化合物时, 往往变换一个位置而固定其余结构, 这样优化局部结构所得到的结果并非固定不变的, 当变换另一位置的结构时, 原先的优化结论未必适用, 这就是反复优化的原因。下面就是C3和N1分别固定为氰苯基和苯基, 探索C5的最佳取代。表 6列出了化合物的结构和活性。

表 6的数据表明C5变换成取代苯基或噻吩基的活性都低于2′-吡啶基, 变换吡啶基的连接位置也使活性降低, 因而19仍是体外活性最强的化合物。

4.5 固定C3为2′-氰苯基、C5为2′-吡啶基, 优化N1取代基

至此, 将C3固定为2′-氰苯基、C5为2′-吡啶基, 再优化N1取代基。表 7列出了化合物活性。结果表明, 变换吡啶基或环上引入不同取代基, 活性都弱于19。

5 候选化合物的确定和吡仑帕奈的上市

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5.1 体外高活性化合物的代谢稳定性和体内活性的比较

在以吡啶酮为母核的N1, C3, C5-三芳基取代的优化中出现的一些高活性化合物, 测定了对微粒体的代谢稳定性和灌胃小鼠抑制AMPA引起惊厥的最低有效剂量, 表 8列出了评价结果。表明化合物19、26、28和34对小鼠有较强的抗惊厥活性(体内), 对人、小鼠和大鼠肝微粒体有良好的代谢稳定性(体外), 其中化合物19尤其突出。

5.2 吡仑帕奈的批准上市

化合物19灌胃大鼠(1 mg·kg^-1)表明有良好的药代动力学性质, 口服生物利用度64.3%, C_max 0.17 μg·mL^-1, 半衰期t_1/2 2.37 h。还评价了化合物19在小鼠和大鼠脑与血浆中的浓度比值, 分别为1.06和1.14。小鼠脑脊髓液中19的浓度与血浆中游离浓度的比值为1.14。这些数值表明化合物19作为中枢神经系统药物适宜穿越血脑屏障。此外, 还评价了对63种酶、受体和离子通道的作用, 提示没有脱靶作用, 有较高的选择性作用, 遂确定为候选化合物进入临床前研究, 命名为吡仑帕奈(perampanel) (Shigeki Hibi S, Ueno K, Nagato S, et al. Discovery of 2‑(2-oxo-1-phenyl-5-pyridin-2-yl-1, 2-dihydropyridin-3-yl)benzonitrile (perampanel): a novel, noncompetitive α‑amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropanoic acid (AMPA) receptor antagonist. J Med Chem, 2012, 55: 10584-10600), 经三期临床研究表明是作用于AMPA受体非竞争性的拮抗剂, 用于口服治疗部分发作型的癫痫病, 美国FDA于2012年批准上市。

参考文献

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2020年第55卷第1期

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doi: 10.16438/j.0513-4870.2016-1112

首发时间：2026-01-20
出版时间：2020-01-12

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中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 北京 100050

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT


Compd.	R₁	R₂	AMPA IC₅₀/μmol·L^-1
7	Phenyl	Phenyl	9.17
8	Phenyl	Benzyl	33.7
9	Phenyl	cyc-Hexyl	> 150
10	cyc-Hexyl	Phenyl	> 150
11	c-Propyl	Phenyl	> 150
12	Benzyl	Phenyl	> 150


Compd.	Ar₁	Ar₂	Ar₃	AMPA IC₅₀/μmol·L^-1
16	Phenyl	Phenyl	Phenyl	1.08
17	Pyridyl	Phenyl	Phenyl	0.32
18	Pyridyl	Phenyl	Pyridyl	0.44


Compd.	Ar	AMPA IC₅₀ /μmol·L^-1
18	Ph	0.44
29	2′-CN-Ph	0.21
30	3′-Thienyl	0.78
31	2′-Cl-Ph	0.40
32	3-(2′-CN-thienyl)	0.18
33	3-(2′-CF₃-Ph)	2.10
34	3-(2′-F-pyridinyl)	1.45