药学学报  2015, Vol. 50 Issue (8): 931-944   PDF    
小分子多肽类似物研究进展
王佳, 孙德群     
山东大学威海 海洋学院, 山东 威海 264209
摘要:多肽类药物的研究是新药研发的重要方向, 然而许多天然大分子多肽代谢不稳定且生物利用度低, 在临床用药方面受到限制。近年来, 小分子活性多肽类似物因其具有分子量小、生物活性高以及结构易修饰等特点, 开启了多肽类药物研发的新热点, 并有多个此类药物已上市或已进入临床研究阶段。本文详细介绍了美国FDA于2005~2014年批准上市的小分子多肽类似物的研究现状, 就其来源、合成方法、化学结构特点、上市时间、适应证以及临床有效性和安全性等方面进行综述, 并展望了该领域今后的发展方向。
关键词小分子肽     多肽类似物     临床试验研究    
Research progress of small peptidomimetics
WANG Jia, SUN De-qun     
Marine College, Shandong University, Weihai 264209, China
Abstract: The study of peptide drugs has been an important direction in research and development of new drugs. However, lots of natural macromolecular peptides are limited in clinical use by their metabolic instability and low bioavailability. In recent years, the active small peptidomimetics open up a new hotspot of peptide drug development with the characteristics of low molecular weight, high bioactivity and structural modification. Many peptidomimetics are on the market or on the clinical study. This paper elaborated the small peptidomimetics approved by American Food and Drug Administration (FDA) from 2005 to 2014, and reviewed their researching status with source, synthetic method, chemical structure, marketing time, indication, clinical efficacy and safety. Research prospects in this field were discussed.
Key words: small peptide     peptidomimetics     clinical trial    

多肽类药物具有生物活性强、高度靶向专一性和选择性、毒副作用低及化学生物学多样性等特点 而被广泛应用于疾病治疗领域。临床前实验和临床 研究表明, 多肽类药物展现出多方面的药效和潜在商业价值[1], 如用于治疗肿瘤相关疾病、代谢异常病、心血管疾病、中枢神经系统疾病、胃肠道疾病及自身免疫系统疾病等。目前已有90多种活性多肽获美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准进入市场[2, 3]。据 文献[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]报道, 2005~2014年FDA批准上市的222个新分子实体 (NMEs) 中, 多肽类药物有24个, 仅占10.8%, 其中大部分 (14个) 为小分子多肽类似物。研究表明, 由于口服生物利用度低、分子量太大导致的细胞膜通透性差以及在生理条件下代谢不稳定和快速被清除等原因, 大分子多肽药物不仅开发难度大, 而且研发周期普遍较长, 更多传统大分子肽类化合物的体内药效活性很低甚至难以成药[11, 12], 使得多肽类药物发展面临一大障碍。近年来, 基于筛选及药物设计合成来源的生物活性多肽不断发展[13], 尤其是小分子多肽类似物及拟肽类药物的研究已成为国内外医药研发的热点, 并展现出了广阔的市场前景[14, 15, 16]。小分子多肽类似物及拟肽类药物不仅具有肽类化合物的一般优点, 还表现出天然大分子多肽物质所不具有的一些性质, 如分子量低、膜透过性好、药效活性强、给药方式和吸收途径多样化、口服生物利用度高以及在机体生理条件下表现出高稳定性而不易被酶所降解等特性。通过对小分子多肽进行结构改造及衍生化修饰, 得到一系列的环肽类、拟肽类、糖肽类及脂多肽类等多种多肽类似物, 改善多肽药物的成药性, 使其更适合临床给药[17, 18]。近些年 来, 已有一些小分子多肽类似物进入全球药物市场, 并引起生物医药和化学研究者们对其特殊结构的广泛关注。本文按照药物结构及药效特点分类, 将从药物来源及合成、化学结构特点、上市时间、适应证以及耐受性和毒副作用等方面, 对2005~2014年美国FDA批准上市的14个小分子多肽类似物进行综述, 并展望了此类药物的研究前景。

1 新型脂糖肽类抗生素

糖肽类 (glycopeptides) 抗生素的共同特点是结构中含有一个七肽环状核心, 通过与肽聚糖链C端的D-Ala-D-Ala结构结合, 阻碍转糖基作用和转肽作用的进行, 抑制肽聚糖链的生成使得细菌细胞壁无法合成, 从而产生抑菌效果[19]。第一个糖肽类抗生素万古霉素 (vancomycin) 作为一种治疗耐甲氧西林金葡菌 (MRSA) 感染的首选药物, 从1952年发现以来几乎占据半个世纪的统治地位。近年来, 通过对多药耐药性实验研究表明, 由于万古霉素耐药肠球菌 (VRE) 以及一系列抵抗和降低万古霉素敏感性的金葡菌出现, 急需开发替代药品[20, 21]。从2009年FDA接收泰拉万星 (telavancin) 到2014年相继批准达巴万星 (dalbavancin) 和奥利万星 (oritavancin) 上市, 新型脂糖肽类 (lipoglycopeptides) 抗生素由于具有更强的抗菌活性和出色的药动学性质, 已受到全世界药物科学家的关注, 并展现出了广阔的市场前景和结构研究价值。

1.1 泰拉万星

美国FDA于2009年9月11日批准由Theravance和Astellas制药公司研发的第二代半 合成脂糖肽类抗生素泰拉万星上市, 用于治疗由革兰阳性菌引起的成人复杂性皮肤和皮肤结构感染 (cSSSI)。Leadbetter等[22]报道了其合成过程是以万古霉素或其盐酸盐为起始原料, 与N端Fmoc基团保护的癸氨基乙醛经还原烷基化反应得到N-decylaminoe- thylvancomycin中间体, 并以此为先导, 通过氨甲基化反应制得。

作为万古霉素结构衍生物, 泰拉万星不但保留七肽环状核心结构所拥有的抑菌活性, 还分别引入了疏水性癸基氨乙基长链结构和亲水性片段磷酰甲基氨甲基 (图 1)。亲脂性基团增强了药物分子与细胞膜的结合力和抗菌作用靶点的亲和力, 不仅使其抑制

Figure 1 Chemical structures of new lipoglycopeptide antibiotics

能力高出万古霉素10倍, 而且还具有MRSA、万古霉素耐药肠球菌 (VRE) 和金葡菌 (VRSA) 等多重抗菌活性。富含负电荷的亲水性基团能够改善其组织分布特性, 缩短药物代谢半衰期, 促进药物消除并降低其潜在的肾毒不良反应等[23, 24, 25]

III期临床试验[26]选择了1 063例患者进行整体治疗应答评估, 通过对泰拉万星和万古霉素两组进行给药治疗比较, 结果发现患者被完全治愈并根除致病菌的比例分别为88.6% 和86.2%。其中患有MRSA感染的579例给予泰拉万星的治愈率 (89.9%) 高于万古霉素 (84.7%), 表明泰拉万星对cSSSI和MRSA治疗效果比万古霉素更好。泰拉万星还表现出良好的耐受性, III期临床试验还对928例和939例两组患者分别给予泰拉万星和万古霉素进行药物安全性评价, 两组不良反应率分别为79% 和72%, 泰拉万星的严重不良反应的发生率 (7%) 高于万古霉素 (4%); 因不良反应而中止治疗的患者分别为8% 和6%。除发生味觉障碍 (33% 比7%)、轻微恶心 (27% 比15%)、呕吐 (14% 比7%) 及泡沫尿 (13% 比3%) 症状外, 泰拉万星给药组发生不良反应的类型与万古霉素相似且严重程度相当。常见的有味觉障碍、恶心、头疼、呕吐、泡沫尿、皮肤瘙痒、失眠、便秘、腹泻和输注反应等轻微不良反应, 并无其他严重不良反应发生。

1.2 达巴万星

2014年5月23日美国FDA通过优先审评程序, 批准了Durata制药公司药物达巴万星作为第二个新型脂糖肽类抗生素上市, 用于治疗由特定革兰阳性菌引起的快速细菌性皮肤和皮肤结构感染 (ABSSSI)。达巴万星是一种替考拉宁 (teicoplanin) 糖肽类似物 (A-40926) 的半合成衍生物 (图 1), 基本结构同样来源于万古霉素。其合成是参考万古霉素及替考拉宁衍生物的构效关系研究, 进行合理的结构设计, 提高抗菌效能和药动学性质[27]。合成过程中依然保留七肽核心, 在其A-40926的C-末端增加一个N, N-二甲基丙胺, 同时在糖基上连接长链脂肪酸结构, 所有修饰过程都不影响其与D-Ala-D-Ala的作用位点。二甲基丙胺结构增强了活性中心与作用靶点的结合力, 而亲脂性长链提高药物分子与细胞膜及脂溶性物质的亲和力, 使抑菌效果更佳并且适当延长了体内代谢半衰期[28]

一项随机双盲等效性III期临床试验[29]选择了854例cSSSI患者, 分为达巴万星和利奈唑胺两组进行给药治疗比较, 对其临床应用有效性及安全性进行了评估, 采取治愈检测 (TOC) 作为首要疗效终点, 临床治愈率分别为88.9% 和91.2%, 治愈检测中MRSA清除率分别为91% 和89%。试验中发生的不良反应普遍为轻至中度, 不良反应率分别为56% 和61%, 达巴万星治疗相关不良反应率为25.4% 比利奈唑胺 (32.2%) 更低; 严重不良反应率分别为7.5% 和8.5%; 因不良反应而中止治疗的比例分别为3.9% 和3.2%。常见不良反应有恶心、腹泻、头疼、呕吐及皮疹等轻微反应。达巴万星在治疗cSSSI和MRSA中表现出高效性和良好的耐受性, 从而提供了一种治疗革兰阳性致病菌感染的可替代性选择。

1.3 奥利万星

FDA于2014年8月6日批准第三 个新型脂糖肽类抗生素奥利万星进入市场, 它是由Medicines Co.公司申请上市用于治疗由特定革兰阳性微生物引起的成人快速细菌性皮肤和皮肤结构感染 (ABSSSI)。

奥利万星也是在第一代糖肽抗生素万古霉素的基础上开发的 (图 1), 其最初来源于微生物Amycolatopsis orientalis发酵产生的LY264826 (氯代伊瑞霉素) 的衍生化产物[30]。通过这种衍生化作用, 不仅使得奥利万星与母体化合物相比具有更强的抑菌活性和细胞壁结合力, 而且还具有了很强的二聚化作用, 使其稳定地固定于细菌细胞膜上, 改善了键合靶标的能力[31]。同时疏水性侧链能够增强这种二聚化能力并且保持更好的药动学性质 (如半衰期较长), 从而增强靶向亲和力和抗菌效能[32]。与其他糖肽类抗生素的不同之处在于, 奥利万星能够与D-alanyl-D-lactate等缩肽类物质结合, 从而有效地抑制耐Van-A型糖肽微生物的细胞壁合成[33]

一项随机双盲多中心的Ⅲ期临床等效性试验, 评价了奥利万星治疗cSSSIs的有效性和安全性。试验选择符合要求的1 267例患者, 分为奥利万星组和万古霉素组进行对照。在其中1 000例可评估的患者中, 临床治愈率分别为78.6% 和76.2%; 在686例细菌学可评估患者中, 治愈率分别为74.6% 和73.3%, 相应的MRSA清除率分别为61.4% 和65.8%。试验报 道的整体不良反应发生率为47%, 明显低于万古霉素 (58%); 因不良反应而中止治疗的比例也是奥利万星更低(1.8% 比4.8%)。最普遍的不良反应包括头疼、恶心、呕吐、肢体和皮下脓肿、发烧、腹泻、低血压及部分输注反应等[34]

2 棘白霉素类抗生素

棘白霉素 (echinocandins) 是一类半合成脂多肽类新型抗真菌药物, 其基本化学结构来源于霉菌天然代谢产物的结构衍生化[35]。卡泊芬净 (caspofungin)[36] 是2001年1月26日美国FDA批准由默克公司研

发上市的第一个棘白霉素类抗生素, 它是在微生物Glarea lozoyensis发酵产物基础上合成的脂肽, 这 种具有环六肽特殊核心结构的药物分子从上市开 始就已备受关注。尤其是对其结构上的修饰和药动 学性质的改善等方面的研究吸引了大批研究者的目光。目前有3种棘白霉素类药物卡泊芬净、米卡芬净(micafungin) 和阿尼芬净 (anidulafungin) 成功进入市场, 此类药物抗菌谱较广, 对多种念珠菌具有杀菌作用, 并能抑制曲霉活性, 与其他类抗真菌药物无交叉耐药性。其作用机制是抑制β-1, 3-葡聚糖合成酶的活性, 从而抑制真菌细胞壁的合成[37]。由于人体细胞无细胞壁, 因此对人细胞无明显毒副作用, 用药安全性较高。棘白霉素类抗生素以抗菌活性强、抗菌谱广、耐受性好、不良反应率低和药物相互作用少等优点, 展现出广阔的临床研究价值和药物开发前景。

2.1 米卡芬净

日本科学家从微生物Coleophoma empetri F-11899的液体发酵培养基中筛选出一种天然水溶性棘白霉素类脂多肽FR901379[38], 它是一种N端脂肪酸取代的环六肽衍生物 (图 2), 在此基础上经酶解作用后再次酰基化形成一种含有异噁唑苯甲酰侧链的复杂肽类衍生物结构, 此化合物即米卡芬净[39]。美国FDA于2005年3月16日批准了由日本藤泽公司研发的第二个棘白霉素类抗真菌药米卡芬净上市, 用于治疗食道念珠菌感染和造血干细胞移植前期患者念珠菌感染的预防治疗。虽然米卡芬净对包含念珠菌在内的多种真菌表现出抑制活性, 但FDA仅就念珠菌感染治疗予以批准。

Figure 2 Chemical structures of echinocandin antifungal drugs

一项随机双盲比较型的 Ⅲ 期临床试验建立的基础是米卡芬净抗真菌疗法能够有效治疗造血干细胞移植 (HSCT) 的患者发生的嗜中性白血球减少症, 选择882例成人及儿童患者, 分别每天给予米卡芬 净50 mg和氟康唑400 mg进行比较, 总体治疗成功率为80.0%, 明显高于氟康唑 (73.5%); 治疗中突发死亡率分别为4.2% 和5.7%, 但死亡原因与给药治疗无直接关联。因不良反应而中止治疗的比例分别为4.2% 和7.2%, 与肝脏相关不良反应为28% 和28.7%, 胃肠道相关不良反应为99.1% 和98.9% , 泌尿生殖系统不良反应为43.3% 和48.6%, 心血管不良反应率分别为64.9% 和71.6%。与氟康唑相比, 米卡芬净常见的不良反应较多, 但各项不良反应发生率较低且严重程度普遍较轻[40]

2.2 阿尼芬净

美国FDA于2006年2月17日批准了新型抗真菌药阿尼芬净上市, 用于治疗念珠菌血症和其他念珠菌感染 (如腹内腔脓肿、腹膜炎) 和食道念珠菌症。该药最初由Vicuron制药公司研制, 后被辉瑞公司收购并推广到药物市场。

作为第三代棘白霉素抗真菌药的最新上市产品, 阿尼芬净结构上的特点 (图 2), 使得与其他棘白霉素类药物相比具有更好的抗真菌活性和药动学性质。其最初合成来源是以链霉菌发酵产物两性霉素B为结构母体, 在其侧链引入脂肪链烷氧三联苯基芳酰基长链片段[41], 这种结构衍生化使其在体内和体外试验中都表现出高效的抗菌活性[42, 43]。作用机制是通过抑制β-1, 3-葡聚糖合成从而阻碍真菌细胞壁的合成, 最终是菌体破裂而亡, 并表现出比两性霉素B更广的抗菌活性谱[44]

随机双盲Ⅲ期临床等效性试验[45]分别对阿尼芬净和氟康唑两组进行治疗比较, 评价了阿尼芬净治疗念珠菌感染及念珠菌血症的有效性和安全性。根据静脉注射治疗的整体反应终点判断, 治疗成功率为75.6%, 明显高于氟康唑组 (60.2%)。在仅患有念珠菌血症的患者中 (约89%), 治疗成功率分别为75.9% 和61.2%, 另外, 在治疗其他不同类型的念珠血症患者时, 阿尼芬净均表现出更好的治疗效果。报道称两组的治疗相关不良反应率分别为24.4% 和26.4%, 因不良反应而中止治疗的比例分别为48.4% 和57.4%, 治疗中突发死亡的概率分别为22.8% 和31.4%, 且死亡原因多与治疗无关。常见的输液相关反应有低血压、呕吐、便秘、恶心反胃和头疼发热等, 没有剂量依赖型或系统性剂量相关输液反应的发生。FDA批准标签中全面报道了阿尼芬净的不良反应, 除上述外, 还包括一些普遍可能发生的组胺介导症状: 皮疹、荨麻疹、过度脸红、皮肤瘙痒、呼吸困难和血压过低等。

3 HCV NS3/4A蛋白酶抑制剂

随着丙肝病毒 (HCV) 基因型及其编码蛋白的发现, 以及之后的病毒培养复制和HCV蛋白酶动物模型方面的研究进展, 使得基于细胞及分子水平的抗HCV潜在候选药物进入了快速研发阶段[46, 47]。NS3/4A蛋白酶作为成熟HCV基因编码蛋白序列的核心点, 是维持HCV发挥病毒感染作用所必须的酶体, 也是抗HCV药物研发的潜在靶标, 成为抗病毒药物研发的一个重要里程碑[48]。研究发现, HCV NS3蛋白酶的底物经N端取代衍生化所得的多肽类似物, 以及中间体过渡态类似物, 能够竞争性的抑制此酶的活性, 成为一种具有巨大开发潜力的抗HCV药物研发的先导化合物[49, 50, 51]。HCV NS3/4A蛋白酶抑制剂是研究最广和最有效的直接作用型抗HCV药物, 作为一种结构易修饰的小分子拟肽物质, 其构效关系研究已经成为一大研究热点[52, 53]。目前此类药物已有3种获FDA批准进入市场, 并有多个新型肽类似物药物分子已进入临床前或临床试验阶段, 以及许多候选药物正处于大力开发阶段[54, 55, 56]

3.1 波西匹韦

第一个HCV NS3/4A蛋白酶抑制剂波西匹韦 (boceprevir) 是由默克公司研发, 美国FDA于2011年5月13日批准上市, 用于口服治疗基因Ⅰ型慢性丙型肝炎患者。波西匹韦不可用于单独治疗, 必须与聚乙二醇干扰素a和利巴韦林联合给药, 治疗成年人代偿性肝脏疾病患者, 包括此前未经治疗或用聚乙二醇干扰素a及利巴韦林治疗失败的肝硬化患者[57]

波西匹韦的发现是通过对酶活性底物筛选, 得到一种α-酮酰胺十一肽类似物。然后以此肽为先导化合物, 在其氨基酸残基上保留基本药效基团, 并进行片段裁剪和基团修饰, 最终形成的三肽衍生物 (图 3), 它是一种具有高度NS3/4A酶抑制活性的小分子多肽抑制剂[58]。药物分子通过与NS3活性部位的丝氨酸共价结合, 导致NS3酶失活, 从而有效地抑制HCV RNA的复制过程。一项美国专利[59]报道了波西匹韦的合成路线是以N端经Boc基团保护的叔丁基亮氨酸和取代脯氨酸甲酯为合成原料, 通过一系列的酰胺化、脱Boc保护、加成、碱水解、酸化和缩合再经氧化反应制得。构效关系研究表明, 只要保留α-酮基酰胺结构, 就能使其具有基本的抗HCV活性。结构上的不断截断和基团修饰, 使其抗病毒活性和药动学性质更加可观, 从而得到一种分子量更低、选择性更强、酶抑制活性更加出色、生物利用度更高和细胞渗透性更强且不易被体内蛋白酶所降解的新型药物分子[58]

Figure 3 Chemical structures of hepatitis C virus NS3/4A protease inhibitors

Ⅲ期临床试验采取随机双盲形式[60], 对波西匹韦联合聚乙二醇干扰素α及利巴韦林给药和不加入波西匹韦两组进行对比, 并将剂量梯度分为3组, 评价了临床有效性和安全性。研究表明, 波西匹韦联合Peg-IFN和利巴韦林给药组的疗效明显高于单独Peg-IFN和利巴韦林组, 且随着剂量和时间梯度呈变化趋势。选择的患者中几乎全部出现不良反应症状 (96%, 99%, 100%), 严重不良反应率及因不良反应中止治疗的比例都较高, 试验组贫血率 (43%) 明显高于对照组 (20%), 然而并没有因贫血而中止治疗的情况出现。临床试验中发现最普遍的不良反应为流感症状 (Peg-IFN联合利巴韦林给药时出现的典型症状), 相比于对照组, 波西匹韦组更容易出现的不良反应为味觉障碍、皮疹和皮肤干燥等。另有研究发现聚乙二醇干扰素和利巴韦林的剂量改变也会频繁导致不良反应的发生[61], 进一步说明波西匹韦联合用药的剂量严格性。

3.2 特拉匹韦

仅在波西匹韦上市10天后, 美国FDA于2011年5月23日优先审评批准了第二个丙型肝炎病毒 (HCV) NS3/4A蛋白酶抑制剂特拉匹韦 (telaprevir) 进入市场, 它是由美国Vertex制药公司研发的一种新型抗HCV药物。其临床适应证同样是用于治疗成年人代偿性慢性丙型肝炎, 需与聚乙二醇干扰素α和利巴韦林联用, 用于未经治疗肝硬化患者和以前用干扰素治疗失败的患者, 包括完全无应答、部分应答及旧病复发患者[62, 63]。特拉匹韦是第一个能够对治疗失败的丙肝患者产生抗病毒疗效的药物, 与其他抗HCV药物比较, 它能广泛被用于既往接受过治疗的HCV感染者及先天性丙肝患者, 拓宽了HCV治疗领域新前景[64]

特拉匹韦的来源是通过从NS5A/5B酶天然底 物中得到的一种十肽化合物, 经过一系列结构截断和基团修饰形成的一种共价可逆型α-酮基酰胺类拟肽化合物[65, 66] (图 3)。这种结构使其能够竞争性抑制HCV NS3/4A丝氨酸蛋白酶的活性, 从而阻止丙肝病毒的复制。文献[67]报道了特拉匹韦的最优合成方法, 主要是以L-环己氨基乙酸甲酯、吡嗪甲酸、2-氨基-1-戊醇及 (3R, 6S)-八氢环戊吡咯为合成原料, 经过连续的酰胺化、酯水解、氧化和脱水反应得到几种中间体, 最终缩合形成特拉匹韦。其结构中α-酮基酰胺决定了最基本的抗HCV活性, 在先导化合物结构基础上进行裁剪, 改善了临床成药性和药动学特性, 使其具有更强的活性、更低的分子量和更高的口服生物利用度[68]

一项随机双盲、安慰剂对照的Ⅲ期临床试验[63], 将1 088例没有接受过预先治疗的HCV基因Ⅰ型感染患者分为3组进行治疗比较, 分别为特拉匹韦联合聚乙二醇干扰素和利巴韦林进行12周治疗 (T12PR组)、同上述联合用药法进行8周治疗 (T8PR组) 和单独聚乙二醇干扰素联合利巴韦林组 (PR组) 进行对照。结果表明, 3组发生持续病毒学应答的概率分别75%、69% 和44%, 即接受特拉匹韦治疗的患者表现出更高的持续病毒学应答速率, 其中89% T12PR组及83% T8PR组患者出现标准的持续病毒学应答, 表明联合用药中特拉匹韦起到了提高疗效的作用。特拉匹韦结合用药组的不良反应率大于10%, 症状明显多于PR组, 常见胃肠疾病 (恶心和腹泻)、皮肤瘙痒、皮疹和贫血, 3组因治疗产生的不良反应而中止治疗的比例分别为11%、7% 和1%, 贫血和皮疹是最普遍的中止治疗原因, 且所有不良反应表现出终止给药后的可控性。

3.3 西美匹韦

美国FDA在2013年11月22日批准了第三个丙肝病毒NS3/4A蛋白酶抑制剂进入市场, 它是杨森公司研发的口服胶囊剂西美匹韦 (simeprevir), 临床上用于治疗慢性肝炎感染, 同样不能单独用药, 其有效性是通过聚乙二醇干扰素α和利巴韦林联用治疗基因Ⅰ型HCV感染的代偿性肝脏疾病 (包括肝硬化)[69]。西美匹韦是在前两个药物基础上开发的第二代HCV NS3/4A蛋白酶抑制剂, 其环肽结构也为抗HCV药物的发展开辟了新的合成途径。

西美匹韦的来源是从NS5A/5B酶天然底物中分离出一种具有抑制NS3酶活性的线性六肽类似物, 通过一系列的构效关系 (SAR) 研究及片段删减和结构修饰, 得到一个具有P2环戊烷型取代基团的环状拟肽类化合物 (图 3), 并证明了其具有出色的生物学性质和药动学及药效安全性能, 如活性强、选择性高和口服生物利用度高等[70]。一项专利 (US8153800) 报道西美匹韦的化学合成, 以N-甲基-5-己烯-1-胺为起点, 与环内酯型羧酸进行酰胺化反应后, 经酯水解、羧酸酰胺化、与取代喹啉发生亲核反应、烯烃复分解反应、再经水解和酰基化反应得到。

一项Ⅲ期临床试验采取每日给予西美匹韦100 mg, 结合聚乙二醇干扰素和利巴韦林进行联合治疗, 可以有效治疗患有基因Ⅰ型慢性丙肝成年感染者, 分成4组进行平行试验, 其中89% 给予西美匹韦治疗的患者完成持续病毒学应答, 而安慰剂组仅62%。美国FDA警示西美匹韦的不良反应有胚胎-胎儿毒性、光敏性和注射皮疹等[69]。临床中更多出现了皮疹、呼吸困难及治疗突发的试验性不良反应, 包括碱性磷酸酯酶及血红素过高等症状。Ⅲ期临床试验中试验组出现的不良反应与单独聚乙二醇干扰素和利巴韦林用药组均相似, 且多为轻至中度反应, 常见不良反应包括发烧、贫血、白血球数降低、中性粒细胞数减少、头疼不适和皮疹等。临床中出现的高胆红血症为轻 度可逆型, 由于易发生光敏性反应, 患者或被建议限制在阳光下暴露, 并采取防晒措施以防不良反应的发生[71]

4 特殊环肽类似物

环肽类 (cyclopeptides) 是目前多肽化学中研究比较热门的一类化合物, 自1944年第一个环十肽抗菌类环肽gramicidin S发现以来[72], 更多学者开始关注对环肽结构合成及生物活性方面的研究[73]。尤其是对具有特定结构片段或基团成环的, 包括双环缩酚酸肽、咪唑类环肽及分子内二硫键成环等特殊多肽类似物。研究表明, 天然活性环肽能够在肽类结构基础上形成一种构象限制性, 比普通线性肽表现出更强的活性和抗降解能力[74]。目前美国FDA批准上市的多肽类似物中大部分为环肽类, 除已经介绍过的脂糖肽类抗生素 (含环状七肽核心) 和棘白霉素类抗生素 (含环状六肽核心结构) 外, 还有一些特殊结构环肽开始进入科学研究的视野及新药研发市场。

4.1 兰瑞肽

醋酸兰瑞肽 (lanreotide) 是一种缓释长效的生长抑素八肽类似物, 它是由法国益普生公司研制, 美国FDA于2007年8月30日批准其上市, 用于外科手术或放射疗法中难以治疗或不能完全治愈的肢端肥大症患者。与最早上市的奥曲肽不同, 兰瑞肽是第一个具有缓释长效生长抑素八肽类似物, 其药动学性质更好、半衰期更长、生物利用度更高和治疗效果更优[75]

一项专利[76]报道了其合成路线, 采用Fmoc多肽固相合成法制备醋酸兰瑞肽。首先将Fmoc保护的叔丁基苏氨酸偶联在树酯上, 除去Fmoc基团后再引入第二个氨基酸Fmoc-Cys进行第二次偶联, 之后每次使用不同的Fmoc-N端保护的氨基酸重复上述步骤, 再经过多次的溶剂洗涤和基团去除后, 得到的多肽中间体进行环化处理, 使用C-18反相高效液相色谱柱纯化, 分离出纯净的兰瑞肽 (图 4)。作为天然生长抑素的合成性八肽类似物, 其作用机制和生长抑素相似。结构中以二硫键成环, 在维持其多肽空间结构和生物活性中发挥重要作用, 也是其特殊结构合成过程中的重要环节, 并作为今后此类多肽类似物候选药物的最新研究热点和难点[77]

Figure 4 Chemical structures of special cyclopeptide analogues

一项多中心开放性纵向Ⅲ期临床研究[78]选择了 符合要求的23例肢端肥大症患者, 进行兰瑞肽 (120 mg/4~8周) 和奥曲肽 (每4周给药1次) 两组治疗比较, 对兰瑞肽的临床有效性及安全性进行评估。试验治疗终点以GH和IGF-I两种激素水平的降低值作为衡量疗效的指标, 结果发现兰瑞肽组的激素水平降低率明显高于对照组奥曲肽 (62% 比43%), 且兰瑞肽组表现出更高的临床治愈率。醋酸兰瑞肽具有 很好的耐受性和安全性, 大多数患者表现出轻至中度的药物治疗相关不良反应, 两组最常见的不良反应基本相同, 并且不良反应降低率都是兰瑞肽组大于奥曲肽组, 如衰弱无力 (26.1% 比21.8%)、多汗症 (39.1% 比26.1%)、肿胀感 (56.6% 比17.4%) 和触觉异常 (43.5% 比17.4%) 及全身多部分关节痛等。试验组最频繁发生的是肠胃系统不适导致的腹泻和腹痛, 另有两例60岁以上患者分别出现高血压脑病及渗透性结肠癌, 但都与治疗无关。

4.2 罗米地辛

一种组蛋白去乙酰化酶 (HDAC) 抑制剂罗米地辛 (romidepsin) 由Gloucester Pharmaceuticals公司研制, 并于2009年11月5日被FDA批准上市, 用于既往接受过至少一次系统性治疗的皮肤T细胞淋巴瘤 (CTCL) 患者, 并于2011年6 月再次被批准其注射剂用于治疗周围T细胞淋巴瘤 (PTCL) 患者。罗米地辛是一种新型的双环缩酚酸肽类HDAC抑制药物, 为化疗后病情恶化或复发的CTCL患者提供最新的治疗方案[79]。此外, 已有研究发现罗米地辛对人胃癌、乳腺癌和肺癌的转移瘤细胞表现出潜在的抑制活性, 其抗癌机制的研究带来更广阔的开发潜力和应用前景[80]

罗米地辛的发现是通过研究细菌代谢产物时, 从青紫色素杆菌液体发酵培养基中分离出的一种天然四肽类似物, 并以此肽为前体, 通过二硫键和酯键形成双环结构[81] (图 4)。其中特有的二硫键是发挥活性的关键药效基团, 在细胞内二硫键被谷胱甘肽还原为巯基, 与HDAC上的锌离子相结合并抑制其活性, 从而有效地抑制DNA的复制和癌基因转录过程, 最终抑制肿瘤的生成。文献[82]报道了罗米地辛的化学合成路线是以丙烯醛和磷叶立德反应后再与噻唑烷硫代酮反应, 经羧基保护得到的中间体与Fmoc保护的固相合成肽进行酯化反应和分子内成酯反应, 分子内两个保护的巯基在碘/乙醇条件下形成二硫键, 最终得到罗米地辛。

临床试验分别考察了罗米地辛对治疗CTCL和PTCL两种适应证的有效性和安全性, 结果表明, 其对两种患者的治疗耐受性都较好, 患有PTCL的45例患者的整体治疗反应比例为38%, 其中17.7% 发生完全反应, 20% 发生部分反应, 有8例患者因病情恶化而中止治疗。患有CTCL的96例患者的整体反应率为34%, 包括6例发生完全反应。报道称临床不良反应偏轻至中度, 大多数反应较缓和且易缓解。15% 患者因给药相关不良反应而中止治疗, 包括疲劳、发热及OT间期延长。最常见的不良反应为心电图ECG-T波的改变、肠胃不良反应和血液病理学反应及体质虚弱等。另有恶心 (59%)、疲劳 (41%)、呕吐 (38%)、血小板减少 (38%)、腹泻 (35%)、发热 (34%)、败血症和肺炎等高发性症状, 常伴有白血球减少症、粒细胞缺乏症等[83, 84]

4.3 帕瑞肽

诺华制药公司研发的新药帕瑞肽 (pasireotide) 于2012年12月14日获得FDA批准在美国上市, 该药是一种新型皮下注射的孤儿药, 用于治疗不能用于外科手术治疗的或脑垂体手术治疗无效的成年库欣病患者。帕瑞肽是一种生长抑素环状六肽类似物 (图 4)。与奥曲肽不同之处在于, 它不仅能够对奥曲肽治疗的肢端肥大症和类癌肿瘤有效, 并且对奥曲肽不能或难以治疗的胃肠胰腺神经内分泌肿瘤患者起到治疗效果[85, 86]。因其作为一种能与多个受体结合并且血浆半衰期较长、生物利用度较高的生长抑素类似物, 展现出了市场前景。

一项专利[87]报道帕瑞肽的合成是采用多肽固相合成法, 将酪氨酸的羟基和聚苯乙烯树酯共价结合并脱去氨基保护基, 然后与活化的羧基组分反应成长肽链, 依次与保护的赖氨酸、色氨酸和苯甘氨酸、取代脯氨酸和苯丙氨酸反应形成所需的肽链长度, 洗涤后用三氟乙酸进行关环反应并去除保护基, 最终得到帕瑞肽。

对帕瑞肽治疗库欣病的随机双盲Ⅲ期临床研 究[88], 选择符合参加受试的162个成年患者, 维持12个月的开放试验期考察其临床有效性和安全性, 分别进行每两天给药600 μg (80例) 和900 μg (82例) 两组试验治疗比较, 两组中达到首要疗效终点的比例分别为14.6% 和26.3%, 持续给药两个月后的中位尿游离皮质醇水平约降低50%, 并在两组中均保持稳定。帕瑞肽的药物耐受性较好, 不良反应多与生长抑素类似物产生的不良反应相关, 其中高血糖症相关不良反应率为72.8%, 其中6% 患者因不良反应而中止治疗, 尽管皮质醇水平逐渐降低, 但在治疗起初血糖和糖化血红蛋白的水平迅速升高直至稳定。最常见的毒副症状为高血糖 (13%) 和糖尿病 (7%), 另有研究表明, 由于在治疗中糖尿病相关不良反应率较高且普遍严重, 故在使用帕瑞肽治疗库欣病的临床中必须对血糖异常进行监控并及时治疗相关不良反应[89]

5 直链小分子肽类似物

由于直链多肽 (linear peptides) 的结构上不具有环肽或糖肽等明显特点, 其直接成药性表现并不出色。近些年FDA批准上市的此类药物比较少。然而正是因为这种结构简单易修饰, 许多小分子直链多肽已经逐渐成为化学合成研究的重要先导化合物, 以此来开发活性更强、药动学性质更好的临床候选药物。目前已有几种直链小肽进入市场, 并促进了多种同类药物进入临床研究阶段, 展现出了小分子肽广阔的开发前景。

5.1 地加瑞克

美国FDA于2008年12月24日批准了辉凌制药公司研发的新药地加瑞克 (degarelix), 用于晚期雄性激素依赖型前列腺癌患者皮下给药, 是一种促性腺激素释放激素 (GnRH) 受体拮抗剂类药物。它主要是去除过多雄性激素分泌的治疗, 其作用机制是通过阻碍GnRH受体作用从而抑制黄体生成素 (LH) 的产生和释放, 能够有效调节雄性激素的合成来减缓前列腺癌的发展[90]。地加瑞克是一种合成性十肽类似物 (图 5), 结构中包括7个非天然氨基酸 (5个为D型) 和3个天然氨基酸, 这种复杂的氨基酸缩合物具有许多可修饰的片段及位点, 使得其作为一种上市药物具有更多的结构研究价值。

Figure 5 Chemical structures of linear small-molecule peptide analogues

地加瑞克最初是通过借助于甲基二苯甲基胺 (MBHA) 树酯, 经过一系列的化学反应固相合成获得, 相对以往的GnRH拮抗剂而言, 对受体具有更高的亲和力和效能, 且具有更好的水溶性和半衰期。这些出色的成药性是因为其结构中增加了尿素氨基甲酰基片段和更多的氢键位点, 使其给药后能够缓慢扩散并长效作用于靶点[91]。文献[92]报道了一种合成路线, 是以Boc-N端保护的D-丙氨酸为原料, 经过基团保护、非天然氨基酸的引入、保护基的去除以及酰胺化和水解等14步反应获得。

一项为期12个月、随机开放的 Ⅲ 期临床试验, 考察了地加瑞克用于治疗前列腺癌的有效性和安全性。试验选择了610例符合要求的患者按不同剂量安排平行分为3组: 地加瑞克240/80 mg组(首月剂量240 mg, 以后每月80 mg)、地加瑞克240/160 mg组(首月剂量240 mg, 以后每月160 mg) 和亮丙瑞林组 (每月剂量7.5 mg)。结果显示达到首要疗效终点 (第28~364天内每月睾丸素抑制率≤0.5 ng·mg-1) 的比例分别为97.2%、98.3% 和96.4%, 而在开始治疗的 3天内首要疗效率分别为96.1%、95.5% 和0%, 表明地加瑞克维持低睾丸素水平的效果要明显高于亮丙瑞林。3组治疗突发不良反应率分别为79%、83% 和78%, 普遍发生的是脸发红 (分别为26%、26% 和21%) 和心血管不良反应 (地加瑞克组约9%, 多为心绞痛、心房颤动、心脏衰竭和心肌充血等)。严重不良反应率分别为10%、12% 和14%, 导致中止治疗的比例分别为7%、9% 和6%。地加瑞克治疗不良反应多为轻至中度, 常见的有输注反应、热潮红、丙氨酸转移酶 (ALT) 升高、体重增加、背痛、高血压和关节痛等症状[93]

5.2 卡非佐米

多发性骨髓瘤 (MM) 是由于骨髓浆细胞恶性繁殖以及血清和尿液中单克隆蛋白的过度累积, 引起骨质溶解导致骨痛及病理性骨折、肾功能不全及免疫缺陷的恶性B细胞瘤[94]。2003年批准上市的硼替佐米是第一个用于多发性骨髓瘤的蛋白酶体抑制剂类药物, 成为近10年来治疗MM这种罕见病的支柱性药物。之后在此结构基础上进行了多次的研究尝试, 2012年7月20日美国FDA加速批准第二个蛋白酶体抑制剂药物, 它是由Onyx制药公司研发的卡非佐米 (carfilzomib), 本品只能静脉注射给药, 用于至少接受过两种既往治疗 (包括硼替佐米和一种免疫调节剂) 的复发型及难治型的多发性骨髓瘤患者[95]

卡非佐米是一种合成四肽类似物 (图 5), 其结构中包含α-β-环氧酮药效基团、直链四肽骨架及吗啉基N端帽子修饰结构[96]。其能够不可逆的抑制蛋白酶体上的糜蛋白酶样 (CT-L) 活性, 从而产生更加持久的或更强的靶向专一性。Smyth等[97]报道了其合成过程是经过四步氨基酸脱水缩合反应, 首先以N-Boc保护的亮氨酸为原料, 依次与都经过N-Boc保护的苯丙氨酸苄酯和高苯丙氨酸反应后, 加入α-吗啉基乙酸, 最后与α-β-环氧酮氨类物质反应得到直链四肽结构的卡非佐米。

一组临床试验研究纳入了226例复杂难治型多发性骨髓瘤患者, 进行卡非佐米不同方案给药的有效性评估。首要疗效终点的整体反应率为23.4%, 并被分为4个不同级别: 严格完全反应 (sCR, 0%)、完全反应 (CR, 0.4%)、相当好的部分反应 (VGPR, 5%) 和部分反应 (PR, 18%)。卡非佐米的安全性试验选择了526例多发性骨髓瘤患者进行评估, 结果显示, 在低剂量用药时表现出很好的耐受性, 常见的不良反应为疲乏 (56%)、贫血 (47%)、恶心 (45%)、血小板减少 (36%)、呼吸困难 (35%)、腹泻 (33%) 和发热 (30%) 等。严重不良反应包括肺炎、急性肾衰竭、充血性心力衰竭甚至死亡。试验中发生的输注反应可通过预先给予地塞米松来缓解[95]

5.3 沙格列汀

二肽基肽酶Ⅳ (DPP-Ⅳ) 抑制剂是目前抗糖尿病研究领域的重点开发药物, 它是在研究糖尿病靶点DPP-Ⅳ的结构基础上开发的一种新型药物, 目前已有5种此类药物批准上市, 其中包括两种拟肽类药物, 沙格列汀 (saxagliptin, 2009年7月31日被FDA批准上市) 和维格列汀 (EMA, 于2007年9月28日批准上市)。现有多个拟肽类二肽基肽酶抑制剂已进入Ⅲ期临床试验研究, 展现出此类药物具有很高的结构研究价值。

沙格列汀由阿斯利康制药公司研制, 用于治疗成人2型糖尿病, 作为一种辅助饮食和改善血糖控制的药物[98]。沙格列汀是通过模拟GLP-1的N端二肽结构修饰而成[99], 其结构中含有一个五元吡咯环和甘氨酰胺骨架 (图 5)。在此基础上进行构效关系研究, 然后进行结构衍生化及构象限制, 通过多步复杂反应包括不对称合成和手性拆分等方法, 最终得到这种降糖活性强、生物利用度高、不良反应少、选择性强、不易产生耐药性并且具有良好的药动学性质的抗糖尿病药物[100]

一项多中心随机双盲可控的 Ⅲ 期临床试验研 究[101], 选择1 306例未曾接受过治疗的2型糖尿病成人患者, 分别将沙格列汀 (5或10 mg) 和二甲双胍联用, 与两种药物的单一疗法进行治疗比较, 24周后HbA1c平均值分别为: (沙格列汀5 mg + 二甲双胍) 组6.9%、(沙格列汀10 mg + 二甲双胍) 组7.0%、沙格列汀单独用药组7.9% 以及二甲双胍单独用药组7.5%, 且所有含沙格列汀给药组的空腹血糖 (FPG) 降低值更好, 两药联用的治疗学血糖应答的比例较单一疗法更高, 结果说明沙格列汀与二甲双胍联用在治疗2型糖尿病时展现出更好的疗效。试验还报道了二者联用的药物耐受性很好, 4组因不良反应而中止治疗的比例分别为2.5%、2.2%、2.4% 和3.4%, 最普遍的不良反应 (≥5%) 为头疼 (9.9%)、腹泻 (9.6%)、鼻咽炎 (6.9%) 和高血压 (5.3%) 等。且平均收缩压 (SBP) 和舒张压 (DBP) 都有所降低, 沙格列汀整体不良反应率不高, 且程度多表现为轻至中度。

6 结语与展望

综上所述, 小分子多肽类似物是目前多肽药物研究的一个重要方向, 由于其结构的多样性及可塑性, 吸引了众多生物医药和化学领域的科学工作者, 从化学合成、构效关系、药理毒理研究、临床试验及相关不良反应等多方面, 进行了更深入研究, 表现出广阔的临床应用价值和市场前景。从2005~2014年FDA批准上市的小分子多肽药物来看, 主要集中在抗菌药、抗病毒药物、糖尿病药及抗肿瘤药等难治型多发病药物开发, 作为抑制剂类药物与靶点结合而发挥疗效。值得注意的是, 此类药物的来源多以一种天然存在的酶底物或微生物发酵培养基中得到的初始物作为先导化合物, 通过对活性的检测并进行结构上的修饰和衍生化得到。这种基于活性结构上的改变不但保留原有的特定活性, 而且改善了药动学性质, 使其具有出色的临床作用和结构研究价值。此类药物未来的研究方向, 不仅要在已上市药物的结构基础上进行构效关系的研究, 还应从多种来源的物质结构基础上着手研究, 开发出新型结构来源的先导化合物。在保留药效基团的基础上, 进行结构简化和药学性质的优化, 以便更好更快地开发出活性更强、生物利用度更高、体内代谢更加稳定、毒副作用更少且更适合临床用药的新型多肽类药物。

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