一氧化氮的釋放及用于藥物的合成

一氧化氮的釋放及用于藥物的合成

氧氣氮是20世紀80年代在食用動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的重要氣體分子。1992年，《美國科學雜志》再次成為年度熱點分子。NO在哺乳動物體內(nèi)的發(fā)現(xiàn)及其作用的闡明是20世紀生命科學領(lǐng)域的一個重大進展,RobertF.Furchgott,LouisJ.Ignarro和FeridMurad3位科學家因為發(fā)現(xiàn)NO在心血管中的信號傳遞功能而共同獲得了1998年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。NO在哺乳動物體內(nèi)的生物合成如圖1所示,L-精氨酸受到一氧化氮合酶(NOSs)催化,在O2和還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化下產(chǎn)生瓜氨酸和NO。從20世紀80年代末開始,人們主要研究了NO的生理功能。發(fā)現(xiàn)其可舒張血管,參與血壓調(diào)節(jié);降低血小板的聚集,有抗血栓的功能;它也可以抑制血管平滑肌增殖,有抗動脈粥樣硬化作用;可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放;可通過非特異殺傷胞內(nèi)細菌、寄生蟲及惡性腫瘤細胞等而增強機體的非特異性免疫功能;可通過抑制T淋巴細胞的增殖而抑制機體的特異性免疫;以及可以保護消化系統(tǒng)等的生理作用。2000年以后諸多新藥研發(fā)機構(gòu)將NO的研究轉(zhuǎn)向了應(yīng)用領(lǐng)域,新型NO供體藥物的開發(fā)成了一大熱點。設(shè)計開發(fā)的新型NO供體化合物包括有機硝酸酯類、呋咱氮氧類、噁三唑類、偶氮鎓二醇類、N-羥基胍類、FK-409衍生物類等。從如此多的化合物中篩選出安全高效的藥物就成了該領(lǐng)域的最大難題。令人欣慰的是,經(jīng)過大量藥理試驗,發(fā)現(xiàn)了一系列有可能成為NO供體藥物的化合物。有機硝酸酯類是當前研究最廣泛的NO供體藥物,現(xiàn)對該類藥物的研究現(xiàn)狀做一綜述。1機硝酯類藥物有機硝酸酯類是最早發(fā)現(xiàn)的NO供體藥物,它們是經(jīng)典的血管擴張劑,包括有機硝酸酯類、有機亞硝酸酯類以及亞硝酸硫醇酯類,其中研究最多的是有機硝酸酯類。早期問世的有機硝酸酯類藥物包括硝酸甘油(nitroglycerin)、丁四硝酯(erythritylteranitrate)和硝酸異山梨醇酯(isosorbidedinitrate)等,如圖2所示。這些藥物經(jīng)口腔吸收速度快,抗心絞痛明顯?，F(xiàn)開發(fā)的單硝酸異山梨酯(isosorbidemononitrate)水溶性增大,不易穿透血腦屏障,克服了硝酸異山梨酯引起頭痛的不良反應(yīng),見圖2。近年來,人們將硝酸酯類NO供體與經(jīng)典藥物駢合,獲得了一系列作用更強或作用更廣泛的前藥。2有機亞硝酸鹽是一種非晶態(tài)藥物2.1氟比洛芬no供體型內(nèi)皮衍生的NO是炎性細胞的一種強烈的抑制劑,它可以誘導炎性細胞凋亡,減弱細胞因子釋放,減少炎性細胞在損傷組織的附著。因為NO的抗炎作用,研究人員將NO供體與解熱鎮(zhèn)痛藥和非甾體抗炎藥駢合,希望它們發(fā)揮協(xié)同作用,達到更強解熱鎮(zhèn)痛和抗炎作用。這類代表性藥物包括NO供體型吲哚美辛(NCX-530)、NO供體型氟比洛芬(NCX-2216,HCT-1026)、NO供體型萘普生(AZD-3582)、NO供體型撲熱息痛(NCX-701)、NO供體型阿司匹林(NCX-4016,NCX-4040),如圖3所示。吲哚美辛具有消炎止痛等作用,但可能導致消化性潰瘍,嚴重時會導致出血及穿孔。動物實驗結(jié)果表明,NO供體型吲哚美辛衍生物NCX-530的抗炎作用和抑制環(huán)氧合酶(COX)活性的能力與吲哚美辛相當,但降低了胃腸道不良反應(yīng),對胃沒有刺激作用,也不會加重已有的潰瘍。而且,NCX-530對胃腸道有保護作用,比如增加胃黏膜血流量。同時,NCX-530抑制結(jié)腸癌細胞中COX和NOS-Ⅱ的活性,且能限制β-連環(huán)蛋白的水平,對結(jié)腸癌細胞產(chǎn)生強大的抑制作用。由于這些優(yōu)點,NCX-530已進入了Ⅰ期臨床試驗階段。氟比洛芬是非甾體消炎鎮(zhèn)痛藥之一,具有強力的抗炎、鎮(zhèn)痛和退熱功能,主要用于治療類風濕關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎、強直性脊柱炎、外傷疼痛和其他疼痛,但可能造成胃腸道損傷。NO供體型氟比洛芬有兩種較好的衍生物,分別是NCX-2216和HCT-1026。NCX-2216對胃的刺激性較小,主要作用部位在神經(jīng)系統(tǒng)。試驗證明,僅服用NCX-2216就可以延長對大腦前列腺素(PG)合成的抑制時間,且不對胃造成損傷。因此,NCX-2216可能成為用來長期治療炎癥尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的藥物。除了抗炎作用之外,Bernardo等發(fā)現(xiàn)NCX-2216能調(diào)控小神經(jīng)膠質(zhì)細胞功能,對阿爾茨海默病可能有治療作用。NO供體型氟比洛芬HCT-1026繼承了母體藥物的藥理作用,減輕了胃腸道不良反應(yīng),同時增加了新的適應(yīng)癥。NicOx公司公布的HCT-1026Ⅰ期臨床研究結(jié)果顯示,200多個志愿者都對該藥有良好的胃腸道耐受性,不良反應(yīng)比氟比洛芬的發(fā)生率降低了60%～80%。Brunelli等報道,HCT-1026對進行性假肥大性肌營養(yǎng)不良有效,研究顯示,HCT-1026通過抗炎、緩解組織肌肉損傷,抑制衛(wèi)星細胞的數(shù)量和功能對該病產(chǎn)生療效,且作用強于對照組皮質(zhì)類固醇激素潑尼松龍。同時,他們的研究還發(fā)現(xiàn)HCT-1026可以提高干細胞遷移能力和重建肌纖維能力,與干細胞產(chǎn)生協(xié)同作用。Abdul-Hay等研究顯示,在低濃度條件下,HCT-1026更能選擇性地降低淀粉狀蛋白水平,表明其具有神經(jīng)保護作用。除此以外,NicOx公司宣稱HCT-1026對皮膚病、阿爾茨海默病、腎-泌尿外科疾病等有效,可以穿透血腦屏障,對腦部炎癥有效,現(xiàn)已進入Ⅱ期臨床試驗階段。萘普生是一種抗炎鎮(zhèn)痛藥物,但具有升高全身性血壓和造成胃腸道損傷等不良反應(yīng)。NO供體型萘普生AZD-3582(即HCT-3012),通用名為naproxcinod,屬于第一代環(huán)加氧酶抑制劑NO供體藥物(CINODs)。Naproxcinod通過其2個初級代謝產(chǎn)物發(fā)揮作用,即:萘普生和NO供體組分。Karlsson等臨床試驗研究表明,每日2次服用750mg劑量的naproxcinod可使療效和安全性達到最佳平衡。White等研究naproxcinod對血壓的影響時設(shè)計了三組平行試驗,第一組關(guān)節(jié)炎患者每日2次服用750mg劑量的naproxcinod,第二組每日2次服用375mg劑量的naproxcinod,第三組每天服用500mg劑量的奈普生。結(jié)果表明第一組和第二組患者血壓稍微降低,而第三組患者血壓升高。Naproxcinod已經(jīng)完成了Ⅲ期臨床研究,包括抗炎、治療膝關(guān)節(jié)炎疼痛、急性和慢性疼痛等,取得了令人滿意的結(jié)果。2009年11月,FDA接收了NicOx公司遞交的naproxcinod新藥申請,預(yù)計最快在2010年7月獲得批準。2009年12月NicOx公司向歐洲醫(yī)藥評價署遞交了上市授權(quán)申請,其預(yù)期市場規(guī)模將達到500～1000億美元,將成為一種非常有前景的藥物。對乙酰氨基酚(撲熱息痛)可用于治療感冒發(fā)燒、關(guān)節(jié)痛、神經(jīng)痛及偏頭痛、癌性痛及術(shù)后痛等,但是長期服用或過量服用均可引起肝細胞壞死。NO供體型撲熱息痛NCX-701的藥理作用遠遠好于研發(fā)人員的預(yù)期,它具有撲熱息痛所不具備的優(yōu)良作用:可以有效對抗劇痛和神經(jīng)性疼痛;動物實驗表明,NCX-701完全沒有肝毒性,甚至用500mg·kg-1處理患有乙肝的小鼠也未發(fā)現(xiàn)肝毒性,這一點與撲熱息痛完全不同。阿司匹林是一種經(jīng)典的解熱、鎮(zhèn)痛和抗炎藥,可緩解輕度或中度的疼痛,但長期服用會造成胃腸道損傷。NCX-4016和NCX-4040是前景較好的NO供體型阿司匹林。NicOx公司已在2005年完成了NCX-4016抗2型糖尿病的Ⅱ期臨床研究,取得了良好的效果。NCX-4016不但繼承了阿司匹林的抗炎活性,而且其胃腸道損傷比阿司匹林降低了90%?？寡“寰奂亲柚购椭委煿跔顒用}疾病(CAD)的一種方法。NCX-4016是一種促凝血受體拮抗劑,有良好的抗血小板活性,在治療冠心病方面有巨大潛力。因為其具有抗炎作用、抗血小板作用以及低刺激消化道的特性,在實驗動物靜脈血管移植手術(shù)方面得到成功的應(yīng)用,這為提高冠脈搭橋手術(shù)的成功率提供了一種新的可能輔助手段。NCX-4016還具有良好的抗人卵巢癌的作用。卵巢癌的化療藥順鉑一般對首次發(fā)病有效,但因為順鉑治療使人卵巢癌細胞(HOCCs)內(nèi)巰基水平增加對復(fù)發(fā)性卵巢癌療效不好。因為NCX-4016消耗細胞中的巰基化合物,使對順鉑敏感的HOCCs存活率下降到(63±6)%,使耐順鉑的HOCCs存活率下降到(70±10)%。NCX-4016明顯降低了移植到小鼠體內(nèi)的HOCCs的存活率,而且先用NCX-4016,再用順鉑處理HOCCs,顯示了比單用NCX-4016或單用順鉑更強的抗癌活性。NCX-4040是另一種NO供體型阿司匹林,研究表明其具有多種抗癌活性。NCX-4040可以消耗細胞內(nèi)的巰基化合物,使異種移植到小鼠體內(nèi)的耐順鉑的腫瘤恢復(fù)對順鉑的敏感性。電子順磁共振研究發(fā)現(xiàn),使用NCX-4040后細胞中的谷胱甘肽含量比不用時下降5.5倍。NCX-4040與順鉑合用處理A2780順鉑敏感型腫瘤細胞系可以使其存活率從單用順鉑時的(80.6±11.8)%下降到(26.4±7.6)%;處理耐順鉑的異種移植腫瘤細胞系可以使其存活率從(74.0±4.4)%下降到(56.4±7.8)%。NCX-4040對胰腺癌細胞系有很強作用,對比發(fā)現(xiàn),其抗胰腺癌細胞系活性強于NCX-4016。研究顯示NCX-4040可以對3種癌細胞系Capan-2,MIAPaCa-2和T3M4產(chǎn)生誘導凋亡作用。NCX-4040也可以引發(fā)90%的膀胱癌細胞凋亡。體外研究顯示,NCX-4040可以有效抑制結(jié)腸癌細胞增殖,對結(jié)腸癌的抑制作用呈劑量依賴性。NCX-4040將可能成為治療卵巢癌、惡性卵巢癌、胰腺癌、膀胱癌、結(jié)腸癌等的一種有效藥物。2.2no供體型普伐他汀及其他丁沙坦NO具有抗血栓、抗動脈粥樣硬化、擴張心腦血管等功能,在循環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮著巨大作用。研究人員將硝酸酯類NO供體與循環(huán)系統(tǒng)藥物駢合,得到了一系列的新型NO供體藥物。這類代表性的藥物包括NO供體型普伐他汀(NCX-6550)、NO供體型氟伐他汀(NCX-6553)、NO供體型阿托伐他汀(NCX-6560)、NO供體型替米沙坦(WB-1106),見圖4。臨床試驗已經(jīng)證明,羥甲戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶抑制劑即他汀類藥物會釋放少量的NO,具有降低CAD和卒中風險的作用。但是這種保護作用需要較高劑量且需數(shù)天至數(shù)周后才能顯現(xiàn),這就限制了其這方面的應(yīng)用。因此開發(fā)能擴展他汀類藥物的治療作用并加快其心血管的保護作用的顯現(xiàn)的新藥具有重要的意義。因為NO供體型硝酸酯類藥物的多方面作用,研究人員對這兩種藥物進行了駢合,開發(fā)了NCX-6560,NCX-6550和NCX-6553等NO供體他汀類藥物。普伐他汀是一種有效的HMG-CoA還原酶抑制劑,可有效地降低內(nèi)源性膽固醇的合成。NCX-6550是NO供體型普伐他汀的衍生物,它擴展了普伐他汀的作用范圍。NCX-6550降低了實驗鼠體內(nèi)脾細胞在動脈的附著,同時阻止了內(nèi)皮細胞間黏附蛋白的表達;有效地降低血漿單核細胞化學引誘物蛋白的表達水平;有良好的抗血小板/抗凝血作用;促進小鼠骨骼肌血管再生;改善肢體再灌注;阻止循環(huán)性內(nèi)皮祖細胞數(shù)目減少;逆轉(zhuǎn)高葡萄糖濃度中內(nèi)皮祖細胞遷移受阻;對外周血管疾病也有效。研究表明普伐他汀這些作用比NCX-6550的弱,甚至沒有這些作用,這可能是因為NCX-6550通過NO相關(guān)機制表現(xiàn)出了比普伐他汀更強的抗炎活性。NCX-6550和NCX-6553都可抑制主動脈平滑肌的增殖。阿托伐他汀是他汀類藥物中的優(yōu)秀品種,已經(jīng)取得上百億美元的銷售額。阿托伐他汀具有優(yōu)良的調(diào)血脂作用,適用于原發(fā)性高膽固醇血癥和混合性高脂血癥及高膽固醇血癥并有動脈粥樣硬化危險的患者。NCX-6560是NO供體型阿托伐他汀,其抑制膽固醇的生物合成作用與阿托伐他汀相似,但在高脂血癥小鼠體內(nèi),NCX-6560降低血清膽固醇的效果更好。NCX-6560可以舒張用去甲腎上腺素處理的兔冠狀動脈,促進PC12細胞內(nèi)cGMP的形成,阻止血小板的聚集,降低體內(nèi)誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的表達,而阿托伐他汀沒有這些功能。這些作用可能是其通過釋放NO途徑完成的。NicOx公司已將其列為核心研發(fā)項目,并在2009年11月宣布NCX-6560Ⅰ期臨床試驗獲得了正面結(jié)果。NicOx公司宣布,當服用劑量遠高于阿托伐他汀鈣的推薦劑量時,NCX-6560仍有良好的安全性和耐受性。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)抑制劑可導致嚴重的咳嗽等不良反應(yīng)。替米沙坦是臨床上常用的降血壓藥物,具有ACE抑制劑類藥物共有的不良反應(yīng)。因此科研人員設(shè)計并合成了NO供體型替米沙坦WB-1106。它增加細胞內(nèi)cGMP的量,以時間/劑量的形式擴張鼠收縮了的動脈,可獲得跟替米沙坦一樣的降壓效果。同時,WB-1106處理用高糖高脂肪飼喂的小鼠,可明顯減弱其體重增加并增強對糖的耐受性,這表明NO和替米沙坦有良好的協(xié)同效應(yīng)。盡管替米沙坦耐受性較好,但WB-1106是否減輕替米沙坦的不良反應(yīng)還值得進一步研究。2.3第5例:甲基甲基-5-5和前藥3圖5現(xiàn)已證實,NO對多種病原微生物有殺滅作用,其中包括病毒、細菌性病原體以及分子內(nèi)和分子間原生動物。因為NO對病原微生物的作用,研究人員將NO供體與化學治療藥物進行了駢合,得到了新的化學治療藥物。這類代表性的藥物包括NO供體型甲硝唑(NCX-972)、NO供體型環(huán)丙沙星(NCX-976),見圖5。原生寄生動物阿米巴原蟲可導致阿米巴腸炎、痢疾和肝膿腫,其孢子囊可穿透大腸黏膜并造成組織損傷,每年造成約10萬人死亡,是僅次于瘧疾的第二大原生動物致死性疾病。甲硝唑?qū)χ委熌c道和腸外阿米巴病有效。雖然還未證實阿米巴原蟲對甲硝唑有耐藥性,但的確已經(jīng)出現(xiàn)了一些甲硝唑治療無效事件。原生動物容易對化學藥物產(chǎn)生耐受性,所以盡早開發(fā)新的藥物極為重要。已有研究表明NO對原生動物感染有效,因此甲硝唑與NO供體組合將可能產(chǎn)生抗阿米巴原蟲新型藥物。NicOx公司開發(fā)的NO供體型甲硝唑(NCX-972)是抗痢疾性阿米巴原蟲的新型NO供體藥物。體外試驗表明,NCX-972可在阿米巴原蟲細胞內(nèi)釋放具有細胞毒性的NO,能比甲硝唑更高效、更快速地殺死痢疾性阿米巴原蟲。結(jié)核分枝桿菌導致的結(jié)核病是人類因為單一感染致死的頭號殺手,粗略估計每年大約有200萬人死于結(jié)核病。結(jié)核病與艾滋病的協(xié)同作用以及臨床分離結(jié)核分枝桿菌的多種耐藥性再一次證明了它是公共健康的頭號威脅。結(jié)核病在我國已經(jīng)死灰復(fù)燃,研究抗結(jié)核新