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(jì)80年代在食用動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的重要?dú)怏w分子。1992年，《美國(guó)科學(xué)雜志》再次成為年度熱點(diǎn)分子。NO在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的發(fā)現(xiàn)及其作用的闡明是20世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展,RobertF.Furchgott,LouisJ.Ignarro和FeridMurad3位科學(xué)家因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)NO在心血管中的信號(hào)傳遞功能而共同獲得了1998年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。NO在哺乳動(dòng)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(jì)80年代末開(kāi)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(dòng)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(guò)非特異殺傷胞內(nèi)細(xì)菌、寄生蟲(chóng)及惡性腫瘤細(xì)胞等而增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫功能;可通過(guò)抑制T淋巴細(xì)胞的增殖而抑制機(jī)體的特異性免疫;以及可以保護(hù)消化系統(tǒng)等的生理作用。2000年以后諸多新藥研發(fā)機(jī)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(kāi)發(fā)成了一大熱點(diǎn)。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新型NO供體化合物包括有機(jī)硝酸酯類(lèi)、呋咱氮氧類(lèi)、噁三唑類(lèi)、偶氮鎓二醇類(lèi)、N-羥基胍類(lèi)、FK-409衍生物類(lèi)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(guò)大量藥理試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了一系列有可能成為NO供體藥物的化合物。有機(jī)硝酸酯類(lèi)是當(dāng)前研究最廣泛的NO供體藥物,現(xiàn)對(duì)該類(lèi)藥物的研究現(xiàn)狀做一綜述。1機(jī)硝酯類(lèi)藥物有機(jī)硝酸酯類(lèi)是最早發(fā)現(xiàn)的NO供體藥物,它們是經(jīng)典的血管擴(kuò)張劑,包括有機(jī)硝酸酯類(lèi)、有機(jī)亞硝酸酯類(lèi)以及亞硝酸硫醇酯類(lèi),其中研究最多的是有機(jī)硝酸酯類(lèi)。早期問(wèn)世的有機(jī)硝酸酯類(lèi)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(kāi)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(jiàn)圖2。近年來(lái),人們將硝酸酯類(lèi)NO供體與經(jīng)典藥物駢合,獲得了一系列作用更強(qiáng)或作用更廣泛的前藥。2有機(jī)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(xì)胞的一種強(qiáng)烈的抑制劑,它可以誘導(dǎo)炎性細(xì)胞凋亡,減弱細(xì)胞因子釋放,減少炎性細(xì)胞在損傷組織的附著。因?yàn)镹O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(dá)到更強(qiáng)解熱鎮(zhèn)痛和抗炎作用。這類(lèi)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(dǎo)致消化性潰瘍,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致出血及穿孔。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(dāng),但降低了胃腸道不良反應(yīng),對(duì)胃沒(méi)有刺激作用,也不會(huì)加重已有的潰瘍。而且,NCX-530對(duì)胃腸道有保護(hù)作用,比如增加胃黏膜血流量。同時(shí),NCX-530抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中COX和NOS-Ⅱ的活性,且能限制β-連環(huán)蛋白的水平,對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)大的抑制作用。由于這些優(yōu)點(diǎn),NCX-530已進(jìn)入了Ⅰ期臨床試驗(yàn)階段。氟比洛芬是非甾體消炎鎮(zhèn)痛藥之一,具有強(qiáng)力的抗炎、鎮(zhèn)痛和退熱功能,主要用于治療類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)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(duì)胃的刺激性較小,主要作用部位在神經(jīng)系統(tǒng)。試驗(yàn)證明,僅服用NCX-2216就可以延長(zhǎng)對(duì)大腦前列腺素(PG)合成的抑制時(shí)間,且不對(duì)胃造成損傷。因此,NCX-2216可能成為用來(lái)長(zhǎng)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(xì)胞功能,對(duì)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(shí)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(gè)志愿者都對(duì)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(bào)道,HCT-1026對(duì)進(jìn)行性假肥大性肌營(yíng)養(yǎng)不良有效,研究顯示,HCT-1026通過(guò)抗炎、緩解組織肌肉損傷,抑制衛(wèi)星細(xì)胞的數(shù)量和功能對(duì)該病產(chǎn)生療效,且作用強(qiáng)于對(duì)照組皮質(zhì)類(lèi)固醇激素潑尼松龍。同時(shí),他們的研究還發(fā)現(xiàn)HCT-1026可以提高干細(xì)胞遷移能力和重建肌纖維能力,與干細(xì)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(hù)作用。除此以外,NicOx公司宣稱HCT-1026對(duì)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(duì)腦部炎癥有效,現(xiàn)已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)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(guò)其2個(gè)初級(jí)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(yàn)研究表明,每日2次服用750mg劑量的naproxcinod可使療效和安全性達(dá)到最佳平衡。White等研究naproxcinod對(duì)血壓的影響時(shí)設(shè)計(jì)了三組平行試驗(yàn),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(qǐng),預(yù)計(jì)最快在2010年7月獲得批準(zhǔn)。2009年12月NicOx公司向歐洲醫(yī)藥評(píng)價(jià)署遞交了上市授權(quán)申請(qǐng),其預(yù)期市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到500～1000億美元,將成為一種非常有前景的藥物。對(duì)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(zhǎng)期服用或過(guò)量服用均可引起肝細(xì)胞壞死。NO供體型撲熱息痛NCX-701的藥理作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)抗劇痛和神經(jīng)性疼痛;動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,NCX-701完全沒(méi)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(diǎn)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(zhǎng)期服用會(huì)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?dòng)脈疾病(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?yàn)槠渚哂锌寡鬃饔谩⒖寡“遄饔靡约暗痛碳は赖奶匦?在實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(duì)首次發(fā)病有效,但因?yàn)轫樸K治療使人卵巢癌細(xì)胞(HOCCs)內(nèi)巰基水平增加對(duì)復(fù)發(fā)性卵巢癌療效不好。因?yàn)镹CX-4016消耗細(xì)胞中的巰基化合物,使對(duì)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(qiáng)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(xì)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(duì)順鉑的敏感性。電子順磁共振研究發(fā)現(xiàn),使用NCX-4040后細(xì)胞中的谷胱甘肽含量比不用時(shí)下降5.5倍。NCX-4040與順鉑合用處理A2780順鉑敏感型腫瘤細(xì)胞系可以使其存活率從單用順鉑時(shí)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(xì)胞系可以使其存活率從(74.0±4.4)%下降到(56.4±7.8)%。NCX-4040對(duì)胰腺癌細(xì)胞系有很強(qiáng)作用,對(duì)比發(fā)現(xiàn),其抗胰腺癌細(xì)胞系活性強(qiáng)于NCX-4016。研究顯示NCX-4040可以對(duì)3種癌細(xì)胞系Capan-2,MIAPaCa-2和T3M4產(chǎn)生誘導(dǎo)凋亡作用。NCX-4040也可以引發(fā)90%的膀胱癌細(xì)胞凋亡。體外研究顯示,NCX-4040可以有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖,對(duì)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(dòng)脈粥樣硬化、擴(kuò)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(lèi)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(lèi)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(jiàn)圖4。臨床試驗(yàn)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(lèi)藥物會(huì)釋放少量的NO,具有降低CAD和卒中風(fēng)險(xiǎn)的作用。但是這種保護(hù)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(kāi)發(fā)能擴(kuò)展他汀類(lèi)藥物的治療作用并加快其心血管的保護(hù)作用的顯現(xiàn)的新藥具有重要的意義。因?yàn)镹O供體型硝酸酯類(lèi)藥物的多方面作用,研究人員對(duì)這兩種藥物進(jìn)行了駢合,開(kāi)發(fā)了NCX-6560,NCX-6550和NCX-6553等NO供體他汀類(lèi)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(kuò)展了普伐他汀的作用范圍。NCX-6550降低了實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)脾細(xì)胞在動(dòng)脈的附著,同時(shí)阻止了內(nèi)皮細(xì)胞間黏附蛋白的表達(dá);有效地降低血漿單核細(xì)胞化學(xué)引誘物蛋白的表達(dá)水平;有良好的抗血小板/抗凝血作用;促進(jìn)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(xì)胞數(shù)目減少;逆轉(zhuǎn)高葡萄糖濃度中內(nèi)皮祖細(xì)胞遷移受阻;對(duì)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(méi)有這些作用,這可能是因?yàn)镹CX-6550通過(guò)NO相關(guān)機(jī)制表現(xiàn)出了比普伐他汀更強(qiáng)的抗炎活性。NCX-6550和NCX-6553都可抑制主動(dòng)脈平滑肌的增殖。阿托伐他汀是他汀類(lèi)藥物中的優(yōu)秀品種,已經(jīng)取得上百億美元的銷(xiāo)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(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)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(dòng)脈,促進(jìn)PC12細(xì)胞內(nèi)cGMP的形成,阻止血小板的聚集,降低體內(nèi)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的表達(dá),而阿托伐他汀沒(méi)有這些功能。這些作用可能是其通過(guò)釋放NO途徑完成的。NicOx公司已將其列為核心研發(fā)項(xiàng)目,并在2009年11月宣布NCX-6560Ⅰ期臨床試驗(yàn)獲得了正面結(jié)果。NicOx公司宣布,當(dāng)服用劑量遠(yuǎn)高于阿托伐他汀鈣的推薦劑量時(shí),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(dǎo)致嚴(yán)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(lèi)藥物共有的不良反應(yīng)。因此科研人員設(shè)計(jì)并合成了NO供體型替米沙坦WB-1106。它增加細(xì)胞內(nèi)cGMP的量,以時(shí)間/劑量的形式擴(kuò)張鼠收縮了的動(dòng)脈,可獲得跟替米沙坦一樣的降壓效果。同時(shí),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(qiáng)對(duì)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(jìn)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(shí),NO對(duì)多種病原微生物有殺滅作用,其中包括病毒、細(xì)菌性病原體以及分子內(nèi)和分子間原生動(dòng)物。因?yàn)镹O對(duì)病原微生物的作用,研究人員將NO供體與化學(xué)治療藥物進(jìn)行了駢合,得到了新的化學(xué)治療藥物。這類(lèi)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(jiàn)圖5。原生寄生動(dòng)物阿米巴原蟲(chóng)可導(dǎo)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(wàn)人死亡,是僅次于瘧疾的第二大原生動(dòng)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(shí)阿米巴原蟲(chóng)對(duì)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(wú)效事件。原生動(dòng)物容易對(duì)化學(xué)藥物產(chǎn)生耐受性,所以盡早開(kāi)發(fā)新的藥物極為重要。已有研究表明NO對(duì)原生動(dòng)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(chóng)新型藥物。NicOx公司開(kāi)發(fā)的NO供體型甲硝唑(NCX-972)是抗痢疾性阿米巴原蟲(chóng)的新型NO供體藥物。體外試驗(yàn)表明,NCX-972可在阿米巴原蟲(chóng)細(xì)胞內(nèi)釋放具有細(xì)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(chóng)。結(jié)核分枝桿菌導(dǎo)致的結(jié)核病是人類(lèi)因?yàn)閱我桓腥局滤赖念^號(hào)殺手,粗略估計(jì)每年大約有200萬(wàn)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(hào)威脅。結(jié)核病在我國(guó)已經(jīng)死灰復(fù)燃,研究抗結(jié)核新