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SGLT-2抑制剂坎格列净的发现历程与启示

时间:2018-03-04    作者:联创生物医药信息部

SGLT-2作为治疗二型糖尿病的较新靶点,目前FDA已批准上市了三个相关药物。其凭借着独特的作用机制,较其余口服降糖药物有不会造成低血糖、对肾脏有一定的保护作用、可以在一定程度上降低患者体重以及改善胰岛β细胞功能等优点,逐渐在吞噬着口服降糖药物的市场。下面以坎格列净为例,介绍SGLT-2抑制剂开发的具体历程。



坎格列净(canagliflozin),化学名为(1S)-1,5-脱氢-1-C-[3-[[5-(4-氟苯基)-2-噻吩基]甲基]-4-甲基苯基 ]-D-葡萄糖醇水合物(2∶1),结构为:



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秒速快3 是由MitsubishiTanabe Pharma公司原研的一种口服C-糖苷类钠依赖性葡萄糖2型共转运体(SGLT2)抑制剂,可通过阻断近曲小管对葡萄糖的再吸收使滤过的葡萄糖从尿液中排出,从而达到降糖目的。最终由杨森公司向FDA提交注册申请,于2013年3月首次经美国FDA批准上市,临床用于治疗2型糖尿病,商品名为Invokana。

 

根皮苷带来的启示

根皮苷(phlorizin)是天然的糖苷衍生物,主要来源于苹果皮及梨树,最早由法国化学家于1835年分离获得。根皮苷可以通过抑制SGLT阻止肾脏对葡萄糖的重吸收,并且可以长期促进肾脏通过尿液排糖。

 


Phlorizin


二十世纪九十年代在克隆SGLT1和SGLT2后研究证明,根皮苷为SGLT1和SGLT2双竞争性抑制剂。根据这个结果,思维活跃的化学家们产生了一个革命性的idea:制备一种通过抑制SGLT提高葡萄糖由尿液排出的药物,从而利用这个新靶点、新机制治疗二型糖尿病。

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直接使用根皮苷实现这样的目的是再理想不过,但是现实是残酷的,化合物自身的性质导致无法实现这样的目的。

 

秒速快3 首先,根皮苷通过口服给药,会被肠道中的β-葡萄糖苷酶水解为根皮素和葡萄糖,从而失去活性;其次,据报道根皮苷可以引起肾脏的损伤。因此,后续努力的目标为,制备获得与根皮苷结构活性相关的衍生物,通过抑制肾脏SGLT活性,用于二型糖尿病的治疗。

 




 


第一个口服SGLT-2抑制剂


说其为第一个口服SGLT-2抑制剂,倒不如说是最接近成为第一个口服SGLT-2抑制剂的化合物,同样需要从根皮苷说起。

 

上文已提到根皮苷为SGLT1和SGLT2受体双抑制剂,SGLT1主要存在于肠道,抑制SGLT1副作用较大;抑制SGLT2副作用小,并且有助于肾脏通过尿液排糖,从而达到降血糖的目的。因此,以根皮苷为基础的结构改造,主要存在以下目标:

 

1、提高化合物对于SGLT2受体抑制的特异性;

2、防止糖苷酶及代谢对化合物的降解,保证化合物的活性;

3、可以通过口服给药。

通过对根皮苷构效关系的研究得出如下结论:

1、取代B环上4’位的羟基,可以抑制β-葡萄糖苷酶的水解;

2、苯并呋喃取代A环展现出优良的糖尿的排泄;

3、B环4’位甲基取代羟基,表现出对SGLT2良好的特异性;

4、糖基和苯环之间的链接是必须的。


得到如下化合物:

 

T-1095A

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在上述研究的基础上,再将糖环上的羟基甲酯化制备为前药,能进一步改善药物在体内的活性并且增加对β-葡萄糖苷酶的稳定性,可得到前药:

 

T-1095

 

T-1095可以通过肝脏酯酶的作用,转化为活性物质T-1095A,从而达到抑制肾脏对糖的重吸收,增加尿液排糖而降低血糖。作用机制如下:

 



针对T-1095临床前试验,分别在n-STZ大鼠、Goto–Kakizaki大鼠、ZDF大鼠、KKAy小鼠及db/db小鼠等模型做了充分的研究。结果显示,T-1095降血糖的同时不会造成低血糖副作用,在外围组织可以减少胰岛素的耐受(包括肝脏和骨骼肌肉),可预防胰岛β细胞的衰亡,通过缓解葡萄糖中毒改善胰岛素分泌及胰岛素的敏感性,有潜在缓解糖尿病并发症的能力。

 

很可惜的是,T-1095的O-糖苷键部分对β-葡萄糖苷酶的不耐受,最终还是无法成药。不过,上述一系列的研究结果为今后开发全新的、相对代谢更加稳定的化合物奠定了坚实的基础。

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坎格列净(Canagliflozin)的诞生


以T-1095为基础,许多药厂都在围绕T-1095衍生物开发SGLT-2抑制剂糖尿病药物。日本三菱的化学家,围绕C-葡萄糖苷及N-葡萄糖苷展开了研究,目标就是要开发出针对SGLT-2抑制剂的药物。

 

研究结果初步显示,联苯结构的C-葡萄糖苷的化合物抑制活性较弱;相反,苄基苯胺的N-葡萄糖苷的化合物展现出强的体外抑制活性,但是N-葡萄糖苷的代谢稳定性相对还是较差。因此,后续合成了一系列芳环C-葡萄糖苷和硫唑嘌呤芳香N-葡萄糖苷化合物,并比较了相关化合物的活性及尿排糖量,结果如下:

 



通过上述数据可以看出,IC50显示,化合物20及化合物21的活性表现出较为明显的优势;UGE方面,化合物21比化合物20高出近50%。噻吩衍生物在一系列C-葡萄糖苷化合物中体现出最高的效能;对于R1的取代,卤素和短链烷烃较氢原子展现出更高的体外活性;体内效能和化学稳定性方面,R2的取代基团为芳基要优于烷基或者卤素基团。因此,最终选择化合物21为目标化合物进一步进行研究,也就是未来的Canagliflozin(TA-7284)。

 


坎格列净临床前研究


由于坎格列净为开发期间未有同样靶点的相关药物上市,在做临床前研究时就以T-1095为对照药物进行研究。体外抑制剂活性及SD大鼠尿液排糖量研究显示,坎格列净表现出对于SGLT-2靶点的特异性抑制,及良好的UGE。

 



秒速快3  此外,对于SGLTs和GLUTs坎格列净展现出很弱的抑制作用,更加说明对于靶点SGLT-2有更好的特异性抑制作用。

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PK方面的研究显示,以SD大鼠为模型,结果显示坎格列净相对于T-1095口服生物暴露量及生物利用度都要更好。

  


综上所述,坎格列净在特异性、活性及生物利用度等多方面均体现出良好的试验结果,为进行临床研究奠定了基础。

 



坎格列净临床研究


临床研究结果显示,坎格列净不仅有好的降糖效果,并且在减重及改善胰岛β细胞功能方面也有良好的表现。

 

24周的三期临床结果显示,日服一次坎格列净100mg或者200mg,100mg组HbA1C在治疗终点可以降1。03%,胰岛素原/C肽的比值及HOMA-β在坎格列净组也有显著的降低。这个结果说明,服用坎格列净24周,可以改善胰岛β细胞功能,并且可以长期控制血糖水平,并且极少发生低血糖副作用。

 

在降低血糖的同时,24周的治疗还可以降体重约3。0%。



 


 CANTATA三期临床结果显示,在坎格列净(100mg)与格列美脲(5.6mg)的对比中,HbA1C降低是基本一致的。但是,在52周坎格列净可以明显的降低体重,而格列美脲会是体重少量增加。降糖方面与西格列汀的对比中,100mg规格不劣于西格列汀,300mg规格优于西格列汀。

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同时,三期临床还显示出坎格列净很好的餐后耐受。餐后血糖可以被降低,葡萄糖诱导的胰岛素分泌会提高。此外,餐后GLP-1和PYY水平同时提升。这些结果显示,长期口服坎格列净治疗,对胰岛β细胞功能会有一定的改善作用。

 


坎格列净的合成


坎格列净主要有如下两条合成路线:

 

路线一



 

路线二



 

两条路线均涉及超低温的反应,并且此步反应一定会囊括至原料药的申报步骤之中,因此超低温反应设备的投入及巨大的耗能是在评估项目中不得不考虑的因素。C-糖苷键生成的反应是此条路线的核心,反应的特异性及收率是关系最终成本和市场竞争力至关重要的因素。选择哪个保护集团保护的糖环,会直接导致反应条件的不同,杂质体系及溶剂体系的变化,从而会影响到分析方法及质量标准的建立。API为半水合物,结晶工艺是需要单独拿出来进行优化的,这样才能保证可控、稳定的获得目标晶型,为通过一致性评价奠定坚实的基础。

 

可见,一个化合物成药是踩在众多前辈化合物的“尸体”上走过来的。化合物中任何一个基团的改变都是以理论为基础,数据为准绳。只有缜密的分析,充分的研究及数据支持,才能在一个新药的开发中具有一定把握。当然,能将一个化合物最终推向市场也少不了幸运女神的青睐。


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