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TRPV1拮抗剂研究进展

2019-10-27 16:55:59 来源:健康新闻

[摘要]

瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV1),也叫香草酸受体亚型1(VR1),是一种对钙离子有高渗透性的非选择性阳离子通道。TRPV1是瞬时受体电位(TRP)超家族中第一个被发现存在于哺乳动物中的成员,其主...

瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV1),也叫香草酸受体亚型1(VR1),是一种对钙离子有高渗透性的非选择性阳离子通道。TRPV1是瞬时受体电位(TRP)超家族中第一个被发现存在于哺乳动物中的成员,其主要在中枢和外周的中、小型感觉神经元末端表达,在小脑、下丘脑、大脑皮质、嗅球、中脑、海马等不同的脑区域中也都有发现,在调控伤害性刺激方面起到了重要作用。最早发现的TRPV1激动剂是辣椒碱(Capsaicin,1),起初研究表明辣椒碱会使痛觉增敏,但是接下来的研究发现脱敏剂量的辣椒碱能够抑制疼痛。与TRPV1激动剂相比,TRPV1拮抗剂不会引起细胞内钙离子的大量聚集,而是通过抑制钙离子内流,从而抑制辣椒碱引起的伤害性感受和热痛觉增敏,尤其是减少在不同炎症模型中的热痛觉增敏和减弱急性热伤害性感受,避免了TRPV1激动剂的副作用。因此许多制药公司都把研究重点放在TRPV1受体拮抗剂的研发上。

Capsazepine是第一个竞争性TRPV1拮抗剂,是辣椒碱的结构类似物,但其能同时抑制电压门控钙通道和TRPM8,对TRPV1没有选择性。Capsazepine可以阻断辣椒碱介导的啮齿类动物疼痛反应,从而成为研究TRPV1拮抗剂在神经病理性疼痛模型的重要工具。考虑到Capsazepine较差的受体选择性及理化性质,后续各大研究机构在其基础上进行了深入的结构优化。

1苯基/苄基脲

雅培公司对1,3-二取代脲类的研究始于对高通量筛选得到的羟基萘脲4(图2)进行结构优化,尽管其具有一定的体外活性,但化合物4在动物模型中并没有表现出镇痛活性,主要原因在于其生物利用度较低。研究人员以各种含氮杂芳环代替羟基萘环,得到5-异喹啉脲化合物5(A-425619;图2),其具有更好的药代动力学性质和更高的水溶性。通过将苄基环合为茚满环得到化合物6(ABT-102;图2),ABT-102能够有效降低啮齿动物模型的炎性反应及术后疼痛,骨关节炎和癌症痛。此外,多次给药ABT-102连续5-12天能够进一步提升其镇痛活性,而相关的TPPV1诱导的高热效应逐渐消失。

为了改善其理化性质,在苄基的2位上以亲脂性基团取代,并结合4-CF3得到化合物7(图2),其表现出更好的药代动力学和活性。然而由于时间依赖性地抑制CYP3A4,使得该化合物未能进入临床前研究。吲唑核苷的N1甲基化得到化合物8(ABT-116;图2),具有更好的体外活性和更低的CYP3A4抑制作用。2-氧代苯并咪唑类化合物9和10(图2)有较好的TRPV1拮抗活性,能够完全消除300nM辣椒素作用(IC50分别为1和0.51nM)。化合物9在诱导的机械性痛觉过敏试验中显示出显着的抗痛觉过敏作用。拜耳公司从具有低口服生物利用度的萘酚尿素系列开始,获得了四氢萘酚类TRPV1拮抗剂,其具有较好的口服生物利用度。四氢萘酚衍生物11(图2)显示出TRPV1高抑制活性(hTRPV1IC50=3.3nM),口服后具有优异的血药暴露,口服生物利用度良好(F=74%,1mg/kgpo,0.1mg/kgiv)。

2二苄基脲/硫脲

研究人员在前期发现二苄基脲和相应的硫脲衍生物可以作为辣椒碱的类似物,PharmEste研究实验室也开展了一系列结构优化以其获得水溶性和代谢稳定性有所改善的TRPV1拮抗剂。新的O-羟烷基脲衍生物系列(化合物12和13;图3)在辣椒素诱导的大鼠继发性异常性疼痛模型中效果较好,并且具有抑制其促痛觉过敏作用(分别为53.1和47.9%的抑制率)。化合物12和13的R和S异构体表现出不同的抑制活性,其中化合物12的S优映体IC50为7nM,R对映体为53nM。

据报道,硫脲类TRPV1激动剂14和15中的酚羟基用生物电子等排体甲基磺酰胺替换,得到了强效拮抗剂16和17(图3)。其中化合物17(图3)Ki值高达54nM,能够抑制[3H]RTX与大鼠TRPV1的结合,以及具有降低辣椒素诱导的的Ca2+摄取,并具有低水平的弱激动作用,Ki值高达7.8nM。为了进一步优化4-甲基磺酰胺类TRPV1拮抗剂,设计了酰胺类拮抗剂,并进行广泛的构效关系研究,得到了高活性的-甲基酰胺类似物。其中,两种-甲基酰胺拮抗剂18和19(图3)显示出高结合亲和力,Ki值分别为4.12和1.83nM。此外,它们在rTRPV1/CHO细胞中也显示出对Ca2+摄取的强拮抗作用,Ki值分别为0.58和5.2nM。此外,2-苯丙酸酯链的S-构型(对应于化合物18的C1-19;图3)对于高拮抗活性至关重要。继续研究-甲基化立体构型对TPRV1受体拮抗影响,合成了简单RTX硫脲拮抗剂的-甲基化类似物。构效关系分析表明,C2取代对活性影响较少;酰胺类似物优选S-构型,硫脲化合物则优选R-构型(C1R20;图3)。化合物20(图3)分别在rTRPV1/CHO细胞中的[3H]RTX结合和Ca2+摄取测定的体外竞争试验中,Ki值分别高达10nM和23.9nM。

3色满和四氢喹啉脲

Abbott公司研究人员进行了进一步的结构优化,以改善脲类TRPV1拮抗剂的药代动力学和效能,得到色满和四氢二喹啉双环骨架,包括5-异喹啉脲的苄基的构象限制体(A-425619),与原来的刚性茚满骨架相比有助于改善其溶解度。化合物21和化合物22(图4)是该类化合物的典型代表,在Ca2+摄取实验中分别测得对hTRPV1受体的IC50值分别为5和7nM。构效关系表明,不同的取代基如小亲脂性三氟甲基,庞大的叔丁基和碱性哌啶环均可耐受,而芳基取代基的位置是影响拮抗活性的关键,7和8位取代活性较高。此外,R-对映异构体显示出比S-对映异构体更高的活性。色氨酸尿素21在多种动物疼痛模型均有效,且在大鼠中脑/血浆比率为0.42。虽然四氢喹啉脲类化合物是细胞色素CYP3A4的抑制剂,但经过结构优化得到了化合物22(hTRPV1IC50=7nM,CYP3A4=47%抑制),表现出拮抗活性和CYP3A4抑制活性较优的平衡。在Abbott随后发表的专利中,列出了另外一系列以异喹啉为核心的3位(甲基,氯或胺)取代为特征的苯并二氢吡喃脲类衍生物(23图4)。

4哌嗪脲类

Johnson&Johnson公司通过高通量筛选得到一系列激动剂和拮抗剂(包括吡啶基哌嗪脲)。典型化合物29(FLIPR)抑制了TRPV1介导的PMA和anandamide诱导的Ca2+内流(hTRPV1IC50=74nM,rTRPV1IC50=100nM;图5)。此外,构效关系研究得到了降低辣椒素和酸诱导的rTRPV1的活性(IC50分别为35和6nM)衍生物30(BCTC;图5),此后该化合物被广泛用于动物模型的炎症和神经性疼痛研究。然而其代谢稳定性差,水溶性差,口服生物利用度低等问题限制了其进一步发展。进一步再哌嗪脲骨架上进行结构改造以改进药代动力学得到化合物31(图5),其被认为是第二代BCTC类似物。其哌嗪环上具有甲基取代,而BCTC的叔丁基苯基和吡啶环分别被苯并噻唑和哒嗪环代替。化合物31(hTRPV1IC50CAP=226nM,hTRPV1IC50pH=103nM)表现出更好的代谢稳定性,更长的半衰期,水溶性以及减少了对HERG通道的抑制。

使用四氢嘧啶并吖庚因骨架进行生物电子等排,发现了一系列新的TRPV1拮抗剂。利用先前由同一研究组报道的哌嗪脲系列中未公开的SAR,选择3-三脲甲基-吡啶作为哌啶环上最合适的取代基进行结构优化。在炎症性疼痛和角叉菜胶诱导的热痛觉过敏的体内模型中研究其镇痛活性,尽管化合物32(hTRPV1IC50=6nM;图5)口服生物利用度低,但当以30mg/kg口服给药时,化合物32显着减轻热痛觉过敏。随后,改善水溶性的结构修饰得到哌嗪类似物33(hTRPV1IC50=11nM)。与32(CL=3.1L/h/kg)相比,该化合物进一步改善了大鼠体内药代动力学性质(CL=0.7L/h/kg),在大鼠中以5和30mg/kg显着逆转了角叉菜胶诱导的热痛觉过敏。PurduePharmaLP公司也对BCTC进行结构改造以期改善水溶性和药代动力学性质,将BCTC的中心哌嗪环用四氢吡啶核的生物电子等排替换得到2-吡啶基-3,6-二氢吡啶甲酰胺衍生物。其中类似物34(V116517;图5)在急性炎症性完全弗氏佐剂(CFA)模型显示热量痛觉过敏的剂量依赖性逆转,ED50为2mg/kg,还能同时高效阻断TRPV1在染色组织中的质子激活效应。

5吡唑-羧酰胺/脲

有几篇专利已报道基于吡唑环的TRPV1拮抗剂,其中GruenenthalGmbH公司对吡唑脲类和羧酰胺衍生物进行了全面深入的构效关系研究,该系列主要基于先前对N-苄基脲化合物的苄基环与吡唑环的取代。主要有含O的苯基乙酰胺(35),苯基丙酰胺(36)或苯基脲(37),均显示出TPRV1受体的高亲和力(hKiCAP值为1,2和2nM)。随后,得到了带有被N-环状基团取代的苯基部分的吡唑基甲酰胺/脲衍生物,该类化合物中,苯基环被各种杂环烷基如氮杂环丁烷基,噻唑烷基,吡咯烷基,哌啶基和吗啉基环所取代,其中优选化合物氮杂环丁烷衍生物38和噻唑烷39(图6)的Ki亲和力值分别为15和29nM。Grntnthalhal公司研究小组也研究了吡唑基甲酰胺和尿素衍生物,带有被磺酰基或磺酰胺基取代的苯基部分作为TRPV1配体。磺酰基衍生物(图6所示化合物40)在结合实验中Ki值为9nM。最优化合物为带有磺酰胺链的丙酰胺化合物,如41,42和43(图6),其Ki值1nM(hKiCAP=0.9,0.7和0.3nM)。用吡啶部分替换42的苯环得到吡啶基丙酰胺化合物44和45(44,KiCAP=1nM;45,KiCAP=3nM)

小结

TRPV1拮抗剂能通过阻断辣椒碱、质子(pH5)、热等激活TRPV1的效应,阻断疼痛信号传导的作用,从而产生镇痛作用。目前开发出的TRPV1拮抗剂既有来源于对天然产物进行结构修饰获得的芳基脲类化合物,也有来源于对高通量筛选获得的先导化合物进行结构改造而得到的衍生物,除此之外,近年来还发现并修饰了许多其它结构类型的TRPV1拮抗剂,但靶点相关的体温过高副作用仍然是TRPV1拮抗剂研究的难点,可喜的是,近年来也陆续有无体温过高副作用的候选化合物被报道,其具体结构却大多未见明确报道。

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