ProTide前藥技術(shù)——從概念到臨床

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來源：藥渡

2021-05-10

核苷類藥物在腫瘤、感染性疾病(病毒如HSV、HIV、HBV、HCV或真菌感染)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其作用靶點多為DNA聚合酶或RNA逆轉(zhuǎn)錄酶，核苷類藥物一般模擬天然核苷的結(jié)構(gòu)，競爭性地作用于酶活性中心，嵌入正在合成的DNA或RNA鏈中，干擾核酸代謝。

核苷類藥物進(jìn)入細(xì)胞后在酶的作用下經(jīng)三步磷酸化，得到具有生物活性的三磷酸衍生物而發(fā)揮藥效，其中單磷酸化是限速步驟，因此通常在核苷類藥物中直接引入單磷酸或磷酸酯基團。早期設(shè)計的磷酸或磷酸酯衍生物因其極性大難以通過細(xì)胞膜，磷-氧鍵代謝穩(wěn)定性較差等限制了應(yīng)用。為解決類藥性問題在該類藥物設(shè)計中，前藥策略被廣泛采用。

ProTide前藥技術(shù)是核苷類藥物領(lǐng)域應(yīng)用最成功的前藥技術(shù)之一。其設(shè)計原理是將核苷膦酸/磷酸類藥物分別通過磷酯鍵/磷酰胺鍵(芳基模塊/氨基酸酯基模塊)與極性基團連接形成磷酯/磷酰胺前藥，通過掩蔽極性基團來降低分子極性增加透膜性，當(dāng)前藥吸收進(jìn)入體內(nèi)后再經(jīng)特定酶水解釋放原型藥物。FDA已批準(zhǔn)兩個ProTide前藥：替諾福韋艾拉酚胺(Tenefovir Alafenamide，TAF)和索非布韋(Sofosbuvir)。

ProTide前藥技術(shù)的誕生和演化

ProTide技術(shù)最早可追溯到20世紀(jì)80年代，旨在將磷酸極性基團隱蔽使藥物在生理PH條件下呈中性，進(jìn)而增加藥物吸收。20多年的發(fā)展可按結(jié)構(gòu)特征分為如下表所示六個階段，從簡單地引入烷基形成磷酸酯逐漸演變?yōu)橐敕蓟桶被狨サ腜roTide技術(shù)。

ProTide前藥的合成

ProTides合成有三種不同的策略：

(1)核苷與二芳基亞膦酸酯偶聯(lián)隨后氧化胺化；

(2)核苷與磷酰氯反應(yīng)；

(3)核苷磷酸芳酯與氨基酸縮合。

方案(2)是最常見的合成方法，該方法常用叔丁基氯化鎂(tBuMgCl)或N-甲基咪唑(NMI)做堿(堿性tBuMgCl>NMI)，反應(yīng)起始底物不同所用堿有所差異；此外反應(yīng)產(chǎn)生的是非對映異構(gòu)體混合物，一些情況下非對應(yīng)異構(gòu)體具有相似的活性無需分離；也有一些情況非對應(yīng)異構(gòu)體代謝速率有所差別，但非對應(yīng)異構(gòu)體的分離是巨大挑戰(zhàn)。

以核苷單磷酸/單磷酸酯為底物制備ProTide也有三種方法：①將核苷磷酸轉(zhuǎn)化為二氯磷酸酯，隨后加入1:1的苯酚和氨基酸酯；②核苷磷酸與苯酚在DCC條件下縮合后產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為氯磷酸酯，最后加入氨基酸酯；③已核苷磷酸二苯酯做起始底物，先水解一個苯酯，隨后與氨基酸酯縮合。

ProTide前藥的代謝

ProTide前藥在體內(nèi)釋放原藥的機制：前藥進(jìn)入體內(nèi)后，主要經(jīng)組織蛋白酶A (cathepsin A)將氨基酸酯水解為氨基酸，在生理PH條件下氨基酸中的羧基負(fù)離子進(jìn)攻磷原子同時芳基離去形成五元環(huán)，水分子使五元環(huán)中間體進(jìn)一步開環(huán)，開環(huán)產(chǎn)物在磷酯酶/磷酰胺酶作用下氨基酸水解釋放單磷酸原藥，后經(jīng)兩步磷酸化得到具有生物活性的三磷酸化衍生物。

ProTide前藥技術(shù)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用

除了已上市的2個ProTide前藥，目前還有10余個藥物處于臨床研究階段。

*ProTide前藥技術(shù)發(fā)明人McGuigan教授于2015年加盟NuCana Biomed公司擔(dān)任首席科學(xué)家，致力打造抗腫瘤藥物領(lǐng)域的Gilead，不過遺憾的是2016年3月McGuigan教授因癌癥不治英年早逝。

小結(jié)與展望

ProTide技術(shù)鼻祖McGuigan教授及其課題組經(jīng)過多年的研究，優(yōu)化磷酸掩蔽基團使ProTide技術(shù)日趨成熟，該技術(shù)促進(jìn)了多種核苷單磷酸藥物或類似物的發(fā)現(xiàn)和臨床應(yīng)用。ProTide技術(shù)已經(jīng)被成功用于開發(fā)核苷類抗病毒藥物和抗癌藥物，近年來應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴展至帕金森等疾病領(lǐng)域。此外ProTide技術(shù)還被用作非核苷類單磷酸化合物(如葡糖胺、S1P等)的細(xì)胞內(nèi)傳遞手段。從這些例子我們可以看到ProTide技術(shù)應(yīng)用廣泛，在核苷/非核苷類磷酸/磷酸酯前藥開發(fā)中均表現(xiàn)出極大潛力，是助力藥物研發(fā)和高效的細(xì)胞內(nèi)傳遞的強大技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

The ProTide Prodrug Technology: From the Concept to the Clinic. DOI:10.1021/acs.jmedchem.7b00734.

Nucleoside Phosphate and Phosphonate Prodrug Clinical Candidates. DOI:10.1021/acs.jmedchem.6b00523.

Cathepsin A Is the Major Hydrolase Catalyzing the Intracellular Hydrolysis of theAntiretroviral Nucleotide Phosphonoamidate Prodrugs GS-7340 and GS-9131. DOI: 10.1128/AAC.00968-06.

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