基于酯酶和UGT酶双靶点程序化水解的他喷他多口服前药的设计与评价

Chemical compounds containing phenolic hydroxyl group can be metabolized by phase II conjugation reaction in the gastrointestinal tract and liver when they are given orally, resulting in low bioavailability and significant individual differences. Therefore, the strategy to solve the common problems of such drugs is urgently needed. Tapentadol is a novel oral analgesic which combines μ-opioid receptor agonism and noradrenaline reuptake inhibition in a single molecule. The main metabolism pathway of tapentadol is direct glucuronidation (phase II metabolism) to form tapentadol-O-glucuroide in all species investigated. However with a remarkable first-pass effect, the bioavailability of tapentadol is only 32% in human. A series of carbamate ester prodrug of tapentadol are designed and synthesized to improve the metabolic stability and thus the oral bioavailability in this study. The carbamate functional groups are introduced to the phenolic hydroxyl group of tapentadol, and the hydrolysis rate and speed can be controlled by optimizing the steric hindrance of ester substituent. The selected prodrugs are evaluated on cell level, organization level and the whole animal level, and the qualitative and quantitative relationships between substituent and presystemic stability are established to optimize the design and synthesis of tapentadol carbamate ester prodrug and to screen the optimal tapentadol analogues. The results of the research provide a universal solution to the oral bioavailability enhancement of drugs with phenolic hydroxyl groups and strong first-pass effect.

含有酚羟基的化合物在口服经过肠道和肝脏时在羟基位置上易发生二相代谢反应，形成结合型代谢物，导致其口服生物利用度低且个体差异大，因此急需解决这类口服药物共性问题的策略。他喷他多是一种新型的口服中枢作用镇痛药，在肝脏经UDP-葡萄糖苷酸转移酶(UGT)1A9和UGT2B7代谢酶介导的葡糖苷酸化消除，广泛的首过效应导致了其较低的生物利用度(约32%)。本课题以他喷他多为研究对象，针对UGT所代谢的酚羟基位点进行结构修饰，构建基于肝脏酯酶和UGT酶双靶点程序化水解的氨基甲酸酯型前药；通过调节酯键区域空间位阻来操控前药的水解速度及程度；从酯酶和UGT酶代谢稳定性以及镇痛药效筛选等方面对前药进行考察和筛选；结合药物理化和结构参数，建立定量结构-代谢稳定性关系，指导前药的合理设计。本项目的研究成果为提高首过效应强且具有酚羟基结构特征的药物的口服生物利用度提供了一种共性的解决策略。

为解决含酚羟基化合物因二相代谢反应而导致的口服生物利用度低的共性问题，本课题先以含有一个酚羟基的他喷他多为研究对象，针对UGT所代谢的酚羟基位点进行结构修饰，构建了基于酯酶和UGT酶双靶点程序化水解的氨基甲酸酯型前药。从不同空间位阻的修饰基团方面进行筛选优化，研究结果表明，N,N-二甲基修饰的前药WWJ01（N,N-二甲基氨基甲酸酯）具有良好的程序化水解速度和母药释放量。进一步研究表明，WWJ01释放他喷他多的机制为在肝中的P450酶存在下，WWJ01氨基甲酸酯部分生成了其相应的羟基化和甲基化中间产物，这些中间产物经过血浆酯酶的水解，释放了母药他喷他多。药代动力学研究表明：在大鼠体内，与他喷他多组相比，口服WWJ01组的他喷他多的AUC0-t提高了2.28倍，Cmax提高了3.39倍。在Beagle犬体内，WWJ01的AUC0-t提高了1.54倍，Cmax提高了1.84倍。药效学评价中WWJ01的镇痛效果与他喷他多相当，但产生了毒性，经研究是由N,N-二烷基的氨基甲酸酯引起的胆碱酯酶抑制活性所致。基于以上研究结果，为更好探寻基于UGT酶广泛代谢药物的前药设计为目的，开展了相关工作。经过大量文献检索，更改修饰基团为氨基酸，针对含有两个酚羟基的药物大豆苷元进行了研究。现已成功合成了多个大豆苷元的氨基甲酸酯前药，并对缬氨酸修饰的前药进行了系统的研究。大鼠体内药动学研究结果表明，缬氨酸修饰的7位及4´的单取代大豆苷元氨基甲酸酯前药（7-P和4´-P）显著提高了大豆苷元的生物利用度，分别约为5.8和3.1倍。截至到目前，我们已发表SCI论文4篇，中文核心期刊1篇，申请了2项专利，培养了博士生1名和硕士生5名，其中有2名毕业硕士现为在读博士，有2名硕士为在读。与计划书所预定发表研究论文5-8篇，其中SCI收载论文3-5篇，培养博士生1-2名，硕士生3-4名相比，完成了预期的研究目标，取得了较为丰富的研究成果。