苏沃雷生：黑暗中摸索前进
苏沃雷生是由Merck公司开发的一类新型的催眠药，2014年获得美国FDA批准用于治疗难以入睡或维持睡眠的第一个食欲素受体拮抗剂。临床研究表明，对抗抑郁类镇静药和苯二氮䓬类镇静药产生耐药性的失眠患者，苏沃雷生的治疗效果良好。
1苗头化合物的发现
Merck公司从拥有300万个化合物的数据库中，随机筛选化合物并测定该化合物对CHO 细胞表达的人Ox2R (hOx2R)细胞和发生Ile408Val变异的人Ox1R (hOx1R)细胞的抑制活性，研发的目标化合物须对此两类受体亚型均有较好的亲和力和抑制活性。筛选后发现，化合物A对hOx1R的抑制活性IC50=630 nmol·L−1，而对hOx2R的抑制活性IC50=98 nmol·L−1。化合物A对hOx1R的抑制活性明显弱于hOx2R，故需对其进行结构优化，使得对二者的抑制活性相当。但是保持其1,4-二氮䓬母核不变，主要通过改变母核左侧的杂环和右侧的苯甲酰片段。
2结构的转换
1.母核左侧杂环的转换
将化合物A中的氯原子去掉后得到的A1活性下降；同样没有取代的苯并噁唑化合物A2的活性与A1 相近；苯并噻唑简化为噻唑环成化合物A3，活性显著降低；将苯并噻唑开环成A4，则活性消失；这说明左侧的杂环体积越大，活性越高。随后将苯并噻唑环转化为喹啉(A5)、喹喔啉(A6)和喹唑啉(A7)等含氮芳杂环后，活性均略有提高。
2.右侧的苯甲酰片段的转换
将化合物A的羰基还原，活性消失(A8)；去掉苯环上的一个甲氧基，活性降低(A9)；用苯乙酰基取代苯甲酰基，活性更低(A10)；用甲基呋喃环取代甲氧基苯基，活性消失(A11)；联苯甲酰置换后，活性略有降低(A12)，但是与受体的亲和力提高了5倍，可能是A12的脂溶性增强了(Log P=6.1)，而A的Log P=4.5；因为亲脂性过强不利于扩散。为了降低化合物的脂溶性，在苯环上引入极性基团，研究发现，三氮唑化合物(Log P=4.1)与受体的亲和力最强，且活性亦有显著提高，三氮唑的位置对活性的影响较大，其中处于2位时，活性最好(A13)；此时再在苯环上引入甲基，活性更高(A14)。
根据构效关系研究结果，以活性贡献最大的两个片段组合在一起得到化合物B，得到了具有对hOx1R和hOx2R受体有高活性的双重抑制剂。进一步研究发现，化合物B的Log p=2.9，可成盐来提高其溶解性，而且也具有较好的透细胞膜性(Papp=38×10−6 cm·s−1)。但是大鼠灌胃后，B的生物利用度为F=2%，半衰期很短，t1/2=21 min；对犬的F=16%，t1/2 = 1.28 h，药代性质较差，达不到成药学的要求，需对其进一步优化。
3改善药代动力学性质
研究发现，化合物B的生物利用度低的主要原因是首过效应显著，在肝脏中容易被氧化而失活。通过B与微粒体温孵, 温孵液的氧化产物经氨基脲捕获后, 利用质谱分析,得知是二氮䓬的7位被氧化成羟基后, 开环成醛基而形成的缩氨脲。二氮䓬开环, 打散了B 的刚性结构。除此之外，苯环上的甲基也可被氧化, 以及喹唑啉的氧化等。
图 化合物B的结构式及肝脏氧化位点
在代谢为点附近引入基团以增加位阻是阻止化合物氧化代谢的一种重要的方法，所以首先可以在二氮䓬上引入取代基。设计并合成了15个单取代和双取代的二氮䓬母核类化合物，活性测定发现2、6或7位引入取代基时，活性提高，然后犬静脉注射测定清除率来评价代谢速率和程度，在此基础上评价口服生物利用度。综合评价化合物的活性、药代和物化性质，确定了单取代的7-甲基二氮䓬为母核时效果最好，但仍需做进一步优化。
随后又在喹唑啉环上引入不同的取代基，设计合成了大量的目标产物。研究发现大部分化合物的活性均有所降低，而活性较高的化合物其药代性质改善不明显，而在喹唑啉上引入氟原子后，得化合物C1，其生物活性、生物利用度及清除率均优于化合物B，且灌胃引起大鼠同样睡眠的剂量只是化合物B的十分之一， 但是该化合物经体内代谢会生成亲电性基团，有潜在的毒性。于是研究者用微粒体与该衍生物温孵，加入谷胱甘肽 (GSH) 以捕获亲电试剂，仪器检测到了GSH 加成产物。药物代谢产生亲电性物质，往往引起特质性毒性反应，因而该衍生物不能作为候选化合物。因此优化的目标又加上了是否会因代谢而产生有潜在毒性的亲电性分子。研究者指出，亲电性基团的结构片段是氟代喹唑啉环所产生，所以变换结构集中于左侧的杂环处，为此，将7-甲基二氮䓬和三唑基苯甲酰片段固定不变。
为降低喹唑啉环的被氧化趋势，引入第2 个氟原子以降低芳环的电荷密度，二氟代物C2的活性和药代与化合物C1的相同，但代谢活化反而强于C1，提示喹唑啉环需要撤换 (决策果断)。合成的四氢喹唑啉化合物C3 活性未变，代谢活化也较低，但犬的清除过快，药代不适。研究者想到早期优化制备含有苯并噁唑的化合物的药代清除率较低，因而合成了C4，其清除率果然低于C1。然而它与hOx1R/hOx2R 受体的结合作用减弱了数十倍，C4 不值得深入研究。联想到前述化合物A1因去除了化合物A 中的氯原子活性丧失殆尽的事实，说明杂环部位的亲脂性对活性的重要影响，因而合成了5-氯苯并噁唑化合物C5，从各种数据可以看出C5 是个比较理想的化合物。
化合物 C5的药代动力学表明，对犬有良好的口服生物利用度， F=56%， 有中等/较低程度的清除率，它的代谢产物主要是苯环上甲基被氧化成羟甲基，后经葡萄糖醛酸苷化自尿中排出。少部分的二氮䓬环上甲基氧化成羟甲基，以及噁唑环的某处发生氧化。大鼠灌胃30 mg·kg−1化合物C5，表现出有良好的睡眠/觉醒周期。遂进入临床前和临床研究，命名为苏沃雷生(suvorexant)。经三期临床研究表明苏沃雷生是安全有效的促睡眠药物，于2014 年经FDA 批准由默克公司上市。
苏沃雷生的研发轨迹无论在策略上还是在实施上都是一个“摸着石头过河”的原创性药物的研发实例。从苗头化合物的发现到利用药物化学方法对其进行构效关系研究并顺利进行了结构转化，而在成药性方面则从代谢产物入手逐步改善药代动力学性质，一切都展示了研发者学术上的严谨性和技术上的娴熟性。
参考资料
Discovery of the dual orexin receptor antagonist[(7R)-4-(5-chloro-1,3-benzoxazol-2-yl)-7-methyl-1,4-diazepan-1-yl][5-methyl-2-(2H-1,2,3-triazol-2-yl)phenyl]methanone (MK-4305) for the treatment of insomnia.
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