二膦酸盐类药物探究进展

1、二麟酸盐类药物探究进展作者：张志刚，卢婷利，赵雯陈涛【关键词】二麟酸盐；合成；衍生物二麟酸盐类(bisphosphonates, bps)药物是上世纪70年代 开发出来的一种抗代谢性骨病药物，现已被广泛应用于治疗 骨质疏松症、恶性肿瘤引发的高钙血症、赫伯特氏病、骨转 移性疾病等代谢性骨病1。目前临床上使用的二麟酸盐药 物依据其年代先后和结构特点分为3代。药物的发展带来了 作用强度的相对增强，但并未解决二麟酸盐在临床应用中的 一些缺陷2。新型二麟酸盐类药物的合成及研究是近年的 研究热点。1二膵酸盐类药物概述二麟酸盐类药物(图1)的基本结构(图2)是由2个麟 酸基团连接在1个中心碳原子上形成的“p

2、 c p”结构， 此种结构为fleisch最初于上世纪60年代受焦磷酸盐的启 发而获得，为焦磷酸盐的类似物3。与焦磷酸的骨架 "p 0 p”不同，bps的"p c p”结构对酶和许多化学 物质稳定。它能与骨质中的轻基麟灰石(ha)呈高亲和力，与 钙离子形成螯合物，吸附于骨无机质表面，促进破骨细胞的 凋亡、抑制骨吸收4,还能刺激成骨细胞的增殖、成熟5。二腾酸盐类药物按照分子作用机理6的不同可分为 两类：不含氮二麟酸盐以及含氮二麟酸盐。不含氮的二麟酸 盐（如氯曲麟酸钠）通过在破骨细胞形成毒性代谢产物或抑 制酪氨酸蛋白磷酸酶的活性而发挥作用。含氮二麟酸盐（如 阿伦麟酸钠、陝来麟酸

3、）抑制破骨细胞甲释戊酸途径中的焦 磷酸法尼酯合酶（fpps）,这种酶对破骨细胞发挥功能所需的 gtp酶信号蛋白的异戊二烯化起着重要作用，gtp酶信号蛋 白对于细胞的形成、活性及凋亡是非常重要的，二麟酸盐类 药物的这种作用促进了破骨细胞的凋亡和抑制骨吸收。也有 研究表明7,含氮二麟酸盐对于破骨细胞的作用可能实际 是由于未异戊二烯化gtp酶的蓄积作用导致，而非减少了蛋 白质的异戊二烯化作用。此外，二麟酸盐类药物在细胞学和 组织学水平的作用包括以下几个方面6,7：诱导破骨细 胞的程序性死亡;抑制破骨细胞的生成和活性;刺激成 骨细胞的增殖、成熟。其作用从骨的整体平衡来说，使得骨 的生成增加而代谢减少，

4、从而使骨密度增加。bps类药物在 这三个水平的作用是紧密联系的。2现有二麟酸盐类药物的合成目前主要在临床上应用的二麟酸盐药物分子结构中 r1为軽基（1軽基1,1二麟酸盐），从第一代依替滕酸钠 发展到第三代瞠来麟酸，其分子结构的变化主要体现在侧链 r2上8,包括以下方面：引入杂原子;引入氨基;引 入氮杂环;脂肪链长短的变化。虽然结构存在着差别，但 这些药物的合成主要有着两条基本的路线。2. 1经由竣酸出发的直接合成1密基1,1二勝酸盐的合成首先制得相应的竣酸，然后与亚磷酸、pc13（或pc15、磷酰氯）反应得到滕酰化 产物，水解而得（scheme 1） 单独使用竣酸与亚磷酸反应得不到产物，pc1

5、3、pc15以及p0c13等酰化试剂是必须的。此种路线虽然简便，但我们在前期利用此种路线进行的一种结构的二麟酸盐合成反应中发现，在反应进行一段时 间后反应物固化，难于搅拌，起始反应物为两相不相溶的试 剂，因此会影响反应进程和产物的生成，收率较低。此种方 法的缺点还包括对试剂的要求严格，反应要求较高的温度。kieczykowski等9用甲基磺酸作为溶剂克服了上述 缺点，从y 氨基丁酸出发获得了较高产率的阿伦麟酸钠。 divvela等10报道了 1种新的一步反应合成二麟酸及其钠 盐的方法（scheme 2）,由氧化物在甲基磺酸水溶液的作用下得到相应的竣酸，后者在pc13的作用下得到的磷酸盐化合 物

6、水解产生相应的二麟酸（ph&lt；2）或其单钠盐（ph二4.24.5）。该方法产率较高、条件温和，甲基磺酸既作为氧基水解的催化剂又作为反应溶剂，节约了成本，制得的利塞滕酸 及其单钠盐的产率分别为79%和71%o此法同样适用于其他 二麟酸盐的制备，例如伊班麟酸钠等。2. 2经由酰卤出发的间接合成间接合成法(scheme 3)首先通过酰卤和亚磷酸三烷基 酯发生michaehs arbuzov反应生成酰化勝酸烷基酯，随后 再和亚腾酸二烷基酯发生疑基加成反应生成相应的二麟酸 盐的烷基酯，后经二麟酸盐烷基酯的脱烷基化得到相应的二 腾酸盐类。脱烷基化反应可用酸水解，酸水解1释基 1,1二麟酸酯条件

7、较为强烈，用盐酸溶液回流水解可得 到产物。mallard等11用6 mol/l的盐酸在室温下水解卞 苯基取代的1務基1,1二麟酸酯，水解速率很快，只要 45 min即可完成。scheme 3 indirect synthesis of bps 间接合成法 的优点在于不仅适合于合成对称的二麟酸烷基酯，同时也适 合于不对称二麟酸烷基酯。但此种路线与直接合成法相比增 加了反应步骤，中间处理繁琐，且烷基酯在加热或碱性条件 下易发生重排(scheme 4),因而有时得不到产物。mallard等11最初用酰氯和亚磷酸三烷基酯和亚磷 酸二烷基酯的混合物进行反应(“一锅法”)，合成了产率较 高的1轻基1,1二

8、腾酸酯(scheme 5),避免了中间产物 的分离过程，简化了操作。scheme 5 one pot synthesis of bisphosphonates esters benech等12合成了对称的1務基1,1二滕酸 酯(scheme 6),此种方法没有使用亚磷酸二烷基酯，而在反 应中引入了质子化试剂。在to0。(2的条件下，酰氯和亚 磷酸三烷基酯迅速发生反应生成酰基化烷基麟酸酯，然后向 反应体系中加入约0.5倍量的甲醇，酰基化烷基麟酸酯发生 作用，生成一种二烷基亚磷酸酯，然后与没有的酰基化烷基 牒酸酯反应生成产物。2. 3其他合成方法lecouvey等13在室温下用酰氯与2倍量的亚磷酸

9、三甲基硅酯反应(scheme 7),后用甲醇水解得到1龛基1,1二麟酸盐。只需一步反应得到产物，整个反应只需1 h左右，操作简便，反应条件温和。scheme 7 synthesis of bps from acyl chlorides and tris(trimethylsilyl)phosphite in the presence of protic reagent谢雨礼等14以醛为原料，通过亚麟酸二 烷基酯在有机胺催化下进行加成反应得到務基麟酸酯。然后 用mn02做氧化剂在乙醴等惰性溶剂中，于050 £下氧化 得到酮基亚麟酸酯，后在有机胺的催化下与亚麟酸二烷基酯 反应得到1餐基1

10、,1二麟酸盐的烷基酯。此种路线通过 加成、氧化两步温和反应，操作简单，产率较高。kenna等15研究发现，简单烷坯或烷基格氏试剂与 异丙基取代的4酮基亚麟酸酯发生加成反应，生成二滕酸 盐时重排率很低，反应生成1務基1,1二麟酸盐的烷基 酯，然后水解即得相应的酸或盐。3二麟酸盐衍生物的合成研究二麟酸盐类药物分子极性大，在生理ph下电负性强, 给药后只有一小部分能到达骨组织，难以吸收利用，且毒副 作用较大2。药物学家们对它们的可修饰位点(侧链、麟酸 務基等)进行了各种各样的结构修饰或衍生化，制得了一系 列的二麟酸盐类似物及衍生物，对于设计出生物利用度高、 组织靶向性强、全身毒性少的新型二麟酸盐药物

11、提供了许多 不同的思路。阿伦麟酸钠和帕米麟酸钠由于侧链氨基的存在，使 得它们比较容易进行结构修饰。xie等16由酰氯与氨基反 应合成了阿伦麟酸钠和帕米瞒酸钠的酰胺化衍生物，与原药 相比，衍生物的极性降低，其对破骨细胞的靶向性作用增强。 体外活性研究结果显示，该类衍生物对于骨形成具有促进作 用，同时抑制了骨吸收。ezra等17为解决二麟酸盐口服利 用率低的问题，将帕米麟酸和阿伦麟酸与脯氨酰苯丙氨酸 二肽(pro phe)进行酰胺化缩合，制得二麟酸盐的前药 (scheme 8)。该方法主要利用肠道上特异性转运二肽和三肽 的系统(peptl)对脯氨酸 苯丙氨酸二肽的识别，提髙了二 麟酸盐的肠道吸收。

12、大鼠口服给药实验显示其吸收率和生物 利用度均较原药有所提高。zinnen等18采用类似的原理 合成了 一种口服吸收迅速的维生素b6与阿伦麟酸钠缩合的 衍生物。scheme 8 synthesis of a peptide prodrug of bisphosphonates maelle等19报道了酰氯与脂肪族或芳香 族的三甲基硅基磷酸酯反应，然后在甲醇的作用下得到的对 称的麟酸軽基部分酯化的二勝酸盐衍生物(scheme 9),其活 性试验未见报道，这种衍生物理论上增加了二麟酸盐的亲脂 性，利于穿透细胞。然而ebetino等20将一种含氮杂环的 二麟酸盐的1个瞬酸基团上的释基甲基化后，活性试验

13、显示 其骨亲和力及抑制骨吸收作用完全丧失。larry等21合成了二麟酸盐侧链被类异戊二烯基取 代的衍生物(scheme 10),并对其理化性质及生物活性进行 了研究。这些含类异戊二烯基的二麟酸盐分子的极性较临床 使用的二麟酸盐药物低，同时这些带有可识别法尼基焦磷酸 酯合酶(fdps)基团的bps分子，可以作为蛋白质法尼基转移 酶的底物，能够阻止细胞内焦磷酸牛龙牛儿基牛儿酯(ggpp) 的合成，降低蛋白质的异戊二烯化，抑制异戊二烯通路，提 高bps的作用效果。scheme 10 synthesis of isoprenoid bisphosphonates amal等22分别将二乙烯三胺五乙酸

14、(dtpa)和5氟尿喀唳(5 fu)与二麟酸盐偶合，用放射性同 位素标记后对其进行鼠体内的生物分布实验，结果显示衍生 物在骨组织特别是关节处有高摄取率，这显示出了骨转移病灶对药物的选择性吸收，且偶合后靶向性增加，减少了全身 毒性 wright j等23将蛋白质如bsa与bps通过二硫键共 价结合，形成bsa bps复合物，有效地提高了 bps与ha间 的亲合力，使得药物的靶向性增加，bps的作用效果增强。 takahisa等24将二麟酸盐偶联脂质体作为一种骨靶向给 药系统进行研究，表明脂质体偶联bps组分对務基磷灰石(ha) 有高亲和力，脂质体阿霉素吸附到ha表明显著减少了人骨 肉瘤mg63细

15、胞的数量，这表明脂质体偶联bps可以作为一 种抗癌药物的载体定向释放到骨组织。这种二麟酸盐偶联脂 质体系统能被应用到多种治疗骨相关疾病(如骨质疏松、关 节炎、多发性骨髓瘤)的药物。4结语二麟酸盐作为一类重要的治疗骨质疏松症的药物已经显示出了良好的效果，其治疗骨代谢相关疾病的效果是稳 固的，但其生物利用率较低，临床上为了达到长久的效果必须经常服药或加大剂量，从而引发了一些并发症：一是易引起胃肠道反应,如恶心、呕吐、腹泻；二是抑制骨质矿化。要减少二麟酸盐类药物的副作用及长期服用的并发症，提高 二麟酸盐类药物生物利用是关键。bps在骨无机质ha表面亲 合后，只有与骨细胞发生作用，穿透细胞膜后才能与细

16、胞内 的fdps发生作用，所以bps穿透细胞膜能力的大小，直接 影响着药物的作用效果，因而，亲和力强、脂溶性高的bps 是今后研究的方向之一。通过改性二麟酸盐分子结构，降低 其极性，提高其亲脂性，是增强其作用效果，减少并发症的 途径之一。过去在对侧链r2结构改变时，通过引入脂肪烷基链 段来延长侧链r2的链长，仅考察了链长对作用效果的影响, 而对引入烷基链段的结构如支化程度、饱和程度、芳香环的 存在与否等因素研究较少。此外，如前所述，除单纯对bps 的结构进行改造外，寻找合适的载体与bps进行偶联提高其 生物利用率和靶向性也是提高其作用效果的一种研究方向。随着研究的深入，二麟酸盐的作用机制以及构

17、效关系 逐渐明朗，相信不久的将来，亲和力高、作用强、毒副作用 小的新型二麟酸盐药物将会应用于防治骨质疏松症等相关 疾病。【参考文献】1 coxon f p,thompson k,rogers m j. recent advances in understending the mechanism of action of bisphosphona tesjcurropinpharmacol,2006,6：307-312.2 major p p,lipton a,berenson j,et al. oral bisphosphonatesj. cancer,2000,88(1):79.3 grah

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