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原意降血脂:降糖药吡格列酮的发现
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1975年,日本武田制药公司(Takeda Laboratories)合成了几十种氯贝丁酯类似物,化合物中含有联苯醚基团,认为相关化学结构可能具有降血脂的药理活性。但是在动物模型筛选时,其中一些化合物表现出了降血糖的作用。在α位增加一个氯原子,在β-芳基部分增加一个苯氧基或烷氧基,都使得化合物在小鼠模型上的降血糖作用更加明显。
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进一步针对肥胖和糖尿病小鼠模型的筛选实验,得到了AL-321这一化合物,它可以增加脂肪组织对胰岛素的敏感性。以这一化合物为基础进行优化,得到了AL-294化合物。再以AL-294为基础进行优化,筛选得到了环格列酮(ciglitazone)[8]。不过,非常可惜,环格列酮的临床效果不佳。但约二十年后,同类的噻唑烷二酮(thiazolidinediones,或格列酮glitazones)类药物吡格列酮最终得以上市。
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吡格列酮(pioglitazone)是2008年美国销量排名第10位的药物,达到24亿美元。它的心脏毒性比曲格列酮(rosiglitazone,已经因心脏毒性撤市)要小。但因为发现有致膀胱癌风险,在一些国家已经撤市。
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以发现者名字命名:降糖药维格列汀的发现
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2型糖尿病是一个慢性代谢性疾病,会造成胰岛β细胞功能下降,胰岛素分泌不足,胰岛素耐受或增加肝糖生成量。
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胰高血糖素样肽(GLP-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide,GIP)具有肠促胰素效应,对2型糖尿病患者体内糖代谢的恢复有作用。但由于口服GLP-1后,很快被二肽酶(dipeptidyl peptidase)降解,所以作为口服药品缺乏临床成药性。于是,研发二肽酶抑制剂成为一个新的研发方向。
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二肽酶-4抑制剂(dipeptidyl peptidase-4 inhibitors,DPP-4 inhibitors)是治疗2型糖尿病药物的一种。抑制DPP-4酶后,可以增加肠促胰素(incretin)的功能,使胰岛素分泌增多,更好地调节血糖。
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自1967年被发现以来,DPP-4这种丝氨酸蛋白酶就备受研究者关注。相应的抑制剂在20世纪80年代被发现,按其是否与DPP-4共价结合分为两类。
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DPP-4是一个二肽酶,一般与底物的脯氨酸结合反应,所以很多抑制剂就模仿脯氨酸的5元杂环。1994年,志瑞亚(Zeria Pharmaceuticals)药业公司等多家公司,先后研究了吡咯烷(pyrrolidine)、氰基吡咯烷(cyanopyrrolidine)、噻唑烷(thiazolidine)和氰基噻唑烷(cyanothiazolidine),这些都会与DPP-4共价结合,但化学稳定性差。
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1995年,辉凌制药(Ferring Pharmaceuticals)公司申报了一个专利,他们用两个氰基吡咯烷结合在一起,作为DPP-4抑制剂,取得了很好的化学稳定性。
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1995年,诺华公司的埃德温·B.维尔豪尔(Edwin B.Villhauer)在研究金刚烷胺时合成了双氰基吡咯烷类化合物,他们应用虚拟筛选技术,优化其相应官能团,得到了维格列汀(Vildagliptin,LAF237,NVP-LAF237),本品于1998年合成,后来正式命名时借用了发现者维尔豪尔的名字。本品于2008年上市,商品名为Galvus。
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美国默克公司也开始了DPP-4抑制剂的研究计划,他们筛选得到了苯乙胺类化合物西他列汀(Sitagliptin),本品于2006年在FDA上市,是第一个DPP-4抑制剂。
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百时美-施贵宝公司则开发了西格列汀(saxagliptin,BMS-477118)。2009年,该公司与阿斯利康公司联合上市本品。2016年,FDA要求在西格列汀药品包装上加注“增加心衰风险”的警告。
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受到抗疟药根皮苷的启示:阿卡波糖的发现
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列净类药物是新型的2型糖尿病药物。他们通过抑制钠-葡萄糖协同转运蛋白2(sodium-glucose cotransporter 2,SGLT-2),使得肾脏排出糖尿增多,相应地降低血糖含量。自2013年批准达格列净(dapagliflozin)以来,艾帕列净(canagliflozin)和依帕列净(empagliflozin)已经先后上市。
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一开始认为糖尿病或许是一种肾疾病,因为患者尿中存在大量糖分。但当通过切除动物胰腺得到糖尿病模型后,研究转向了胰腺。增加胰岛素分泌或增强敏感度是传统的疗法。
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但近年肾脏在高血糖中的作用又被开始研究。因为每天人体大约有180克糖滤过肾小球,但都被重吸收,只有当血糖过高,钠-葡萄糖协同转运蛋白(sodium-glucose transporter)饱和后,才检测到尿糖。
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根皮苷(phlorizin)于1835年被分离,最先被用于治疗发热和感染性疾病,特别是疟疾。它在动物实验中,表现出胰岛素增敏作用,增加尿糖但又不会致低血糖。但其口服利用度低,并可导致腹泻等副作用。迈克尔·瑙克(Michael Nauck)和同事于20世纪50年代研究根皮苷,发现其阻止了肾、肠和其他器官的糖转运。
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1960年,罗伯特·K.克兰(Robert K. Crane)发现了SGLT蛋白在小肠吸收葡萄糖中的作用,这是第一次发现双联通道。20世纪90年代,SGLT蛋白被透彻地进行了研究,同时也发现根皮苷可以抑制SGLT。大多数SGLT-2抑制剂是葡苷酶类似物。
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阿卡波糖(acarbose)于20世纪70年代从放线菌属的培养液代谢物中分离得到,并被发现是一种α-葡苷酶(alpha glucosidase)抑制剂,在肠道内竞争性抑制葡苷酶。降低多糖(淀粉)及蔗糖分解成葡萄糖,使糖的吸收相应减缓可以使淀粉分解为糖。
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在治疗2型糖尿病方面,阿卡波糖在亚洲地区应用非常广泛,因为东方饮食中碳水化合物含量更高。
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来自蜥蜴毒液的降糖药:艾塞那肽的发现
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