心腦血管疾病治療藥物共晶研究進(jìn)展*

袁鵬輝，楊德智，胡堃，杜冠華，張麗，呂揚(yáng)

(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所1.晶型藥物研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.藥物靶點(diǎn)研究與新藥篩選北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100050)

共晶是指一種多組分晶體，其中所有組分的單質(zhì)形態(tài)在室溫條件下都處于固體狀態(tài)。共晶中這些組分在分子水平上共存于一個(gè)單晶體中，且整個(gè)分子不會(huì)被從共價(jià)鍵的角度進(jìn)行修飾[1]。對(duì)于共晶的定義一直存在有爭(zhēng)議[2-3]，而在藥物研發(fā)領(lǐng)域中，共晶指活性藥物成分 (active pharmaceutical ingredient，API)和共晶形成物(co-crystal former，CCF)在氫鍵或其他非共價(jià)鍵的作用下結(jié)合而成的晶體，其中API和CCF 的純態(tài)也符合在室溫下均為固體這一條件，同時(shí)共晶中各組分之間存在固定的化學(xué)計(jì)量比。盡管成鹽、溶劑化物與多晶型在改進(jìn)藥物固體狀態(tài)方面所提供的選擇已有很多，但仍會(huì)存在許多無(wú)法避免的問(wèn)題，如缺少可電離基團(tuán)的藥物無(wú)法成鹽、溶劑合物易去溶劑及安全性問(wèn)題與藥物的多晶型種類(lèi)限制等。藥物共晶既有兩種中性固體之間形成的二元共晶，也存在中性固體與鹽或溶劑化物形成的多元共晶[4]。這也提示藥物共晶的設(shè)計(jì)不限于二元組合，三元或四元等多元組合的藥物共晶也同樣具有實(shí)現(xiàn)的可能，且共晶的高穩(wěn)定性也是其優(yōu)勢(shì)之一。藥物的多晶型現(xiàn)象可以嚴(yán)重影響藥物的臨床治療效果、毒副作用及藥品質(zhì)量等性質(zhì)[5]，藥物共晶則更是如此。在API優(yōu)化過(guò)程中，采用共晶技術(shù)有利于優(yōu)化藥物的物理和化學(xué)性質(zhì)，改善生物學(xué)性質(zhì)，如藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中所涉及到的溶解度、穩(wěn)定性和生物利用度問(wèn)題。同時(shí)也意味著不改變API的化學(xué)組成就可以得到一種可申請(qǐng)專(zhuān)利的全新固體形式。這在醫(yī)藥知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域也有著十分重要的意義[6]。

近年來(lái)，我國(guó)心腦血管疾病發(fā)生率逐漸升高，其病死率居于首位，高于腫瘤和其他疾病。心腦血管疾病已成為危害我國(guó)公共衛(wèi)生的重大問(wèn)題，防治心腦血管疾病刻不容緩[7]。而藥物治療作為心腦血管疾病防治中重要一環(huán)，需要不斷研究探索、尋找和發(fā)現(xiàn)生物利用度高、療效好的藥物，這對(duì)于防治心腦血管疾病具有至關(guān)重要的作用。

幾大類(lèi)心腦血管治療藥物大多都屬于難溶性化合物，且80%臨床應(yīng)用品種均以固體制劑形式給藥[8]，這一現(xiàn)狀也提示此類(lèi)藥物不僅存在晶型問(wèn)題，在共晶開(kāi)發(fā)方面也具有很大的研發(fā)潛力。筆者從藥物共晶的角度出發(fā)，以心腦血管疾病治療藥物為綜述范圍，歸納總結(jié)近十年來(lái)心腦血管疾病治療藥物方面具有代表性的共晶研究進(jìn)展，旨在為今后此類(lèi)藥物的共晶研發(fā)予以啟發(fā)和參考。

1 心力衰竭(heart failure，HF)治療藥物

1.1LCZ696 LCZ696作為一種由纈沙坦(valsartan)與沙卡布曲( sacubitril)以1：1摩爾比形成的超分子復(fù)合物，是首個(gè)雙效血管緊張素受體腦啡肽酶抑制劑(ARNi)藥物。該共晶藥物兼具血管緊張素Ⅱ的Ⅰ型受體阻滯作用和腦啡肽酶的抑制作用，腦啡肽酶是負(fù)責(zé)降解利鈉肽的重要生物酶，因此ARNi能夠在抑制腎素血管緊張素-醛甾酮系統(tǒng)有害作用的同時(shí)增強(qiáng)利鈉肽的有利作用。LCZ696是利用共晶技術(shù)構(gòu)建雙效藥物的第一個(gè)例子，是目前最具潛力的HF治療藥物之一[9-10]。

FENG等[11]利用氫氧化鈉溶液誘導(dǎo)LCZ696結(jié)晶，并進(jìn)行單晶X射線衍射實(shí)驗(yàn)分析，解析LCZ696的單晶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)兩種藥物分子之間通過(guò)氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)合而成，LCZ696的穩(wěn)定性也很大程度上得益于這種結(jié)合方式。見(jiàn)圖1，2。

2 抗高血壓藥物

2.1纈沙坦(valsartan，VAL) 纈沙坦屬于特異性血管緊張素Ⅱ受體拮抗藥，是抗高血壓藥物市場(chǎng)銷(xiāo)售增長(zhǎng)最快的藥物之一，作為抗高血壓一線用藥已在全球80多個(gè)國(guó)家獲準(zhǔn)上市[12]。但其本身是一種生物藥劑學(xué)分類(lèi)系統(tǒng)(biopharmaceutics classification system，BCS)Ⅱ類(lèi)的藥物，具有低溶解性和高滲透性[13]。為了提高其體內(nèi)生物利用度，THOMAS等[14]采用溶劑蒸發(fā)法將不同的共晶形成物(CCF)與纈沙坦制備共晶，發(fā)現(xiàn)其與琥珀酸(succinic acid，SUC)形成的共晶(摩爾比為VAL：SUC=1：5)具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)，溶解度比纈沙坦提高2.6倍。

圖1 LCZ696分子平面示意圖

Fig.1SchematicdiagramofmolecularplaneofLCZ696

綠色虛線表示氫鍵作用

Fig.2SchematicdiagramofmolecularstructureofLCZ696

在此之前，WANG等[15]也發(fā)現(xiàn)纈沙坦的一種新晶型——晶E型，其為與乙醇形成的溶劑合物，在pH值4.5乙酸銨-乙酸銨緩沖劑中溶解速率為無(wú)定型的5倍。

2.2氫氯噻嗪(hydrochlorothiazide，HCT) 氫氯噻嗪是臨床應(yīng)用較廣的利尿降壓藥[16]，屬于BCSⅣ類(lèi)藥物，具有低溶解度和低滲透性，口服吸收較差。SANPHUI等[17]用液體輔助研磨法制備HCT與煙酸(NIC)、煙酰胺(NCT)、4-氨基苯甲酸(PABA)、琥珀酰胺(SAM)和間苯二酚(RES)的多種共晶，并研究其在pH值7.4緩沖液中溶解度差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與HCT比較，HCT與NCT、PABA及RES的3種共晶具有更好的溶解度，與NIC、NCT、PABA及RES形成的4種共晶顯示出更高的擴(kuò)散/膜滲透性。

EL-GIZAWY等[18]也發(fā)現(xiàn)利用aerosil 200作為CCF，采用研磨法，隨著摩爾比增加可形成不同共晶物。溶出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同共晶物與HCT相比可提高其溶解度與溶出速率。BHANDWALKAR等[19]采用溶液蒸發(fā)法將HCT與阿替洛爾(atenolol，ATL)制備共晶，而ATL作為一種選擇性β1受體阻斷藥在臨床中大量應(yīng)用，二者聯(lián)合應(yīng)用可以更好地協(xié)調(diào)降壓[20]。制備獲得的HCT-ATL共晶也增加HCT的溶解度、流動(dòng)性和可壓縮性，更有利于藥物釋放與遞送。見(jiàn)表1。

表1 HCT九種共晶的制備方法與性質(zhì)

3 冠心病治療藥物

3.1他汀類(lèi)藥物

3.1.1阿托伐他汀鈣(atorvastatin calcium，ATC) 阿托伐他汀鈣屬于常用調(diào)脂藥物，不但可明顯降低總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)，并且對(duì)于冠心病的一級(jí)和二級(jí)預(yù)防也有明顯作用[21]。SHAYANFAR等[22]使用溶劑蒸發(fā)法制備ATC與卡維地洛(carvedilol，CVD)及格列本脲(glibenclamide，GLN)的共無(wú)定型物(ATC：CVD=ATC：GLN=1：1)。共無(wú)定型物在廣義上也屬于共晶的范疇。研究發(fā)現(xiàn)形成的共無(wú)定型物相比于晶態(tài)具有更好的物理化學(xué)和溶液穩(wěn)定性，也預(yù)示著其可能會(huì)有更高的生物利用度。同時(shí)制備ATC和煙酰胺(nicotinamide，NIC)的共無(wú)定型物[23]，發(fā)現(xiàn)共無(wú)定型態(tài)ATC-NIC的固有溶解速率、溶解度和口服給藥后血藥濃度均高于晶態(tài)ATC。與ATC比較，共無(wú)定型態(tài)ATC-NIC具有更好的物理化學(xué)和藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)。表明對(duì)于ATC這種藥物，共無(wú)定型物是增加其物理化學(xué)穩(wěn)定性以及生物利用度的一個(gè)具有良好前景的方法。

WICAKSONO等[24-25]發(fā)現(xiàn)同樣采用溶劑蒸發(fā)法，ATC與馬來(lái)酸(malonic acid，MAL)及異煙酰胺(isonicotinamide，INA)可以形成新共晶，且ATC與INA形成的共晶在純化水中溶解度顯著增加，溶解速率比純ATC快2～3倍。

3.1.2瑞舒伐他汀(rosuvastatin，RSV) 瑞舒伐他汀作為一種新型強(qiáng)效他汀類(lèi)藥物，對(duì)各類(lèi)血脂異?；颊叩腖DL-C降低效果均顯著優(yōu)于其他同類(lèi)藥物，在臨床應(yīng)用中頗具應(yīng)用前景[26]。

HAFNER等[27-28]發(fā)明瑞舒伐他汀鈣與香草醛及衍生物、山梨糖醇形成的共晶，在增加其穩(wěn)定性的同時(shí)降低原有藥物的吸濕性并提高了生物利用度。FERRARI等[29]也發(fā)現(xiàn)瑞舒伐他汀的3種共晶，分別是瑞舒伐他汀2-氨基嘧啶半水合物、瑞舒伐他汀吡嗪水合物及瑞舒伐他汀喹喔啉。3種共晶都具有更好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，尤其是瑞舒伐他汀2-氨基嘧啶半水合物，在水中的溶解度很高，且毒性較低。

3.2地平類(lèi)藥物 硝苯地平(nifedipine，NFD)是一種二氫吡啶類(lèi)鈣離子通道阻滯藥，適用于變異型心絞痛和冠狀動(dòng)脈痙攣所致心絞痛，是冠心病治療中的經(jīng)典藥物。而二氫吡啶類(lèi)藥物由于其結(jié)構(gòu)特征，具有光不穩(wěn)定性[30]。

YU等[31]利用溶劑蒸發(fā)法將NFD與異煙酰胺(INA)在一起制備了2種共晶，改變NFD的分子構(gòu)象與氫鍵的相互作用，從而從分子層面上改善了NFD的光穩(wěn)定性。KNAPIK-KOWALCZUK等[32]運(yùn)用快速高溫驟冷法制備N(xiāo)FD與尼莫地平的共無(wú)定型物，并采用差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry，DSC)與寬帶介電譜(broadband dielectric spectroscopy)對(duì)共無(wú)定型物進(jìn)行分析，成功解決無(wú)定型物NFD在環(huán)境壓力下穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

4 抗心律失常藥物

4.1美托洛爾(metoprolol) 美托洛爾屬于β受體阻斷藥，對(duì)β1受體阻斷作用強(qiáng)于β2受體，是抗心律失常治療藥物中的一線用藥[33]。

BRITTAIN等[34]采用攪拌法制備美托洛爾與L-型茶氨酸的共晶，因茶氨酸具有抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)降低心率的作用，期望兩者所形成的共晶可以用于治療室性心動(dòng)過(guò)速、心房顫動(dòng)伴快速心室反應(yīng)、心房撲動(dòng)、陣發(fā)性室上性心動(dòng)過(guò)速等心律失常。

4.2普萘洛爾(propranolol，PRO) 普萘洛爾是非選擇性β受體阻斷藥，臨床上可用于治療多種心律失常、心絞痛和高血壓等疾病。

STEPANOVS等[35]成功制備出PRO與草酸(OXA)、富馬酸(fumaricAcid，F(xiàn)UM)和馬來(lái)酸(MAL)的穩(wěn)定結(jié)晶分子鹽，摩爾比分別為PRO：OXA=2：1、1：1；PRO：FUM=2：1、1：1；PRO：MAL=1：1。并且通過(guò)單晶X射線衍射技術(shù)解析出了每一種分子鹽的單晶結(jié)構(gòu)。所得到的普萘洛爾分子鹽與PRO相比，水溶性增加40～85倍，但與已廣泛應(yīng)用的高溶性鹽酸普萘洛爾相比水溶性下降1/24～1/54。這一結(jié)果也顯示所獲得的普萘洛爾分子鹽具有用于制備緩控釋制劑的潛力。

5 腦卒中治療藥物

5.1雙嘧達(dá)莫(dipyridamole，DP) 雙嘧達(dá)莫是一種磷酸二酯酶抑制藥，具有抑制血小板聚集和擴(kuò)血管作用，用于治療和預(yù)防缺血性腦卒中[36-37]。TANIGUCHI等[38]通過(guò)溫度梯度法使用9種反離子進(jìn)行DP成鹽篩選，最終獲得6種DP鹽(鹽酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、對(duì)甲苯磺酸一水合物、苯磺酸一水合物與馬來(lái)酸鹽)，并且發(fā)現(xiàn)在中性介質(zhì)中，所有DP鹽的溶解性較未成鹽狀態(tài)顯著改善。而進(jìn)一步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，DP對(duì)甲苯磺酸鹽在低胃酸條件下口服生物利用度較未成鹽狀態(tài)大幅提升，這一特性可能會(huì)在臨床中針對(duì)伴有胃酸分泌過(guò)少的患者帶來(lái)更好的治療效果。

此外，VEPURI等[39]也發(fā)現(xiàn)一種雙嘧達(dá)莫鹽酸鹽三水合物的新型共晶，運(yùn)用單晶X射線衍射分析揭示其通過(guò)氫鍵連接的超分子結(jié)構(gòu)，采用分子動(dòng)力學(xué)模擬與量子力學(xué)計(jì)算也較好解釋這種雙嘧達(dá)莫鹽酸鹽三水合物在水中具有比DP更好的溶解性與生物利用度的原因。

5.2依達(dá)拉奉(edaravone，ED) 依達(dá)拉奉是一種新型的強(qiáng)自由基清除劑，能夠有效改善急性腦梗死患者的神經(jīng)功能缺損，且不良反應(yīng)較少[40-41]。自國(guó)內(nèi)外上市以來(lái)銷(xiāo)量快速上升，在缺血性腦卒中治療中普遍應(yīng)用。

VEVERKA等[42]應(yīng)用溶劑滴磨、溶劑共結(jié)晶及制漿的方法將ED與一系列酚酸制備形成共晶，其中與原兒茶酸(protocatechuic acid)和沒(méi)食子酸(gallic acid，GA)的共晶具有良好的穩(wěn)定性，且在純水中溶解速率顯著提高，并且與沒(méi)食子酸形成的晶Ⅱ型(ED：GA=2：1)適合生產(chǎn)制備。

5.3達(dá)比加群酯(dabigatran elexilate，DE) 達(dá)比加群酯是近年來(lái)獲批的第一個(gè)口服可逆的直接凝血酶抑制劑，用于治療卒中和由非瓣膜性房顫或其他多種因素所導(dǎo)致的全身性栓塞[43-44]。與華法林等傳統(tǒng)抗凝藥物比較，其量-效關(guān)系明晰，能夠以固定的用量用法給藥而不需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)[45]。

SANWAL等[46]發(fā)明制備DE與甲磺酸結(jié)合形成的晶Ⅰ型鹽，ZHANG等[47]也發(fā)明并制備晶M型與晶N型甲磺酸鹽，在這兩種晶型下，DE的浸出時(shí)間、生物釋放、化學(xué)穩(wěn)定性與加工適應(yīng)性都有較大改善，而實(shí)際在市場(chǎng)上該藥也是以甲磺酸鹽的形式進(jìn)行臨床應(yīng)用。LIU等[48]在乙酸乙酯與石油醚(1：2)的混合溶劑中用溶劑蒸發(fā)法制備出達(dá)比加群酯四水合物單晶，并解析出晶體結(jié)構(gòu)。

5.4阿哌沙班(apixaban，APX) 阿哌沙班是百時(shí)美施貴寶和輝瑞公司共同研發(fā)的抗凝血藥，直接作用于凝血因子X(jué)a，用于預(yù)防全膝關(guān)節(jié)及全髖關(guān)節(jié)成形術(shù)后靜脈血栓栓塞，也可用于治療急性深靜脈血栓栓塞及心房顫動(dòng)患者的卒中預(yù)防[49]。

CHEN等[50]通過(guò)采用溶劑緩慢蒸發(fā)的方法制備出APX與草酸(oxalic acid，OXA)的共晶(摩爾比為APX：OXA：H2O=4：3：0.5)，且用單晶X射線衍射的方法解析出共晶結(jié)構(gòu)。溶解度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在0.1 mol·L-1鹽酸溶液(pH值1.0)中和pH值6.8磷酸鹽緩沖液中APX-OXA共晶溶解度分別是市售APX的2.2倍和2.1倍?；诒雀袢乃巹?dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，APX-OXA共晶AUC0-24 h是市售APX的2.7倍。以上結(jié)果顯示阿哌沙班的溶解度和生物利用度均通過(guò)共晶技術(shù)得以顯著改善。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，很多處于早期研發(fā)階段的API，雖然有著很好的藥理學(xué)活性，卻因?yàn)槠淙芙庑曰蚍€(wěn)定性差而導(dǎo)致生物利用度低，無(wú)法最終成藥。這無(wú)疑會(huì)對(duì)藥物研發(fā)機(jī)構(gòu)或企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)與資源損失。此外，很多已上市的藥物仍然存在生物利用度不足的特點(diǎn)，它們的溶解性、穩(wěn)定性等物理化學(xué)性質(zhì)仍有著很大地改善空間。共晶作為晶型藥物研究中的一個(gè)新方向，近年來(lái)正受到越來(lái)越多的關(guān)注。相較于以往藥物多晶型研究，共晶技術(shù)由于極大的拓寬CCF的選擇空間，具有著物質(zhì)結(jié)合多元性的優(yōu)點(diǎn)，可以有針對(duì)性地改善藥物的溶解度、物理化學(xué)穩(wěn)定性與生物利用度等特性。

在心腦血管疾病治療藥物的共晶研發(fā)過(guò)程中，煙酸、琥珀酸、馬來(lái)酸、原兒茶酸、沒(méi)食子酸與甲磺酸等小分子有機(jī)酸類(lèi)及煙酰胺、異煙酰胺與琥珀酰胺常常作為CCF與活性藥物成分結(jié)合形成共晶。并且像LCZ696與氫氯噻嗪-阿替洛爾共晶這類(lèi)藥物的出現(xiàn)也提示著對(duì)多種藥物進(jìn)行組合，從而在原有藥理作用基礎(chǔ)上增強(qiáng)療效、減輕毒副作用或產(chǎn)生協(xié)同藥理學(xué)作用機(jī)制是共晶藥物的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)，有著巨大的研究和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力。但目前的共晶研究領(lǐng)域仍存在有一些不足，如纈沙坦-琥珀酸、纈沙坦-維生素C、氫氯噻嗪的9種共晶等多種共晶物質(zhì)，雖然考察溶解性、溶出速率、穩(wěn)定性等物理化學(xué)性質(zhì)，但并沒(méi)有進(jìn)一步進(jìn)行藥理學(xué)作用與生物利用度的考察，仍有很大的研究空間。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)的無(wú)定型共晶物也是有效改善API物理化學(xué)穩(wěn)定性與生物利用度的一個(gè)具有良好應(yīng)用前景的方法。