活性維生素D3類藥物馬沙骨化醇和艾爾骨化醇及其衍生物的合成研究

王 華

活性維生素D3類藥物馬沙骨化醇和艾爾骨化醇及其衍生物的合成研究

王 華

（江西兄弟醫(yī)藥有限公司，江西 九江 332700）

馬沙骨化醇對(duì)于銀屑病具有很高的臨床醫(yī)學(xué)價(jià)值；另一種活性維生素D，艾爾骨化醇可形成生理性強(qiáng)壯的骨，通過(guò)調(diào)節(jié)鈣和骨代謝幾乎不會(huì)骨折，維生素D類似物2B（3-羥丙氧基）骨化三醇[ED-71]作為治療骨質(zhì)疏松癥的藥物，它比骨化三醇更有效。對(duì)活性維生素D3衍生物進(jìn)行化學(xué)合成和生產(chǎn)，則需要使用Wittig-Horner偶聯(lián)的方法。通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)合成過(guò)程是為了得到維生素D共軛三烯，之后引入側(cè)鏈。在臭氧的環(huán)境下維生素D2會(huì)被還原，這個(gè)過(guò)程將使維生素D2失去乙酰基的保護(hù)，同時(shí)伯醇會(huì)產(chǎn)生一定的斯文氧化，最終形成醛，之后再酮羰基旁引入氟原子，氟原子數(shù)量為兩個(gè)，從而使TBS和MON失去保護(hù)作用，形成含α的側(cè)鏈，從而形成6個(gè)活性維生素D3的衍生物。

維生素；化學(xué)合成：共軛三烯；活性維生素

維生素D是20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的治療佝僂病的藥物，1971年Deluca鑒定出活性維生素D骨化三醇的結(jié)構(gòu)，Kdicek發(fā)現(xiàn)腎臟中存在25-羥基維生素D 1α-羥化酶，Tatsuo Suda提出了用苜蓿骨化醇替代骨化三醇治療維生素D缺乏的腎功能衰竭患者的構(gòu)想，1981年，楚蓋制藥公司成功地將苜蓿骨化醇作為治療腎功能不全的藥物推向市場(chǎng)。1983年，楚蓋將艾爾骨化醇的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到骨質(zhì)疏松癥的治療。從1974年起，筆者參與了艾爾骨化醇的開(kāi)發(fā)。1981年SUDA等發(fā)現(xiàn)了活性維生素D的誘導(dǎo)分化活性，當(dāng)時(shí)筆者提出了通過(guò)改變骨化三醇的結(jié)構(gòu)將誘導(dǎo)分化活性與鈣活性分開(kāi)的挑戰(zhàn)。最后，提出了 2種維生素D類似物OCT和D-71，oxaccalcitriol OCT在誘導(dǎo)分化活性方面比calcitriol有更強(qiáng)的作用。另一方面，2β(3-羥丙氧基）骨化三醇（ED-71）在誘導(dǎo)分化活性方面比骨化三醇弱，對(duì)鈣調(diào)節(jié)活性有較強(qiáng)的作用，本文將著重介紹阿爾法骨化醇和ED-71作為骨質(zhì)疏松癥的治療藥物。

維生素作為激素在醫(yī)院領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，其中包含鈣的調(diào)節(jié)、免疫力的提升、疾病的治療等?，F(xiàn)在國(guó)際上流通的活性維生素D3種類有10種并且全部上市。在這10種活性維生素中在我國(guó)的流通中僅有2種，其中一種是骨化三醇，另一種是阿爾法骨化醇[1]。更深層地開(kāi)發(fā)和研究活性維生素D3，對(duì)該類藥物的改良和發(fā)展具有重要作用。我國(guó)目前正在廣泛使用的2種活性維生素D3類藥物都是引進(jìn)了日本的醫(yī)藥技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的，一種是艾爾骨化醇，服用后對(duì)骨質(zhì)疏松的病人具有很好的醫(yī)療效果；另一種是馬沙骨化醇，對(duì)于銀屑病具有很高的臨床醫(yī)學(xué)價(jià)值[2]。生產(chǎn)上常用的合成方式為甾體法，但得到的共軛二烯并沒(méi)有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且還存在熱重排、收率較低的現(xiàn)象，最終形成的產(chǎn)物還需要高效液相分離純化的過(guò)程。所以要加大對(duì)這2種醇類的研究，創(chuàng)新合成方法，使用Witting-Horner偶聯(lián)策略，讓合成技術(shù)更加成熟。

1 馬沙骨化醇的合成研究

1.1 活性維生素D3簡(jiǎn)介

活性維生素D3屬于激素，在人的身體中的活躍性最高。研究人員在1936年確定其結(jié)構(gòu)，之后逐漸解釋了其代謝機(jī)制[3]。

人體皮膚中存在7-去氫膽固醇，該物質(zhì)中的B環(huán)在紫外線照射的環(huán)境中會(huì)開(kāi)裂，從而轉(zhuǎn)化成為前維生素D3，再通過(guò)人體溫度的加熱重排，會(huì)生成維生素D3。該物質(zhì)的來(lái)源不僅僅是依靠自身的合成，人體還會(huì)從食物中攝取，常見(jiàn)的攝取食物有兩類，一類是乳制品，一類是魚(yú)肝油。維生素D3會(huì)與體內(nèi)的維生素D共同結(jié)合蛋白，在通過(guò)血液的運(yùn)輸?shù)竭_(dá)肝臟，在25-羥化酶環(huán)境下發(fā)生改變，從而生成 25-羥基維生素D3。該物質(zhì)與DBP相互作用，通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)腎臟，在1α-羥化酶的環(huán)境中，形成具有活性的維生素D3。除了以上所述的方式，還有腎上細(xì)胞可以產(chǎn)生活性維生素D3。腎上細(xì)胞常見(jiàn)的有3種：巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞[4]。

圖1 活性維生素D3的生物合成機(jī)制

1.2 馬沙骨化醇的作用機(jī)制

馬沙化骨醇可以結(jié)合VDR和DBP，但其結(jié)合能力與活性維生素D3相比，僅是為后者的1/8～1/580。形成結(jié)合能力差別的原因是側(cè)鏈旋轉(zhuǎn)的程度不同[5]，還有一種原因是馬沙骨化醇能夠在血液的環(huán)境下可以和低密度脂蛋白結(jié)合。因?yàn)榧谞钆员磉_(dá)最多的是低密度脂蛋白，所以在用藥后短時(shí)間內(nèi)就可以發(fā)生聚集，時(shí)間是在2～10 min，從而抑制了該區(qū)域的腺激素分泌，藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表1所示。因?yàn)轳R沙骨化醇和DBP結(jié)合能力一般，所以會(huì)快速地通過(guò)血清代謝抵達(dá)膽汁，不能再在血漿內(nèi)擁有穩(wěn)定的濃度，從而降低了腸道對(duì)鈣吸收的能力，達(dá)到減輕高血鈣的效果。

表1 藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2 艾爾骨化醇的合成研究

2.1 艾爾骨化醇的發(fā)現(xiàn)

為了更好地弄清維生素D3構(gòu)效，研究人員研究出許多A環(huán)的衍生物，正是在這樣的背景下才合成出艾爾骨化醇（ED-71），其研究的目的是治療骨質(zhì)疏松。

在研究剛開(kāi)始時(shí)候，A環(huán)的結(jié)構(gòu)修飾相對(duì)集中，通常表現(xiàn)出3種形式：去除羥基、反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、氟原子替代羥基。在表現(xiàn)出的所有形式中生物活性都沒(méi)有突出的提高。在艾爾骨化醇合成的過(guò)程中，有一個(gè)最終主要核心是環(huán)氧中間體[6]。該物質(zhì)在親核試劑的環(huán)境下構(gòu)型時(shí)能夠選擇性地合成2 種類衍生物。根據(jù)這種現(xiàn)象，科研人員會(huì)在2 位置引入羥基烷氧基側(cè)鏈，其中引入的長(zhǎng)度都是不相同的，從而得到不同的艾爾骨化醇衍生物。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，在骨鈣動(dòng)員能力上，所有化合物的能力都是要高于艾爾骨化醇，最低也是與艾爾骨化醇相同[7]。

艾爾骨化醇在兩方面的能力是要高于活性維生素D3，一方面是骨鈣動(dòng)員，另一方面是腸鈣吸收。在保證高血鈣數(shù)值在正常的范圍內(nèi)時(shí)，艾爾骨化醇可以更好地增高骨密度[8]。艾爾骨化醇在3方面的能力要低于活性維生素D3：抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)癌細(xì)胞誘導(dǎo)分化和抑制甲狀腺旁腺激素分泌。

2.2 艾爾骨化醇的作用機(jī)制

1981年，楚蓋制藥成功地將骨化三醇的前藥艾爾骨化醇作為治療腎性骨營(yíng)養(yǎng)不良的藥物銷售出去。1983年，楚蓋制藥成功地將艾爾骨化醇應(yīng)用于骨質(zhì)疏松癥的治療，日本的臨床醫(yī)生已接受艾爾骨化醇作為治療骨質(zhì)疏松癥的藥物。然而，骨化三醇及其類似物用于骨質(zhì)疏松癥的治療仍存在爭(zhēng)議。國(guó)際上對(duì)維生素D活性形式治療骨質(zhì)疏松癥的療效存在一些誤解。活性維生素D治療骨質(zhì)疏松癥的陽(yáng)性數(shù)據(jù)，因?yàn)榕R床研究在總鈣攝入量高的情況下有不可接受的方案，這些結(jié)果嚴(yán)重影響了對(duì)活性維生素D治療骨質(zhì)疏松癥療效的評(píng)價(jià)，導(dǎo)致對(duì)活性維生素D的誤解。Tilyardet al.報(bào)告稱，用骨化三醇連續(xù)治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女3年是安全的，并且顯著降低了新的脊椎骨折的發(fā)生率，與對(duì)照組相比，活性維生素治療組骨質(zhì)疏松癥患者的骨折發(fā)生率降低了約一半，攝入400～800 mg鈣對(duì)骨折有顯著的預(yù)防作用。最近，芬蘭的Sair-anen等報(bào)道了骨化三醇治療對(duì)股骨頸骨密度和腰肌松的長(zhǎng)期影響，重要的是所有患者的鈣攝入量都調(diào)整為每天800 mg。

必須強(qiáng)調(diào)的是，骨質(zhì)疏松癥患者存在腸道鈣吸收障礙和維生素D腎激活功能障礙。當(dāng)大劑量給大鼠服用母體維生素D時(shí)，骨量增加，但令人驚訝的是，在皮質(zhì)骨中觀察到許多疏松區(qū)域。另一方面，服用艾爾骨化醇可增加生理性骨，而無(wú)須觀察骨質(zhì)疏松。必須給予維生素D、D-激素的活性形式，并提供相當(dāng)于RDA的鈣供應(yīng)。艾爾骨化醇可形成生理性強(qiáng)壯的骨，通過(guò)調(diào)節(jié)鈣和骨代謝幾乎不會(huì)骨折。提出了一種新的維生素D類似物2B（3-羥丙氧基）骨化三醇[ED-71]作為治療骨質(zhì)疏松癥的藥物，它比骨化三醇更有效。ED-71目前正在日本進(jìn)行2期臨床研究。

艾爾骨化醇可以和VDR相結(jié)合，對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行控制，達(dá)到提高骨密度的效果。艾爾骨化醇和VDR結(jié)合能力比活性維生素D3低，前者能力是后者能力的1/8。但是在持續(xù)時(shí)間上兩者表現(xiàn)得形式不同，艾爾骨化醇在用藥7天后，仍然可以以高水平表達(dá)出骨鈣素m-RNA，但是活性維生素D3在用藥12 h后，表達(dá)骨鈣素m-RNA就出現(xiàn)下降的情況。在促進(jìn)表達(dá)CYP24A1的能力，艾爾骨化醇是要高于活性維生素D3。因此說(shuō)明活性維生素D3類藥物的活性和VDR結(jié)合能力沒(méi)有相應(yīng)的聯(lián)系，而是與結(jié)合模式密切相關(guān)[9]。

艾爾骨化醇中的2-3-羥基丙氧基中側(cè)鏈占據(jù)平伏鍵，從而讓A環(huán)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造傾向于β構(gòu)造，從加強(qiáng)的艾爾骨化醇和VDR結(jié)合的穩(wěn)定性，增加了兩者結(jié)合時(shí)間，最大限度地保證了生物活性[10]。

因?yàn)?-3-羥基丙氧基能夠和DBP結(jié)合，組成氫鍵和范德華力，這時(shí)艾爾骨化醇的DBP結(jié)合能力相當(dāng)于活性維生素的2倍，所以血漿半衰期存在的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。艾爾骨化醇與活性維生素D3相比，雖然前者的峰值時(shí)小于后者的，但是前者在血液中恒定濃度存在的時(shí)間是要高于后者的，能夠能長(zhǎng)時(shí)間地促進(jìn)小腸對(duì)鈣的吸收。因?yàn)榘瑺柟腔季哂袑Ｒ恍?，所以在人體組織中分布表現(xiàn)出一定的特異性，在骨鈣代謝上能夠選擇性保留活性維生素D3的活性。

還存在一種情況，2-3-羥基丙氧基能夠減弱艾爾骨化醇和24-羥化酶的結(jié)合能力，從而增強(qiáng)其在代謝中活性的持久性，更好更長(zhǎng)時(shí)間地在靶細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。

3 結(jié) 論

1）使用Wittig-Horner偶聯(lián)的方法，原料選用的是維生素D2，通過(guò)一系列的反應(yīng)，創(chuàng)新研究出馬沙骨化醇的合成形式。

2）在CD環(huán)合成過(guò)程中，第一次采用手性配體來(lái)誘導(dǎo)不對(duì)稱還原反應(yīng)的發(fā)生，其中手性配體有兩種，一種是（R）-CBS，另一種是（S）-CBS。從而構(gòu)建出兩種手性仲醇，一種是（S）-30，另一種是（R）-30。

3）把CD環(huán)仲氧化成酮，不再使用具有重金屬污染的兩種辦法（PDC和PCC），而是使用TEMPO催化Oxone氧化來(lái)替代之前的辦法。

4）該研究路線能夠幫助馬沙骨化醇在工業(yè)上更好的發(fā)展，使用的合成方法和研究線路能夠保證活性維生素D3衍生物的結(jié)構(gòu)多樣性。

5）合成了A環(huán)和CD環(huán)之間的中間體，使用Wittig-Horner偶聯(lián)去除保護(hù)基，形成新的艾爾骨化醇合成方式。

6）通過(guò)MOM保護(hù)基取代了TBS的位置，從而解決TBS位移的問(wèn)題，在通過(guò)23步轉(zhuǎn)化合成出A環(huán)磷氧中間體。

7）創(chuàng)新性地將起始原料改為D-甘露醇，從而成功構(gòu)建出A環(huán)的3個(gè)手性中心。

8）形成艾爾骨化醇中A環(huán)中間體的過(guò)程過(guò)于復(fù)雜和繁瑣，應(yīng)創(chuàng)新研制出更加便捷的合成方式。

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Synthesis Research of Active Vitamin D3Drugs Maxacalcitol,El Calciferol and Their Derivatives

（Jiangxi Brothers Pharmaceutical Co., Ltd., Jiujiang Jiangxi 332700, China）

Maxacalcitol has high clinical value for psoriasis; Another active vitamin D, El calciferol, can form physiologically strong bone. Vitamin D analogue 2B (3-hydroxypropoxy) calcitriol [ED-71] is more effective than calcitriol in the treatment of osteoporosis. The Wittig-Horner coupling method is needed for the chemical synthesis and production of active vitamin D3derivatives. The complex chemical synthesis process is needed to get vitamin D conjugated triene, and then the side chain is introduced. In the environment of ozone, vitamin D2can be reduced. This process will make vitamin D2lose the protection of acetyl group. At the same time, the primary alcohol will produce a certain gentle oxidation, and finally form aldehyde. Then, fluorine atoms are introduced next to the carbonyl group of ketone. The number of fluorine atoms is two, so that TBS and MON lose the protection to form the α-containing side chain, six active vitamin D3derivatives are formed.

Vitamin; Chemical synthesis: Conjugated triene; Active vitamins

2021-05-08

王華（1984-），男，陜西省西安市人，工程師，2009年畢業(yè)于貴州大學(xué)，研究方向：應(yīng)用化學(xué)。

TQ466.4

A

1004-0935（2021）12-1850-04