琥珀酰亞胺衍生物抗癲癇活性的研究進(jìn)展

王詠琪,趙澤豐,2,年 夢(mèng),陳靖軒,2,喬海法,2,楊曉航*

1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西省針?biāo)幗Y(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，咸陽 712046

琥珀酰亞胺的化學(xué)名為吡咯烷-2，5-二酮（pyrrolidine-2，5-dione，結(jié)構(gòu)見圖1），又名丁二酰亞胺，是一種具有二?；鶊F(tuán)的含氮雜環(huán)化合物，其結(jié)構(gòu)片段廣泛存在于天然產(chǎn)物及化學(xué)藥物中，現(xiàn)代藥理研究表明，琥珀酰亞胺類衍生物的藥理活性主要包括抗癲癇、抗炎、抗腫瘤及抗菌等。琥珀酰亞胺最著名的應(yīng)用當(dāng)屬用于抗癲癇藥物（antiepileptic drugs， AEDS）的開發(fā)，20 世紀(jì)50年代之后，琥珀酰亞胺衍生物苯琥胺（phensuximide， PTS）、甲琥胺（methsuximide， MTS）和乙琥胺（ethosuximide， ETS）相繼被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市（結(jié)構(gòu)見圖2），構(gòu)成了第一代AEDS［1］的重要組成部分。目前認(rèn)為其治療癲癇的主要機(jī)制是對(duì)鈣通道的阻滯作用，相似機(jī)制的抗癲癇藥物還包括噁唑烷二酮類衍生物（依沙雙酮、甲乙雙酮）及加巴噴丁、普瑞巴林及拉莫三嗪等。

圖1 琥珀酰亞胺母核家族Fig.1 Family of succinimide skeleton

圖2 琥珀酰亞胺衍生物苯琥胺、甲琥胺和乙琥胺的結(jié)構(gòu)式Fig.2 Structures of succinimide derivatives phensuximide, methsuximide and ethosuximide

基于琥珀酰亞胺的母核結(jié)構(gòu)，藥物化學(xué)研究者開展了大量的研究工作，以琥珀酰亞胺為母核的上市或在研藥物包括用于治療精神分裂癥的坦度螺酮、魯拉西酮、哌羅匹隆和首個(gè)被批準(zhǔn)用于治療天花的小分子藥物特考韋瑞及被用于治療腫瘤的酪氨酸激酶抑制劑替萬替尼等。本文著重介紹琥珀酰亞胺衍生物抗癲癇方面的活性，內(nèi)容涵蓋上市藥物及合成衍生物，以時(shí)間為順序?qū)︾牾啺费苌锏目拱d癇活性及構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行探討，以期為該類藥物的進(jìn)一步開發(fā)提供依據(jù)。

1 上市藥物的介紹

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的異常興奮、離子通道的異常放電、遺傳因素及免疫系統(tǒng)疾病均被認(rèn)為與癲癇發(fā)病有關(guān)［2］。治療癲癇較困難，目前藥物治療仍是治療癲癇的主要手段［3-4］。琥珀酰亞胺衍生物PTS、MTS 和ETS 為第一代抗癲癇藥物中的重要組成部分，在20 世紀(jì)很長一段時(shí)間內(nèi)為患者減輕了癲癇發(fā)病帶來的痛苦。PTS 是琥珀酰亞胺類抗癲癇藥之一，主要針對(duì)癲癇小發(fā)作［5］。在癲癇小發(fā)作時(shí)，它通過抑制與意識(shí)喪失有關(guān)的陣發(fā)性棘波發(fā)揮作用，并通過抑制運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)傳遞降低癲癇發(fā)作頻率。內(nèi)源性物質(zhì)方面，PTS 可以抑制由去極化引起的腦組織中環(huán)磷酸腺苷和環(huán)磷酸鳥苷的蓄積。簡化掉芳環(huán)結(jié)構(gòu)的MTS 同樣被批準(zhǔn)上市用于治療癲癇，其特點(diǎn)是可提高癲癇發(fā)作閾值，主要用于兒童失神發(fā)作的治療。在失神發(fā)作中，它通過抑制與意識(shí)喪失有關(guān)的陣發(fā)性棘慢波發(fā)揮作用。MTS 可使運(yùn)動(dòng)皮層受到抑制并使中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)癲癇刺激的閾值升高。其作用機(jī)制與其和T 型電壓敏感性鈣通道結(jié)合有關(guān)。ETS 同樣是第一代AEDs 的重要組成部分，特別用于治療無伴隨癥狀的失神發(fā)作，其作用機(jī)制與MTS 相似。

MTS 和ETS 分別于1957年和1960年由臨床上使用的抗癲癇藥物琥珀酰亞胺類似物苯妥英和美芬妥英衍生而來，用于治療癲癇（結(jié)構(gòu)見圖3）［6］。ETS是由MILLER C A 等［7］發(fā)起的一項(xiàng)構(gòu)效關(guān)系（structure-activity relationship， SAR）研究衍生而來，該研究旨在設(shè)計(jì)和開發(fā)一種能有效對(duì)抗癲癇失神發(fā)作且不良反應(yīng)小的藥物。研究發(fā)現(xiàn)，琥珀酰亞胺結(jié)構(gòu)本身不具有抗癲癇活性，但在琥珀酰亞胺分子的C-3 位引入乙基和甲基后合成的ETS，在控制癲癇失神發(fā)作方面具有顯著的作用［8］，在琥珀酰亞胺分子的C-3 位引入單個(gè)苯基可合成MTS，其抗癲癇的作用略弱于苯妥英。琥珀酰亞胺類似物作為抗癲癇藥物，需要像ETS 一樣在化合物的C-2 位引入2 個(gè)取代基，或者如同MTS 在C-3 位和N 原子上引入取代基。由于3，3-二苯基琥珀酰亞胺的結(jié)構(gòu)更類似于苯妥英，因此其效果強(qiáng)于同分異構(gòu)體3，4-二苯基琥珀酰亞胺［9-11］。ETS 的開發(fā)也是為了尋找新的治療失神性發(fā)作的抗癲癇藥物，這些琥珀酰亞胺衍生物藥物比早先臨床使用的三甲雙酮更有效，且毒性更小，更適用于治療失神性或肌肉陣攣性癲癇發(fā)作。

2 合成衍生物的研究進(jìn)展

1973年，MAGARIAN E O 等［12］研究了2-芳基琥珀酰亞胺衍生物的抗癲癇活性。在由戊四唑（pentylenetetrazole，PTZ）誘導(dǎo)的癲癇模型中，化合物2表現(xiàn)出與PTS 相近的活性?；衔? 和3（結(jié)構(gòu)見圖3）在300 mg·kg-1劑量水平下可以起到與PTS 相當(dāng)?shù)目拱d癇作用。在后續(xù)研究中，結(jié)構(gòu)相似的衍生物則未檢測(cè)到較明顯的抗癲癇活性［13］。琥珀酰亞胺的NH 飽和氫被替換為亞甲基后，失去了在最大電休克（maximal electroshock test，MES）模型中的保護(hù)效力，作者給出的解釋是可能由于該修飾影響了化合物與受體的結(jié)合。

1991年，根據(jù)先導(dǎo)化合物ETS 和2-芐基戊二酰亞胺的結(jié)構(gòu)，課題組合成了一系列2-芐基琥珀酰亞胺衍生物，并測(cè)定了其抗癲癇活性［14］。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氯代化合物4 和5（結(jié)構(gòu)見圖4）是活性最好的衍生物，在MES 模型下的半數(shù)有效量（ED50）分別為0.519 1、0.498 3 mg·kg-1，皮下MES 的ED50分別為0.182 5、0.175 7 mg·kg-1，比ETS 更有效。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者初步推斷了該系列化合物的構(gòu)效關(guān)系，但由于該系列化合物被測(cè)出較為明顯的神經(jīng)毒性，限制了進(jìn)一步的研究。

圖4 2-芐基琥珀酰亞胺衍生物的抗癲癇活性及其構(gòu)效關(guān)系Fig.4 Antiepilepticactivity and SAR of 2-benylsuccinimide derivatives

1999年，OBNISKA J 等［15］對(duì)3，3-二苯基琥珀酰亞胺母核衍生物的抗癲癇潛在活性進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，化合物6和7（結(jié)構(gòu)見圖3）在MES 和皮下MES 測(cè)試中具有顯著活性。初步推斷的SAR 表明，C-3 位單芳基取代琥珀酰亞胺衍生物活性普遍優(yōu)于雙芳基取代衍生物，4-氟和3-溴衍生物的活性最佳。

2008年，KAMINSK K 等［16］制備了3，3-二烷基-吡咯烷-2，5-二酮和六氫-異吲哚-1，3-二酮等多個(gè)N-苯氨基衍生物，并評(píng)價(jià)了它們的抗癲癇活性。在初篩結(jié)果中，化合物8（MES ED50為 69.89 mg·kg-1）為活性最佳的化合物，進(jìn)一步進(jìn)行藥代動(dòng)力學(xué)及量效關(guān)系測(cè)定（見圖5）。結(jié)果表明，該化合物的半數(shù)中毒劑量（TD50）為500 mg·kg-1，其保護(hù)指數(shù)（protective index，PI=TD50/ED50）為7.15。SAR 分析結(jié)果表明，琥珀酰亞胺片段上較優(yōu)的取代基團(tuán)為二甲基、甲-乙基、甲-丙基等雙供電子基團(tuán)，而苯環(huán)上較優(yōu)的取代基為2，4-位或4-位上的吸電子取代基，其他位置上的供電子取代基則活性較低。

圖5 3,3-二烷基吡咯烷-2,5-二酮衍生物的構(gòu)效關(guān)系Fig.5 SAR of 3,3-dialkyl-pyrrolidine-2,5-diones derivatives

OBNISKA J 等［17］制備了一系列3-苯基琥珀酰亞胺類似物。在該系列類似物中，活性最高的化合物9（見圖6）在MES 模型的ED50值為20.78 mg·kg-1，在與陽性藥苯妥英毒性相近的情況下表現(xiàn)出優(yōu)于苯妥英的抗癲癇活性。SAR 分析結(jié)果表明，該化合物的抗癲癇活性取決于琥珀酰亞胺中氮原子與4-芳基哌嗪片段之間烷基的間隔距離以及與2 個(gè)苯環(huán)相連的取代基的種類。在3-苯基-琥珀酰亞胺片段的鄰位取代亞甲基連接子和高吸電子的三氟甲基的化合物具有最顯著的抗癲癇活性，此外，在4-芳基哌嗪片段的C-3 位具有三氟甲基或氯原子等吸電子取代基的衍生物活性較好。

圖6 N-[(4-芳基哌嗪-1-基)-烷基]琥珀酰亞胺衍生物的構(gòu)效關(guān)系Fig.6 SAR of N-[(4-arylpiperazin-1-yl)-alkyl] succinimide derivatives

2010年，OBNISKA J 等［18］設(shè)計(jì)合成了3-芳基-琥珀酰亞胺類衍生的新型曼尼希堿，將其作為抗癲癇候選化合物并評(píng)估了其生物活性。結(jié)果表明，活性較強(qiáng)的化合物10 和11（見圖3）的MES ED50值分別為21.4、28.83 mg·kg-1。進(jìn)一步選取化合物12 進(jìn)行精神運(yùn)動(dòng)性癲癇發(fā)作的6 Hz 電刺激測(cè)試，選取化合物13 在匹羅卡品誘導(dǎo)狀態(tài)和大鼠海馬點(diǎn)燃狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示2 種化合物均表現(xiàn)出了較好的抗癲癇活性。

2015年，OBNISKA J 等［19］以3-甲基-3-苯基-2，5-二氧-1-吡咯烷乙酸為原料，設(shè)計(jì)合成了多種琥珀酰亞胺衍生物。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果表明，大部分化合物具有較為顯著的抗癲癇活性，其中化合物14、15、16（見圖3）在MES 實(shí)驗(yàn)中活性最好，ED50值分別為114.68、104.11、97.51 mg·kg-1。此外，在小鼠福爾馬林強(qiáng)直性疼痛模型中，這些化合物被證明具有一定的鎮(zhèn)痛作用，而在煙囪實(shí)驗(yàn)中，上述化合物則被證明不會(huì)損害小鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其抗癲癇作用機(jī)制可能與影響電壓門控鈉通道和鈣通道有關(guān)。

由二苯甲基和異丙基琥珀酰亞胺衍生的N-曼尼希堿也被考慮納入先導(dǎo)化合物的范圍［20］?；钚詼y(cè)定結(jié)果表明，活性最佳的化合物為17（MES ED50為 42.71 mg·kg-1，皮下PTZ ED50＞150 mg·kg-1）和18（MES ED50為 101.46 mg·kg-1，皮下PTZ ED50為 72.59 mg·kg-1）的活性優(yōu)于上市藥物ETS 和丙戊酸，且神經(jīng)毒性較低（見圖3）。體外研究結(jié)果表明，化合物17 和18 在100 μmol·L-1的劑量下對(duì)電壓門控鈉通道Nav1.2 和L 型鈣通道有顯著調(diào)控作用。隨后的研究結(jié)果表明，上述化合物具有類似普瑞巴林的受體調(diào)控作用［21］，并測(cè)定了它們與GABAA、5-HT1A、5-HT2A受體和α1-腎上腺素受體的結(jié)合親和力。

2016年，KAMINSKI K 等［22］基于琥珀酰亞胺母核合成了新型雜環(huán)衍生物并將其作為抗癲癇候選藥物。優(yōu)效衍生物19（MES，皮下PTZ 和6 Hz 模型的ED50分別為96.9、75.4、44.3 mg·kg-1）（見圖3），轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)中該化合物的TD50值為335.8 mg·kg-1，表明該化合物具有良好的安全性。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該化合物可有效調(diào)控神經(jīng)元電壓敏感鈉通道，并能與L 型鈣通道的地爾硫?位點(diǎn)結(jié)合。

KAMINSKI K 等［23］在2016年設(shè)計(jì)合成出了更多的琥珀酰亞胺衍生物。其中化合物20 表現(xiàn)出較強(qiáng)的活性（MES，皮下PTZ 和6 Hz 的ED50分別為74.8、51.6、16.8 mg·kg-1）（見圖3）。在煙囪實(shí)驗(yàn)中，該化合物0.5 h 的TD50值為213.3 mg·kg-1，滿足PI 值（PI MES 為 2.85，PI皮下PTZ 為 4.13，PI 6 Hz為12.70）。除抗癲癇外，化合物20 還能緩解由福爾馬林誘導(dǎo)的小鼠強(qiáng)直性疼痛反應(yīng)。

2017年，RYBKA S 等［24］根據(jù)ETS 和左乙拉西坦的SAR 分析結(jié)果，研究了N-［（4-芳基哌嗪-1-基）-烷基］-琥珀酰亞胺衍生物的親脂性和抗癲癇活性。結(jié)果表明，在MES 模型中化合物的抗癲癇活性與其親脂性密切相關(guān)。其中活性最強(qiáng)的化合物21（MES和皮下PTZ 的ED50分別為88.2、65.7 mg·kg-1）（見圖3）表現(xiàn)出比已知的AEDs 更高的保護(hù)指數(shù)。

RYBKA S 等［25］基于琥珀酰亞胺母核，通過席夫堿反應(yīng)合成出多種N-曼尼希堿及其3-甲基、3-異丙基和3-二苯甲基取代琥珀酰亞胺衍生物，并進(jìn)一步評(píng)估了其抗癲癇活性。其中化合物22（見圖3）的活性最佳（MES，皮下PTZ 和6 Hz 的ED50分別為41.0，101.6、45.42 mg·kg-1）。且化合物22 顯示出優(yōu)于臨床AEDs的保護(hù)指數(shù)?；衔?2 的體外研究結(jié)果表明，其潛在作用機(jī)制可能與其阻斷神經(jīng)元電壓敏感鈉通道及L 型鈣通道相關(guān)，抑制率分別為29.9%、66.1%。

經(jīng)過前期大量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，SOCALA K 等［26］選擇了結(jié)構(gòu)與化合物20 相似的化合物KA-11（23，見圖7）作為臨床候選化合物進(jìn)行深入研究［26］?；衔?3 是新型廣譜抗癲癇候選化合物，具有良好的療效和安全性（MES，皮下PTZ 和6 Hz 模型的ED50分別為88.4、59.9、21.0 mg·kg-1，TD50＞1 500 mg·kg-1）。

圖7 KA-11 的構(gòu)效關(guān)系及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化Fig.7 SAR of KA-11 and its structural optimization

同時(shí)，化合物23 顯示出比窄譜AEDs 更為廣泛的保護(hù)作用，化合物23 的臨床前數(shù)據(jù)表明，其對(duì)不同類型的癲癇（包括強(qiáng)直陣攣性癲癇、局灶性發(fā)作癲癇和失神癲癇）均具有一定的治療潛力。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，化合物23 可與鈉通道、N 型及L 型鈣通道、NMDA、AMPA、GABAA1（α1，β2，γ2）和5-HT1A等多種癲癇相關(guān)的通道蛋白產(chǎn)生結(jié)合作用，進(jìn)一步證實(shí)了該化合物治療癲癇的可靠性。此外，化合物23 已被證實(shí)對(duì)小鼠海馬的神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)退行性變過程無負(fù)面影響［27］，為后續(xù)臨床試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

基于化合物23 的結(jié)構(gòu)，研究人員又設(shè)計(jì)合成了一系列新的化合物，其中化合物KA-12（24，見圖7）在不同癲癇動(dòng)物模型中（MES，皮下PTZ 和6 Hz 的ED50分別為79.5、123.2、22.4 mg·kg-1）［28-29］表現(xiàn)出最佳抗癲癇活性。此外，化合物24 在由福爾馬林誘導(dǎo)的強(qiáng)直性疼痛和由奧沙利鉑誘導(dǎo)的神經(jīng)性疼痛中均能表現(xiàn)出一定的緩解效應(yīng)，表明其具有鎮(zhèn)痛活性。2020年，結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得了新進(jìn)展［30］。受上市藥物拉科酰胺的啟發(fā)，研究者將先導(dǎo)物25（見圖7）中一個(gè)額外的芳香環(huán)引入到化合物23 結(jié)構(gòu)片段的不同區(qū)域中，期望起到增強(qiáng)抗癲癇活性及靶點(diǎn)親和力的效果。結(jié)果表明，化合物26（見圖7）在體內(nèi)（MES、皮下PTZ 和6 Hz 模型的ED50分別為23.7、59.4、22.4 mg·kg-1）及體外（與鈉通道、N 型及L 型鈣通道、NMDA、GABA 轉(zhuǎn)運(yùn)體和5-HT1A受體親和力測(cè)定）模型中均表現(xiàn)出較好的活性，電生理方面，該化合物能夠抑制中樞鈉/鈣電流和瞬時(shí)受體電位香草酸1 受體的拮抗，而其良好的吸收、分布、代謝、排泄及毒性特征也為進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

琥珀酰亞胺作為一種基于天然產(chǎn)物的雜環(huán)類結(jié)構(gòu)片段，在多種疾病治療藥物的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用。目前琥珀酰亞胺的結(jié)構(gòu)修飾工作主要通過以下策略：①在其雙亞甲基片段上進(jìn)行碳鏈延伸，由苯琥胺等藥物的開發(fā)歷程可知，苯環(huán)的引入或缺失對(duì)活性有很重要的影響，乙琥胺的出現(xiàn)則是基于藥效及代謝效應(yīng)結(jié)果，在生物電子等排體思路下設(shè)計(jì)而成；②在琥珀酰亞胺裸露的氨基部分引入碳鏈，將仲胺改造為叔胺，這種修飾方法會(huì)對(duì)琥珀酰亞胺的堿性產(chǎn)生較強(qiáng)影響，進(jìn)而對(duì)活性產(chǎn)生影響。

縱觀抗癲癇藥物的開發(fā)歷程，琥珀酰亞胺類的乙琥胺等衍生物在其中占據(jù)了重要地位。在同期上市的包括地西泮、卡馬西平在內(nèi)的以γ-氨基丁酸（GABA）受體為主要靶點(diǎn)的苯二氮?類藥物的市場需求熱度不減，然而，琥珀酰亞胺類藥物的市場地位卻在逐漸下降。由此可見，在藥物開發(fā)過程中仍需重視其毒性，而作用靶點(diǎn)的研究也需要進(jìn)一步深入，針對(duì)GABA 受體的有效性也逐漸成為抗癲癇藥物開發(fā)過程檢測(cè)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。本綜述介紹了琥珀酰亞胺類似物在抗癲癇活性方面的研究進(jìn)展，為進(jìn)一步開展這方面研究提供了理論依據(jù)，也將為以琥珀酰亞胺為母核設(shè)計(jì)更加安全有效的抗癲癇藥物做出貢獻(xiàn)。