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不同環(huán)尺寸橋聯(lián)雙環(huán)系統(tǒng)與苯環(huán)相比的代謝穩(wěn)定性及生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)分析

瀏覽次數(shù):463 發(fā)布日期:2025-10-30  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

富含sp3雜化的橋聯(lián)雙環(huán)烷烴系統(tǒng)作為苯環(huán)的三維飽和生物電子等排體,近年來(lái)在藥物設(shè)計(jì)中備受推崇。然而,針對(duì)不同環(huán)尺寸的橋聯(lián)雙環(huán)系統(tǒng)與苯環(huán)相比的代謝穩(wěn)定性及生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)分析仍屬空白。近日,百時(shí)美施貴寶團(tuán)隊(duì)在JMC系統(tǒng)性驗(yàn)證了苯環(huán)的多種Fsp3生物電子等排體(BCP、BCHex、BCHep和BCO)相較于苯環(huán)具有更好的代謝穩(wěn)定性與ADME(吸收、分布、代謝和排泄)特性。

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Section.01

How?
苯環(huán)替換為橋聯(lián)雙環(huán)后
如何影響代謝性質(zhì)和理化性質(zhì)

代謝研究結(jié)果表明:(1)橋聯(lián)雙環(huán)烷類(lèi)似物(3a–3f)均表現(xiàn)出優(yōu)于苯環(huán)化合物2c的代謝穩(wěn)定性。在小鼠肝微粒體(MLM)中半衰期提升5.0–7.5倍,在人肝微粒體(HLM)中提升3.9–13.7倍。 (2)立方烷類(lèi)似物3g代謝穩(wěn)定性分別較化合物2c提高了3.6倍和4.5倍,但其穩(wěn)定性仍低于大多數(shù)雙環(huán)類(lèi)似物,表明在該系列中橋聯(lián)雙環(huán)系統(tǒng)通常能賦予更優(yōu)的代謝穩(wěn)定性。

細(xì)胞膜滲透性實(shí)驗(yàn)顯示:BCP(3a)和BCHex(3b)類(lèi)似物的滲透性(164–202 nm/s)顯著高于苯環(huán)衍生物2c(115 nm/s)。水溶性測(cè)定結(jié)果顯示:在雙環(huán)類(lèi)似物中,3a(BCP)的水溶性(36 μg/mL)較苯環(huán)類(lèi)似物2c(6 μg/mL)提升6倍。

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Section.02

Why?
三維sp³富集環(huán)系增強(qiáng)代謝穩(wěn)定性原因

用sp³雜化的環(huán)烷基結(jié)構(gòu)單元取代單取代苯環(huán),能有效減少反應(yīng)性代謝物的生成。這歸因于sp³ C-H鍵的氧化代謝通常生成無(wú)反應(yīng)活性的醇類(lèi)代謝物。這種更安全的代謝特征推動(dòng)了人們對(duì)橋聯(lián)雙環(huán)系統(tǒng)作為環(huán)烷基拓展替代物的興趣。

圖片CYP450酶通過(guò)“氧反彈”機(jī)制介導(dǎo)烷基結(jié)構(gòu)氧化代謝生成羥基代謝物的過(guò)程

Section.03
進(jìn)階版!
橋頭碳氟取代或橋鏈中
嵌入氧原子提高代謝穩(wěn)定性

在確定雙環(huán)結(jié)構(gòu)為代謝軟位點(diǎn)后,作者研究了在橋頭碳引入取代基以阻礙代謝、提高穩(wěn)定性的策略。發(fā)現(xiàn):氟代BCP衍生物4a在MLM和HLM中的代謝穩(wěn)定性分別較2c提升130倍和40倍,其半衰期超過(guò)120 min。相較于未取代BCP類(lèi)似物3a,化合物4a在MLM和HLM中的代謝穩(wěn)定性分別提高24倍和7倍。

在橋頭碳引入了一系列取代基,包括鹵素、吸電子基團(tuán)、給電子基團(tuán)以及極性氫鍵供體,橋頭取代的BCP類(lèi)似物能有效模擬對(duì)位取代的苯環(huán)類(lèi)似物,從而將生物電子等排藥物設(shè)計(jì)理念的適用范圍拓展至雙取代苯體系。

為深入探究橋頭取代對(duì)代謝穩(wěn)定性的影響,作者還將研究拓展至BCHex(5a)、BCHep(5b)和BCO(5h)的氟代類(lèi)似物。與氟代BCP(4a)一致:所有氟代類(lèi)似物均較其未取代對(duì)應(yīng)物展現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的代謝穩(wěn)定性(MLM中4-18倍;HLM中3-10倍)。
 

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苯環(huán)改造策略進(jìn)階版1——氟代橋聯(lián)雙環(huán)結(jié)構(gòu)

除了在橋頭引入氟取代基外,在橋連碳原子中引入雜原子(特別是氧)為增強(qiáng)橋聯(lián)雙環(huán)系統(tǒng)代謝穩(wěn)定性開(kāi)辟了另一種新途徑。研究發(fā)現(xiàn):氧雜雙環(huán)類(lèi)似物表現(xiàn)出顯著改善的代謝穩(wěn)定性:其MLM半衰期為65.2至>120 min,遠(yuǎn)長(zhǎng)于其碳環(huán)前體和2c(分別僅為4.35–6.51 min和0.87 min);HLM半衰期均超過(guò)120 min,表明氧原子的引入通過(guò)破壞細(xì)胞色素P450易攻擊的軟位點(diǎn),有效減弱了氧化代謝。這凸顯了氧取代賦予的卓越代謝抗性。MDCK滲透性實(shí)驗(yàn)也揭示了氧雜雙環(huán)類(lèi)似物的膜滲透性均高于苯環(huán)類(lèi)似物2c,其中6b–6d的滲透性約為2c的3倍。
 

圖片苯環(huán)改造策略進(jìn)階版2——氧雜橋聯(lián)雙環(huán)結(jié)構(gòu)

參考文獻(xiàn)

Surendran S, Raju S, Kalyani N, et al. Beyond Bioisosteres: Impact of Replacing a Benzene Ring with sp3-Rich Three-Dimensional Saturated Bridged Bicyclic Match Pairs on Biotransformation, Metabolic Stability, and Other ADME Profiles[J].J.Med.Chem.2025.DOI:10.1021/acs.jmedchem.5c01879.

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