磷酰胺酯前药策略及ProTide技术在药物研发中的应用与进展

doi:10.6023/cjoc201705022

摘要/Abstract

总结了磷酰胺酯前药策略和ProTide技术在抗病毒和癌症药物研究领域的发展历史和进展，对核苷磷酰胺酯前药的合成、立体选择性构建手性核苷磷酰胺酯前药合成方法的最新突破以及其在新药研究中的应用做了述评，指出ProTide技术对新药设计与结构修饰改造，包括挖掘老药新用等方面值得学习借鉴和推广.

关键词: 磷酰胺酯, 前药, 核苷, 抗病毒药物, 磷酸盐和磷酸酯, ProTide

This review provides the brief history for the development and advances of ProTide strategies in the field of antiviral and anticancer pharmaceutical development. A summary is provided for the synthesis of nucleoside phosphoramidates, recent breakthroughs in the stereoselective assembly of chiral prodrugs and its application. This technology is extremely useful and has simplified innovative drug design of phosphorous-containing prodrugs. Simplifying such structural modification may create a new avenue of competition in the invention of new medicines from the parent drug.

Key words: phosphoramidates:prodrugs, nucleoside and nucleotide, antiviral drug, phosphate and phosphonate, ProTide

引用此文

聂飚, 金传飞, 钟文和, 任青云, 张英俊, 张霁. 磷酰胺酯前药策略及ProTide技术在药物研发中的应用与进展[J]. 有机化学, 2017, 37(11): 2818-2840.

Nie Biao, Jin Chuanfei, Zhong Wenhe, Ren Qingyun, Zhang Yingjun, Zhang Ji. Application and Recent Progress of Phosphoramidate Prodrugs Strategies and ProTide Technology in Drug Discovery[J]. Chin. J. Org. Chem., 2017, 37(11): 2818-2840.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] (a) Babusis, D.; Phan, T. K.; Lee, W. A.; Watkins, W. J.; Ray, A. S. Mol. Pharm. 2013, 10, 459.
(b) Lee, W. A.; He, G. X.; Eisenberg, E.; Cihlar, T.; Swaminathan, S.; Mulato, A.; Cundy, K. C. Antimicrob. Agents. Chemother. 2005, 49, 1898.
(c) Birkus, G.; Wang, R.; Liu, X. H.; Kutty, N.; MacArthur, H.; Cihlar, T.; Gibbs, C.; Swaminathan, S.; Lee, W.; McDermott, M. Antimicrob. Agents. Chemother. 2007, 51, 543.
[2] (a) Thornton, P. J.; Kadri, H.; Miccoli, A.; Mehellou, Y. J. Med. Chem. 2016, 59, 10400.
(b) Jordheim, L. P.; Durantel, D.; Zoulim, F.; Dumontet, C. Nat. Rev. Drug Discovery 2013, 12, 447.
[3] (a) Schinazi, R. F.; Shi, J.; Whitaker, T. In Innovative Drug Synthesis, Eds.:Li, J. J.; Johnson, D. S.; Wiley, Hoboken, 2016, p. 61.
(b) Rautio, J.; Kumpulainen, H.; Heimbach, T.; Oliyai, R.; Oh, D.; Jarvinen, T.; Savolainen, J. Nat. Rev. Drug Discovery 2008, 7, 255.
(c) Zhang, J.; Nie, B.; Zhang, Y. J. Chin. J. Org. Chem. 2015, 35, 337(in Chinese). (张霁, 聂飚, 张英俊, 有机化学, 2015, 35, 337.)
[4] (a) Hecker, S. J.; Erion, M. D. J. Med. Chem. 2008, 51, 2328.
(b) Ji, X.; Wang, J.; Zhang, L.; Zhao, L. X.; Jiang, H. L.; Liu, H. Acta Pharm. Sin. 2013, 48, 621(in Chinese). (姬勋, 王江, 张磊, 赵临襄, 蒋华良, 柳红, 药学学报, 2013, 48, 621.)
[5] (a) Hostetler, K. Y. Antiviral Res. 2009, 82, A84.
(b) Parang, K.; Wiebe, L. I.; Knaus, E. E. Curr. Med. Chem. 2000, 7, 995.
(c) Li, W. B.; Dong, F. H.; Sun, C. J. Prog. Pharm. Sci. 2012, 36, 300(in Chinese). (李文保, 董芳华, 孙昌俊, 药学进展, 2012, 36, 300.)
[6] Corson, T. W.; Crews, C. M. Cell 2007, 130, 769.
[7] Patil, S.; Lis, L. G.; Schumacher, R. J.; Norris, B. J.; Morgan, M. L.; Cuellar, R. A. D.; Blazar, B. R.; Suryanarayanan, R.; Gurvich, V. J.; Georg, G. I. J. Med. Chem. 2015, 58, 9334.
[8] Chassaing, C.; Berger, M.; Heckeroth, A.; Ilg, T.; Jaeger, M.; Kern, C.; Schmid, K.; Uphoff, M. J. Med. Chem. 2008, 51, 1111.
[9] Kleeb, S.; Jiang, X. H.; Frei, P.; Sigl, A.; Bezencon, J.; Bam-berger, K.; Schwardt, O.; Ernst, B. J. Med. Chem. 2016, 59, 3163.
[10] Chowdhury, U. R.; Viker, K. B.; Stolz, K. L.; Holman, B. H.; Fautsch, M. P.; Dosa, P. I. J. Med. Chem. 2016, 59, 6221
[11] Mehellou, Y. C. Chem. Med. Chem. 2016, 11, 1114.
[12] Pradere, U.; Garnier-Amblard, E. C.; Coats, S. J.; Amblard, F.; Schinazi, R. F. Chem. Rev. 2014, 114, 9154.
[13] (a) McGuigan, C.; Pathirana, R. N.; Mahmood, N.; Hay, A. J. Bioorg. Med. Chem. Lett. 1992, 2, 701.
(b) Mehellou, Y.; Balzarini, J.; McGuigan, C. Chem. Med. Chem. 2009, 4, 1779.
[14] Cahard, D.; McGuigan, C.; Balzarini, J. Mini. Rev. Med. Chem. 2004, 4, 371.
[15] Maiti, M.; Persoons, L.; Andrei, G.; Snoeck, R.; Balzarini, J.; Herdewijn, P. Chem. Med. Chem. 2013, 8, 985
[16] Piplani, M.; Rana, A. C.; Sharma, P. C. J. Pharm. Pharm. Sci. 2016, 19, 82.
[17] McGuigan, C.; Serpi, M.; Bibbo, R.; Roberts, H.; Hughes, C.; Caterson, B.; Gibert, A. T.; Verson, C. R. A. J. Med. Chem. 2008, 51, 5807.
[18] Zhou, L. H.; Zhang, H. W.; Tao, S. J.; Ehteshami, M.; Cho, J. H.; McBrayer, T. R.; Tharnish, P.; Whitaker, T.; Amblard, F.; Coats, S. J.; Schinazi, R. F. ACS Med. Chem. Lett. 2016, 7, 17.
[19] Lioux, T.; Mauny, M. A.; Lamoureux, A.; Bascoul, N.; Hays, M.; Vernejoul, F.; Baudru, A. S.; Boularan, C.; Lopes-Vicente, J.; Qushair, G.; Tiraby, G. J. Med. Chem. 2016, 59, 10253.
[20] Dabkowski, W.; Skrzypczynski, Z.; Michalski, J.; Piel, N.; McLaughlin, L. W.; Cramer, F. Nucleic Acids Res. 1984, 12, 9123.
[21] (a) McGuigan, C.; Harris, S. A.; Daluge, S. M.; Gudmundsson, K. S.; McLean, E. W.; Burnette, T. C.; Marr, H.; Hazen, R.; Condreay, L. D.; Johnson, L.; De Clercq, E.; Balzarini, J. J. Med. Chem. 2005, 48, 3504.
(b) Sari, O.; Bassit, L.; Gavegnano, C.; McBrayer, T. R.; McCormick, L.; Cox, B.; Coats, S. J.; Amblard, F.; Schinazi, R. F. Tetrahedron Lett. 2017, 58, 642.
(c) Zhou, L. H.; Zhang, H. W.; Tao, S. J.; Ehteshami, M.; Cho, J. H.; McBrayer, T. R.; Tharnish, P.; Whitaker, T.; Amblard, F.; Coats, S. J.; Schinazi, R. F. ACS Med. Chem. Lett. 2016, 7, 17.
[22] Cho, A.; Zhang, L. J.; Xu, J.; Lee, R.; Butler, T.; Metobo, S.; Aktoudianakis, V.; Lew, W.; Ye, H.; Clarke, M.; Doerffler, E.; Byun, D.; Wang, T.; Babusis, D.; Carey, A. C.; German, P.; Sauer, D.; Zhong, W. D.; Rossi, S.; Fenaux, M.; McHutchison, J. G.; Perry, J.; Feng, J.; Ray, A. S.; Kim, C. U. J. Med. Chem. 2014, 57, 1812.
[23] (a) Kandil, S.; Balzarini, J.; Rat, S.; Brancale, A.; Westwell, A. D.; McGuigan, C. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2016, 26, 5618.
(b) Mehellou, Y.; McGuigan, C.; Brancale, A.; Balzarini, J. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2007, 17, 3666.
[24] Mahmoud, S.; Li, H.; McBrayer, T. R.; Bassit, L.; Hammad, S. F.; Coats, S. J.; Amblard, F.; Schinazi, R. F. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids 2007, 36, 66.
[25] Gudmundsson, K. S.; Daluge, S. M.; Johnson, L. C.; Jansen, R.; Hazen, R.; Condreay, L. D.; McGuigan, C. Nucleosides Nu-cleotides Nucleic Acids 2003, 22, 1953.
[26] Serpi, M.; Madela, K.; Pertusati, F.; Slusarczyk, M. Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry, Wiley, New York, 2013, Chapter 15.
[27] Vanheusden, V.; Herdewijn, P.; Van Calenbergh, S. J. Pharm. Belg. 2002, 41.
[28] Gao, L. J.; De Jonghe, S.; Herdewijn, P. Org. Lett. 2016, 18, 5816.
[29] Simmons, B.; Liu, Z. Q.; Klapars, A.; Bellomo, A.; Silverman, S. M. Org. Lett. 2017, 19, 2218.
[30] Liu, C.; Dumbre, S. G.; Pannecouque, C.; Huang, C. S.; Ptak, R. G.; Murray, M. G.; De Jonghe, S.; Herdewijn, P. J. Med. Chem. 2016, 59, 9513.
[31] Pertusati, F.; Hinsinger, K.; Flynn, A. S.; Powell, N.; Tristram, A.; Balzarini, J.; McGuigan, C. Eur. J. Med. Chem. 2014, 78, 259.
[32] (a) Celewicz, L.; Jozwiak, A.; Ruszkowski, P.; Laskowska, H.; Olejnik, A.; Czarnecka, A.; Hoffmann, M.; Hladon, B. Bioorg. Med. Chem. 2011, 19, 6375.
(b) Aliouane, L.; Rigaud, B.; Pfund, E.; Jean, L.; Renard, P. Y.; Lequeux, T. Tetrahedron Lett. 2011, 52, 259.
[33] Pertusati, F.; McGuigan, C. Chem. Commun. 2015, 51, 8070.
[34] Ross, B. S.; Reddy, P. G.; Zhang, H. R.; Rachakonda, S.; Sofia, M. J. J. Org. Chem. 2011, 76, 8311.
[35] Ryan, M.; Liu, T.; Dahlquist, F. W.; Griffith, O. H. Biochemistry 2001, 40, 9743.
[36] (a) Eastgate, M. D.; Schmidt, M. A.; Fandrick, K. R. Nat. Rev. Chem. 2017, 1, 0016, DOI:10.1038/s41570-017-0016.
(b) Tran, K.; Beutner, G. L.; Schmidt, M.; Janey, J.; Chen, K.; Rosso, V.; Eastgate, M. D. J. Org. Chem. 2015, 80, 4994.
[37] (a) Liu, S.; Zhang, Z. F.; Xie, F.; Butt, N. A.; Sun, L.; Zhang, W. B. Tetrahedron:Asymmetry 2012, 23, 329.
(b) Zhang, Z. F.; Xie, F.; Jia, J.; Zhang, W. B. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15939.
[38] DiRocco, D. A.; Ji, Y. N.; Sherer, E. C.; Klapars, A.; Reibarkh, M.; Dropinski, J.; Mathew, R.; Maligres, P.; Hyde, A. M.; Limanto, J.; Brunskill, A.; Ruck, R. T.; Campeau, L.-C.; Davies, I. W. Science 2017, 356, 426.
[39] McGuigan, C.; Murziani, P.; Slusarczyk, M.; Gonczy, B.; Vande Voorde, J.; Liekens, S.; Balzarini, J. J. Med. Chem. 2011, 54, 7247.
[40] McGuigan, C.; Madela, K.; Aljarah, M.; Gilles, A.; Brancale, A.; Zonta, N.; Chamberlain, S.; Vernachio, J.; Hutchins, J.; Hall, A.; Ames, B.; Gorovits, E.; Ganguly, B.; Kolykhalov, A.; Wang, J.; Muhammad, J.; Patti, J. M.; Henson, G. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010, 20, 4850.
[41] Bourdin, C.; McGuigan, C.; Brancale, A.; Chamberlain, S.; Vernachio, J.; Hutchins, J.; Gorovits, E.; Kolykhalov, A.; Muhammad, J.; Patti, J.; Henson, G.; Bleiman, B.; Bryant, K. D.; Ganguly, B.; Hunley, D.; Obikhod, A.; Walters, C. R.; Wang, J.; Ramamurty, C. V. S.; Battina, S. K.; Rao, C. S. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2013, 23, 2260.
[42] Gardelli, C.; Attenni, B.; Donghi, M.; Meppen, M.; Pacini, B.; Harper, S.; Di Marco, A.; Fiore, F.; Giuliano, C.; Pucci, V.; Laufer, R.; Gennari, N.; Marcucci, I.; Leone, J. F.; Olsen, D. B.; MacCoss, M.; Rowley, M.; Narjes, F. J. Med. Chem. 2009, 52, 5394.
[43] Derudas, M.; Carta, D.; Brancale, A.; Vanpouille, C.; Lisco, A.; Margolis, L.; Balzarini, J.; McGuigan, C. J. Med. Chem. 2009, 52, 5520.
[44] Slusarczyk, M.; Lopez, M. H.; Balzarini, J.; Mason, M.; Jiang, W. G.; Blagden, S.; Thompson, E.; Ghazaly, E.; McGuigan, C. J. Med. Chem. 2014, 57, 1531.
[45] Pertusati, F.; Hinsinger, K.; Flynn, A. S.; Powell, N.; Tristram, A.; Balzarini, J.; McGuigan, C. Eur. J. Med. Chem. 2014, 78, 259.
[46] Velanguparackel, W.; Hamon, N.; Balzarini, J.; McGuigan, C.; Westwell, A. D. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2014, 24, 2240.
[47] Toti, K. S.; Derudas, M.; Pertusati, F.; Sinnaeve, D.; Van den Broeck, F.; Margamuljana, L.; Martins, J. C.; Herdewijn, P.; Balzarini, J.; McGuigan, C.; Van Calenbergh, S. J. Org. Chem. 2014, 79, 5097.
[48] McGuigan, C.; Derudas, M.; Gonczy, B.; Hinsinger, K.; Kandil, S.; Pertusati, F.; Serpi, M.; Snoeck, R.; Andrei, G.; Balzarini, J.; McHugh, T. D.; Maitra, A.; Akorli, E.; Evangelopoulos, D.; Bhakta, S. Bioorg. Med. Chem. 2014, 22, 2816.
[49] Jonckers, T. H. M.; Tahri, A.; Vijgen, L.; Berke, J. M.; Lachau-Durand, S.; Stoops, B.; Snoeys, J.; Leclercq, L.; Tambuyzer, L.; Lin, T. I.; Simmen, K.; Raboisson, P. J. Med. Chem. 2016, 59, 5790.
[50] McGuigan, C.; Kelleher, M. R.; Perrone, P.; Mulready, S.; Luoni, G.; Daverio, F.; Rajyaguru, S.; Le Pogam, S.; Najera, I.; Martin, J. A.; Klumpp, K.; Smith, D. B. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2009, 19, 4250.
[51] Derudas, M.; Brancale, A.; Naesens, L.; Neyts, J.; Balzarini, J.; McGuigan, C. Bioorg. Med. Chem. 2010, 18, 2748.
[52] Derudas, M.; Quintiliani, M.; Brancale, A.; Andrei, G.; Snoeck, R.; Balzarini, J.; McGuigan, C. Antivir. Chem. Chemother. 2010, 21, 15.
[53] McGuigan, C.; Thiery, J. C.; Daverioa, F.; Jiang, W. G.; Davies, G.; Mason, M. Bioorg. Med. Chem. 2005, 13, 3219.
[54] Siegel, D.; Hui, H. C.; Doerffler, E.; Clarke, M. O.; Chun, K.; Zhang, L. J.; Neville, S.; Carra, E.; Lew, W.; Ross, B.; Wang, Q.; Wolfe, L.; Jordan, R.; Soloveva, V.; Knox, J.; Perry, J.; Perron, M.; Stray, K. M.; Barauskas, O.; Feng, J. Y.; Xu, Y. L.; Lee, G.; Rheingold, A. L.; Ray, A. S.; Bannister, R.; Strickley, R.; Swa-minathan, S.; Lee, W. A.; Bavari, S.; Cihlar, T.; Lo, M. K.; Warren, T. K.; Mackman, R. L. J. Med. Chem. 2017, 60, 1648.
[55] Warren, T. K.; Jordan, R.; Lo, M. K.; Ray, A. S.; Mackman, R. L.; Soloveva, V.; Siegel, D.; Perron, M.; Bannister, R.; Hui, H. C.; Larson, N.; Strickley, R.; Wells, J.; Stuthman, K. S.; Van Tongeren, S. A.; Garza, N. L.; Donnelly, G.; Shurtleff, A. C.; Retterer, C. J.; Gharaibeh, D.; Zamani, R.; Kenny, T.; Eaton, B. P.; Grimes, E.; Welch, L. S.; Gomba, L.; Wilhelmsen, C. L.; Nichols, D. K.; Nuss, J. E.; Nagle, E. R.; Kugelman, J. R.; Palacios, G.; Doerffler, E.; Neville, S.; Carra, E.; Clarke, M. O.; Zhang, L. J.; Lew, W.; Ross, B.; Wang, Q.; Chun, K.; Wolfe, L.; Babusis, D.; Park, Y.; Stray, K. M.; Trancheva, I.; Feng, J. Y.; Barauskas, O.; Xu, Y. L; Wong, P.; Braun, M. R.; Flint, M.; McMullan, L. K.; Chen, S. S.; Fearns, R.; Swaminathan, S.; Mayers, D. L.; Spiropoulou, C. F.; Lee, W. A.; Nichol, S. T.; Cihlar, T.; Bavari, S. Nature 2016, 531, 381.
[56] Meneghesso, S.; Vanderlinden, E.; Brancale, A.; Balzarini, J.; Naesens, L.; McGuigan, C. Chem. Med. Chem. 2013, 8, 415.
[57] Kandil, S.; Balzarini, J.; Rat, S.; Brancale, A.; Westwell, A. D.; McGuigan, C. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2016, 26, 5618.
[58] Mehellou, Y.; Valente, R.; Mottram, H.; Walsby, E.; Mills, K. I.; Balzarini, J.; McGuigan, C. Bioorg. Med. Chem. 2010, 18, 2439.
[59] Meneghesso, S.; Vanderlinden, E.; Stevaert, A.; McGuigan, C.; Balzarini, J.; Naesens, L. Antivir. Res. 2012, 94, 35.
[60] McGuigan, C.; Bourdin, C.; Derudas, M.; Hamon, N.; Hinsinger, K.; Kandil, S.; Madela, K.; Meneghesso, S.; Pertusati, F.; Serpi, M.; Slusarczyk, M.; Chamberlain, S.; Kolykhalov, A.; Vernachio, J.; Vanpouille, C.; Introini, A.; Margolis, L.; Balzarini, J. Eur. J. Med. Chem. 2013, 70, 326.
[61] McGuigan, C.; Madela, K.; Aljarah, M.; Bourdin, C.; Arrica, M.; Barrett, E.; Jones, S.; Kolykhalov, A.; Bleiman, B.; Bryant, K. D.; Ganguly, B.; Gorovits, E.; Henson, G.; Hunley, D.; Hutchins, J.; Muhammad, J.; Obikhod, A.; Patti, J.; Walters, C. R.; Wang, J.; Vernachio, J.; Ramamurty, C. V. S.; Battina, S. K.; Chamberlain, S. J. Med. Chem. 2011, 54, 8632.
[62] Perrone, P.; Luoni, G. M.; Kelleher, M. R.; Daverio, F.; Angell, A.; Mulready, S.; Congiatu, C.; Rajyaguru, S.; Martin, J. A.; Leveque, V.; Pogam, S. L.; Najera, I.; Klumpp, K.; Smith, D. B.; McGuigan, C. J. Med. Chem. 2007, 50, 1840.
[63] Osgerby, L.; Lai, Y. C.; Thornton, P. J.; Amalfitano, J.; Le Duff, C. S.; Jabeen, I.; Kadri, H.; Miccoli, A.; Tucker, J. H. R.; Muqit, M. M. K.; Mehellou, Y. J. Med. Chem. 2017, 60, 3518.