心腦血管疾病治療藥物共晶研究進展*

袁鵬輝，楊德智，胡堃，杜冠華，張麗，呂揚

(北京協和醫學院中國醫學科學院藥物研究所1.晶型藥物研究北京市重點實驗室；2.藥物靶點研究與新藥篩選北京市重點實驗室，北京 100050)

共晶是指一種多組分晶體，其中所有組分的單質形態在室溫條件下都處于固體狀態。共晶中這些組分在分子水平上共存于一個單晶體中，且整個分子不會被從共價鍵的角度進行修飾[1]。對于共晶的定義一直存在有爭議[2-3]，而在藥物研發領域中，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鍵的作用下結合而成的晶體，其中API和CCF 的純態也符合在室溫下均為固體這一條件，同時共晶中各組分之間存在固定的化學計量比。盡管成鹽、溶劑化物與多晶型在改進藥物固體狀態方面所提供的選擇已有很多，但仍會存在許多無法避免的問題，如缺少可電離基團的藥物無法成鹽、溶劑合物易去溶劑及安全性問題與藥物的多晶型種類限制等。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計不限于二元組合，三元或四元等多元組合的藥物共晶也同樣具有實現的可能，且共晶的高穩定性也是其優勢之一。藥物的多晶型現象可以嚴重影響藥物的臨床治療效果、毒副作用及藥品質量等性質[5]，藥物共晶則更是如此。在API優化過程中，采用共晶技術有利于優化藥物的物理和化學性質，改善生物學性質，如藥物開發過程中所涉及到的溶解度、穩定性和生物利用度問題。同時也意味著不改變API的化學組成就可以得到一種可申請專利的全新固體形式。這在醫藥知識產權領域也有著十分重要的意義[6]。

近年來，我國心腦血管疾病發生率逐漸升高，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公共衛生的重大問題，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，需要不斷研究探索、尋找和發現生物利用度高、療效好的藥物，這對于防治心腦血管疾病具有至關重要的作用。

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

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合物，是首個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，腦啡肽酶是負責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-醛甾酮系統有害作用的同時增強利鈉肽的有利作用。LCZ696是利用共晶技術構建雙效藥物的第一個例子，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LCZ696結晶，并進行單晶X射線衍射實驗分析，解析LCZ696的單晶結構，發現兩種藥物分子之間通過氫鍵網絡結合而成，LCZ696的穩定性也很大程度上得益于這種結合方式。見圖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銷售增長最快的藥物之一，作為抗高血壓一線用藥已在全球80多個國家獲準上市[12]。但其本身是一種生物藥劑學分類系統(biopharmaceutics classification system，BCS)Ⅱ類的藥物，具有低溶解性和高滲透性[13]。為了提高其體內生物利用度，THOMAS等[14]采用溶劑蒸發法將不同的共晶形成物(CCF)與纈沙坦制備共晶，發現其與琥珀酸(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性質，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]也發現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定型的5倍。

2.2氫氯噻嗪(hydrochlorothiazide，HCT) 氫氯噻嗪是臨床應用較廣的利尿降壓藥[16]，屬于BCSⅣ類藥物，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。實驗結果表明，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散/膜滲透性。

EL-GIZAWY等[18]也發現利用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。溶出實驗結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用，二者聯合應用可以更好地協調降壓[20]。制備獲得的HCT-ATL共晶也增加HCT的溶解度、流動性和可壓縮性，更有利于藥物釋放與遞送。見表1。

表1 HCT九種共晶的制備方法與性質

3 冠心病治療藥物

3.1他汀類藥物

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)，并且對于冠心病的一級和二級預防也有明顯作用[21]。SHAYANFAR等[22]使用溶劑蒸發法制備ATC與卡維地洛(carvedilol，CVD)及格列本脲(glibenclamide，GLN)的共無定型物(ATC：CVD=ATC：GLN=1：1)。共無定型物在廣義上也屬于共晶的范疇。研究發現形成的共無定型物相比于晶態具有更好的物理化學和溶液穩定性，也預示著其可能會有更高的生物利用度。同時制備ATC和煙酰胺(nicotinamide，NIC)的共無定型物[23]，發現共無定型態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ATC。與ATC比較，共無定型態ATC-NIC具有更好的物理化學和藥動學性質。表明對于ATC這種藥物，共無定型物是增加其物理化學穩定性以及生物利用度的一個具有良好前景的方法。

WICAKSONO等[24-25]發現同樣采用溶劑蒸發法，ATC與馬來酸(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效他汀類藥物，對各類血脂異常患者的LDL-C降低效果均顯著優于其他同類藥物，在臨床應用中頗具應用前景[26]。

HAFNER等[27-28]發明瑞舒伐他汀鈣與香草醛及衍生物、山梨糖醇形成的共晶，在增加其穩定性的同時降低原有藥物的吸濕性并提高了生物利用度。FERRARI等[29]也發現瑞舒伐他汀的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穩定性，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地平類藥物 硝苯地平(nifedipine，NFD)是一種二氫吡啶類鈣離子通道阻滯藥，適用于變異型心絞痛和冠狀動脈痙攣所致心絞痛，是冠心病治療中的經典藥物。而二氫吡啶類藥物由于其結構特征，具有光不穩定性[30]。

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

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β1受體阻斷作用強于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系統降低心率的作用，期望兩者所形成的共晶可以用于治療室性心動過速、心房顫動伴快速心室反應、心房撲動、陣發性室上性心動過速等心律失常。

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，FUM)和馬來酸(MAL)的穩定結晶分子鹽，摩爾比分別為PRO：OXA=2：1、1：1；PRO：FUM=2：1、1：1；PRO：MAL=1：1。并且通過單晶X射線衍射技術解析出了每一種分子鹽的單晶結構。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雙嘧達莫(dipyridamole，DP) 雙嘧達莫是一種磷酸二酯酶抑制藥，具有抑制血小板聚集和擴血管作用，用于治療和預防缺血性腦卒中[36-37]。TANIGUCHI等[38]通過溫度梯度法使用9種反離子進行DP成鹽篩選，最終獲得6種DP鹽(鹽酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、對甲苯磺酸一水合物、苯磺酸一水合物與馬來酸鹽)，并且發現在中性介質中，所有DP鹽的溶解性較未成鹽狀態顯著改善。而進一步的動物實驗表明，DP對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大幅提升，這一特性可能會在臨床中針對伴有胃酸分泌過少的患者帶來更好的治療效果。

此外，VEPURI等[39]也發現一種雙嘧達莫鹽酸鹽三水合物的新型共晶，運用單晶X射線衍射分析揭示其通過氫鍵連接的超分子結構，采用分子動力學模擬與量子力學計算也較好解釋這種雙嘧達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依達拉奉(edaravone，ED) 依達拉奉是一種新型的強自由基清除劑，能夠有效改善急性腦梗死患者的神經功能缺損，且不良反應較少[40-41]。自國內外上市以來銷量快速上升，在缺血性腦卒中治療中普遍應用。

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

5.3達比加群酯(dabigatran elexilate，DE) 達比加群酯是近年來獲批的第一個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致的全身性栓塞[43-44]。與華法林等傳統抗凝藥物比較，其量-效關系明晰，能夠以固定的用量用法給藥而不需進行實驗室監測[45]。

SANWAL等[46]發明制備DE與甲磺酸結合形成的晶Ⅰ型鹽，ZHANG等[47]也發明并制備晶M型與晶N型甲磺酸鹽，在這兩種晶型下，DE的浸出時間、生物釋放、化學穩定性與加工適應性都有較大改善，而實際在市場上該藥也是以甲磺酸鹽的形式進行臨床應用。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法制備出達比加群酯四水合物單晶，并解析出晶體結構。

5.4阿哌沙班(apixaban，APX) 阿哌沙班是百時美施貴寶和輝瑞公司共同研發的抗凝血藥，直接作用于凝血因子Xa，用于預防全膝關節及全髖關節成形術后靜脈血栓栓塞，也可用于治療急性深靜脈血栓栓塞及心房顫動患者的卒中預防[49]。

CHEN等[50]通過采用溶劑緩慢蒸發的方法制備出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構。溶解度實驗結果表明在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乃巹訉W實驗結果表明，APX-OXA共晶AUC0-24 h是市售APX的2.7倍。以上結果顯示阿哌沙班的溶解度和生物利用度均通過共晶技術得以顯著改善。

6 結束語

目前，很多處于早期研發階段的API，雖然有著很好的藥理學活性，卻因為其溶解性或穩定性差而導致生物利用度低，無法最終成藥。這無疑會對藥物研發機構或企業造成巨大的經濟與資源損失。此外，很多已上市的藥物仍然存在生物利用度不足的特點，它們的溶解性、穩定性等物理化學性質仍有著很大地改善空間。共晶作為晶型藥物研究中的一個新方向，近年來正受到越來越多的關注。相較于以往藥物多晶型研究，共晶技術由于極大的拓寬CCF的選擇空間，具有著物質結合多元性的優點，可以有針對性地改善藥物的溶解度、物理化學穩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過程中，煙酸、琥珀酸、馬來酸、原兒茶酸、沒食子酸與甲磺酸等小分子有機酸類及煙酰胺、異煙酰胺與琥珀酰胺常常作為CCF與活性藥物成分結合形成共晶。并且像LCZ696與氫氯噻嗪-阿替洛爾共晶這類藥物的出現也提示著對多種藥物進行組合，從而在原有藥理作用基礎上增強療效、減輕毒副作用或產生協同藥理學作用機制是共晶藥物的一個巨大優勢，有著巨大的研究和市場開發潛力。但目前的共晶研究領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，雖然考察溶解性、溶出速率、穩定性等物理化學性質，但并沒有進一步進行藥理學作用與生物利用度的考察，仍有很大的研究空間。同時，研究發現的無定型共晶物也是有效改善API物理化學穩定性與生物利用度的一個具有良好應用前景的方法。