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

（江西兄弟醫藥有限公司，江西 九江 332700）

馬沙骨化醇對于銀屑病具有很高的臨床醫學價值；另一種活性維生素D，艾爾骨化醇可形成生理性強壯的骨，通過調節鈣和骨代謝幾乎不會骨折，維生素D類似物2B（3-羥丙氧基）骨化三醇[ED-71]作為治療骨質疏松癥的藥物，它比骨化三醇更有效。對活性維生素D3衍生物進行化學合成和生產，則需要使用Wittig-Horner偶聯的方法。通過復雜的化學合成過程是為了得到維生素D共軛三烯，之后引入側鏈。在臭氧的環境下維生素D2會被還原，這個過程將使維生素D2失去乙酰基的保護，同時伯醇會產生一定的斯文氧化，最終形成醛，之后再酮羰基旁引入氟原子，氟原子數量為兩個，從而使TBS和MON失去保護作用，形成含α的側鏈，從而形成6個活性維生素D3的衍生物。

維生素；化學合成：共軛三烯；活性維生素

維生素D是20世紀初發現的治療佝僂病的藥物，1971年Deluca鑒定出活性維生素D骨化三醇的結構，Kdicek發現腎臟中存在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。1983年，楚蓋將艾爾骨化醇的應用范圍擴大到骨質疏松癥的治療。從1974年起，筆者參與了艾爾骨化醇的開發。1981年SUDA等發現了活性維生素D的誘導分化活性，當時筆者提出了通過改變骨化三醇的結構將誘導分化活性與鈣活性分開的挑戰。最后，提出了 2種維生素D類似物OCT和D-71，oxaccalcitriol OCT在誘導分化活性方面比calcitriol有更強的作用。另一方面，2β(3-羥丙氧基）骨化三醇（ED-71）在誘導分化活性方面比骨化三醇弱，對鈣調節活性有較強的作用，本文將著重介紹阿爾法骨化醇和ED-71作為骨質疏松癥的治療藥物。

維生素作為激素在醫院領域應用十分廣泛，其中包含鈣的調節、免疫力的提升、疾病的治療等。現在國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]。更深層地開發和研究活性維生素D3，對該類藥物的改良和發展具有重要作用。我國目前正在廣泛使用的2種活性維生素D3類藥物都是引進了日本的醫藥技術進行生產的，一種是艾爾骨化醇，服用后對骨質疏松的病人具有很好的醫療效果；另一種是馬沙骨化醇，對于銀屑病具有很高的臨床醫學價值[2]。生產上常用的合成方式為甾體法，但得到的共軛二烯并沒有很強的穩定性，并且還存在熱重排、收率較低的現象，最終形成的產物還需要高效液相分離純化的過程。所以要加大對這2種醇類的研究，創新合成方法，使用Witting-Horner偶聯策略，讓合成技術更加成熟。

1 馬沙骨化醇的合成研究

1.1 活性維生素D3簡介

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年確定其結構，之后逐漸解釋了其代謝機制[3]。

人體皮膚中存在7-去氫膽固醇，該物質中的B環在紫外線照射的環境中會開裂，從而轉化成為前維生素D3，再通過人體溫度的加熱重排，會生成維生素D3。該物質的來源不僅僅是依靠自身的合成，人體還會從食物中攝取，常見的攝取食物有兩類，一類是乳制品，一類是魚肝油。維生素D3會與體內的維生素D共同結合蛋白，在通過血液的運輸到達肝臟，在25-羥化酶環境下發生改變，從而生成 25-羥基維生素D3。該物質與DBP相互作用，通過血液循環到達腎臟，在1α-羥化酶的環境中，形成具有活性的維生素D3。除了以上所述的方式，還有腎上細胞可以產生活性維生素D3。腎上細胞常見的有3種：巨噬細胞、單核細胞、主動脈內皮細胞[4]。

圖1 活性維生素D3的生物合成機制

1.2 馬沙骨化醇的作用機制

馬沙化骨醇可以結合VDR和DBP，但其結合能力與活性維生素D3相比，僅是為后者的1/8～1/580。形成結合能力差別的原因是側鏈旋轉的程度不同[5]，還有一種原因是馬沙骨化醇能夠在血液的環境下可以和低密度脂蛋白結合。因為甲狀旁表達最多的是低密度脂蛋白，所以在用藥后短時間內就可以發生聚集，時間是在2～10 min，從而抑制了該區域的腺激素分泌，藥代動力學參數如表1所示。因為馬沙骨化醇和DBP結合能力一般，所以會快速地通過血清代謝抵達膽汁，不能再在血漿內擁有穩定的濃度，從而降低了腸道對鈣吸收的能力，達到減輕高血鈣的效果。

表1 藥代動力學參數

2 艾爾骨化醇的合成研究

2.1 艾爾骨化醇的發現

為了更好地弄清維生素D3構效，研究人員研究出許多A環的衍生物，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疏松。

在研究剛開始時候，A環的結構修飾相對集中，通常表現出3種形式：去除羥基、反轉結構、氟原子替代羥基。在表現出的所有形式中生物活性都沒有突出的提高。在艾爾骨化醇合成的過程中，有一個最終主要核心是環氧中間體[6]。該物質在親核試劑的環境下構型時能夠選擇性地合成2 種類衍生物。根據這種現象，科研人員會在2 位置引入羥基烷氧基側鏈，其中引入的長度都是不相同的，從而得到不同的艾爾骨化醇衍生物。統計數據得出，在骨鈣動員能力上，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D3，一方面是骨鈣動員，另一方面是腸鈣吸收。在保證高血鈣數值在正常的范圍內時，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：抑制細胞增殖、促進癌細胞誘導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養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用于骨質疏松癥的治療，日本的臨床醫生已接受艾爾骨化醇作為治療骨質疏松癥的藥物。然而，骨化三醇及其類似物用于骨質疏松癥的治療仍存在爭議。國際上對維生素D活性形式治療骨質疏松癥的療效存在一些誤解。活性維生素D治療骨質疏松癥的陽性數據，因為臨床研究在總鈣攝入量高的情況下有不可接受的方案，這些結果嚴重影響了對活性維生素D治療骨質疏松癥療效的評價，導致對活性維生素D的誤解。Tilyardet al.報告稱，用骨化三醇連續治療絕經后骨質疏松癥婦女3年是安全的，并且顯著降低了新的脊椎骨折的發生率，與對照組相比，活性維生素治療組骨質疏松癥患者的骨折發生率降低了約一半，攝入400～800 mg鈣對骨折有顯著的預防作用。最近，芬蘭的Sair-anen等報道了骨化三醇治療對股骨頸骨密度和腰肌松的長期影響，重要的是所有患者的鈣攝入量都調整為每天800 mg。

必須強調的是，骨質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。當大劑量給大鼠服用母體維生素D時，骨量增加，但令人驚訝的是，在皮質骨中觀察到許多疏松區域。另一方面，服用艾爾骨化醇可增加生理性骨，而無須觀察骨質疏松。必須給予維生素D、D-激素的活性形式，并提供相當于RDA的鈣供應。艾爾骨化醇可形成生理性強壯的骨，通過調節鈣和骨代謝幾乎不會骨折。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]作為治療骨質疏松癥的藥物，它比骨化三醇更有效。ED-71目前正在日本進行2期臨床研究。

艾爾骨化醇可以和VDR相結合，對基因的表達進行控制，達到提高骨密度的效果。艾爾骨化醇和VDR結合能力比活性維生素D3低，前者能力是后者能力的1/8。但是在持續時間上兩者表現得形式不同，艾爾骨化醇在用藥7天后，仍然可以以高水平表達出骨鈣素m-RNA，但是活性維生素D3在用藥12 h后，表達骨鈣素m-RNA就出現下降的情況。在促進表達CYP24A1的能力，艾爾骨化醇是要高于活性維生素D3。因此說明活性維生素D3類藥物的活性和VDR結合能力沒有相應的聯系，而是與結合模式密切相關[9]。

艾爾骨化醇中的2-3-羥基丙氧基中側鏈占據平伏鍵，從而讓A環的結構構造傾向于β構造，從加強的艾爾骨化醇和VDR結合的穩定性，增加了兩者結合時間，最大限度地保證了生物活性[10]。

因為2-3-羥基丙氧基能夠和DBP結合，組成氫鍵和范德華力，這時艾爾骨化醇的DBP結合能力相當于活性維生素的2倍，所以血漿半衰期存在的時間會更長。艾爾骨化醇與活性維生素D3相比，雖然前者的峰值時小于后者的，但是前者在血液中恒定濃度存在的時間是要高于后者的，能夠能長時間地促進小腸對鈣的吸收。因為艾爾骨化醇具有專一性，所以在人體組織中分布表現出一定的特異性，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-羥化酶的結合能力，從而增強其在代謝中活性的持久性，更好更長時間地在靶細胞內發揮作用。

3 結 論

1）使用Wittig-Horner偶聯的方法，原料選用的是維生素D2，通過一系列的反應，創新研究出馬沙骨化醇的合成形式。

2）在CD環合成過程中，第一次采用手性配體來誘導不對稱還原反應的發生，其中手性配體有兩種，一種是（R）-CBS，另一種是（S）-CBS。從而構建出兩種手性仲醇，一種是（S）-30，另一種是（R）-30。

3）把CD環仲氧化成酮，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上更好的發展，使用的合成方法和研究線路能夠保證活性維生素D3衍生物的結構多樣性。

5）合成了A環和CD環之間的中間體，使用Wittig-Horner偶聯去除保護基，形成新的艾爾骨化醇合成方式。

6）通過MOM保護基取代了TBS的位置，從而解決TBS位移的問題，在通過23步轉化合成出A環磷氧中間體。

7）創新性地將起始原料改為D-甘露醇，從而成功構建出A環的3個手性中心。

8）形成艾爾骨化醇中A環中間體的過程過于復雜和繁瑣，應創新研制出更加便捷的合成方式。

［1］趙國棟. 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[D].濟南：山東大學，2017.

［2］尹貽貞. 活性維生素D3類藥物馬沙骨化醇的合成研究[D].濟南：山東大學，2011.

［3］龔愛秀.活性維生素D在防治牙周炎中的作用及機制研究[D].南京：南京醫科大學，2016.

［4］張崢.活性維生素D類藥物Maxacalcitol的合成研究[D].成都：西南交通大學，2013.

［5］曹樹翼. 活性維生素D3對糖尿病大鼠足細胞nephrin、podocin、WT1表達的影響[D].石家莊：河北醫科大學，2013.

［6］李素仙. 活性維生素D3對UUO大鼠腎間質TGF-β1/Smads信號軸核酸表達的影響[D].太原：山西醫科大學，2013.

［7］尹貽貞，劉兆鵬. 活性維生素D3的抗腫瘤信號轉導作用[J]. 生命的化學，2009，29（4）：552-556.

［8］汪永輝，宋衛強，劉苗，等. 活性維生素D3類藥物構效關系的研究進展[J]. 華西藥學雜志，2014，29（4）：455-459.

［9］潘偉男，鄧水秀. 維生素D受體及維生素D受體激動劑的研究進展[J]. 廣州醫藥，2014，45（6）：83-86.

［10］張莉，楊會芬，曲壯志，等. 應用離子交換樹脂探索維生素B1合成新方法[J]. 遼寧化工，2016，45（4）：424-425.

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年畢業于貴州大學，研究方向：應用化學。

TQ466.4

A

1004-0935（2021）12-1850-04