琥珀酰亞胺衍生物抗癲癇活性的研究進展

王詠琪,趙澤豐,2,年 夢,陳靖軒,2,喬海法,2,楊曉航*

1.陜西中醫藥大學，陜西省針藥結合重點實驗室，咸陽 712046；2.陜西中醫藥大學針灸推拿學院，咸陽 712046

琥珀酰亞胺的化學名為吡咯烷-2，5-二酮（pyrrolidine-2，5-dione，結構見圖1），又名丁二酰亞胺，是一種具有二酰基團的含氮雜環化合物，其結構片段廣泛存在于天然產物及化學藥物中，現代藥理研究表明，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用當屬用于抗癲癇藥物（antiepileptic drugs， AEDS）的開發，20 世紀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督管理局批準上市（結構見圖2），構成了第一代AEDS［1］的重要組成部分。目前認為其治療癲癇的主要機制是對鈣通道的阻滯作用，相似機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構式Fig.2 Structures of succinimide derivatives phensuximide, methsuximide and ethosuximide

基于琥珀酰亞胺的母核結構，藥物化學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、哌羅匹隆和首個被批準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，內容涵蓋上市藥物及合成衍生物，以時間為順序對琥珀酰亞胺衍生物的抗癲癇活性及構效關系進行探討，以期為該類藥物的進一步開發提供依據。

1 上市藥物的介紹

癲癇是一種常見的神經系統疾病。其發病機制復雜，中樞神經系統的異常興奮、離子通道的異常放電、遺傳因素及免疫系統疾病均被認為與癲癇發病有關［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 世紀很長一段時間內為患者減輕了癲癇發病帶來的痛苦。PTS 是琥珀酰亞胺類抗癲癇藥之一，主要針對癲癇小發作［5］。在癲癇小發作時，它通過抑制與意識喪失有關的陣發性棘波發揮作用，并通過抑制運動皮層的神經傳遞降低癲癇發作頻率。內源性物質方面，PTS 可以抑制由去極化引起的腦組織中環磷酸腺苷和環磷酸鳥苷的蓄積。簡化掉芳環結構的MTS 同樣被批準上市用于治療癲癇，其特點是可提高癲癇發作閾值，主要用于兒童失神發作的治療。在失神發作中，它通過抑制與意識喪失有關的陣發性棘慢波發揮作用。MTS 可使運動皮層受到抑制并使中樞神經系統對癲癇刺激的閾值升高。其作用機制與其和T 型電壓敏感性鈣通道結合有關。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作，其作用機制與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（結構見圖3）［6］。ETS是由MILLER C A 等［7］發起的一項構效關系（structure-activity relationship， SAR）研究衍生而來，該研究旨在設計和開發一種能有效對抗癲癇失神發作且不良反應小的藥物。研究發現，琥珀酰亞胺結構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構更類似于苯妥英，因此其效果強于同分異構體3，4-二苯基琥珀酰亞胺［9-11］。ETS 的開發也是為了尋找新的治療失神性發作的抗癲癇藥物，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作。

2 合成衍生物的研究進展

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）誘導的癲癇模型中，化合物2表現出與PTS 相近的活性。化合物1 和3（結構見圖3）在300 mg·kg-1劑量水平下可以起到與PTS 相當的抗癲癇作用。在后續研究中，結構相似的衍生物則未檢測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合。

1991年，根據先導化合物ETS 和2-芐基戊二酰亞胺的結構，課題組合成了一系列2-芐基琥珀酰亞胺衍生物，并測定了其抗癲癇活性［14］。結果發現，氯代化合物4 和5（結構見圖4）是活性最好的衍生物，在MES 模型下的半數有效量（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。根據實驗結果，作者初步推斷了該系列化合物的構效關系，但由于該系列化合物被測出較為明顯的神經毒性，限制了進一步的研究。

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

1999年，OBNISKA J 等［15］對3，3-二苯基琥珀酰亞胺母核衍生物的抗癲癇潛在活性進行了評估。結果表明，化合物6和7（結構見圖3）在MES 和皮下MES 測試中具有顯著活性。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N-苯氨基衍生物，并評價了它們的抗癲癇活性。在初篩結果中，化合物8（MES ED50為 69.89 mg·kg-1）為活性最佳的化合物，進一步進行藥代動力學及量效關系測定（見圖5）。結果表明，該化合物的半數中毒劑量（TD50）為500 mg·kg-1，其保護指數（protective index，PI=TD50/ED50）為7.15。SAR 分析結果表明，琥珀酰亞胺片段上較優的取代基團為二甲基、甲-乙基、甲-丙基等雙供電子基團，而苯環上較優的取代基為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效關系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出優于苯妥英的抗癲癇活性。SAR 分析結果表明，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 個苯環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效關系Fig.6 SAR of N-[(4-arylpiperazin-1-yl)-alkyl] succinimide derivatives

2010年，OBNISKA J 等［18］設計合成了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估了其生物活性。結果表明，活性較強的化合物10 和11（見圖3）的MES ED50值分別為21.4、28.83 mg·kg-1。進一步選取化合物12 進行精神運動性癲癇發作的6 Hz 電刺激測試，選取化合物13 在匹羅卡品誘導狀態和大鼠海馬點燃狀態下進行檢測，結果顯示2 種化合物均表現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，設計合成了多種琥珀酰亞胺衍生物。動物實驗初步結果表明，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 實驗中活性最好，ED50值分別為114.68、104.11、97.51 mg·kg-1。此外，在小鼠福爾馬林強直性疼痛模型中，這些化合物被證明具有一定的鎮痛作用，而在煙囪實驗中，上述化合物則被證明不會損害小鼠的運動協調性。體外實驗結果表明，其抗癲癇作用機制可能與影響電壓門控鈉通道和鈣通道有關。

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化合物的范圍［20］?；钚詼y定結果表明，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）的活性優于上市藥物ETS 和丙戊酸，且神經毒性較低（見圖3）。體外研究結果表明，化合物17 和18 在100 μmol·L-1的劑量下對電壓門控鈉通道Nav1.2 和L 型鈣通道有顯著調控作用。隨后的研究結果表明，上述化合物具有類似普瑞巴林的受體調控作用［21］，并測定了它們與GABAA、5-HT1A、5-HT2A受體和α1-腎上腺素受體的結合親和力。

2016年，KAMINSKI K 等［22］基于琥珀酰亞胺母核合成了新型雜環衍生物并將其作為抗癲癇候選藥物。優效衍生物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），轉棒實驗中該化合物的TD50值為335.8 mg·kg-1，表明該化合物具有良好的安全性。體外實驗結果表明，該化合物可有效調控神經元電壓敏感鈉通道，并能與L 型鈣通道的地爾硫?位點結合。

KAMINSKI K 等［23］在2016年設計合成出了更多的琥珀酰亞胺衍生物。其中化合物20 表現出較強的活性（MES，皮下PTZ 和6 Hz 的ED50分別為74.8、51.6、16.8 mg·kg-1）（見圖3）。在煙囪實驗中，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的小鼠強直性疼痛反應。

2017年，RYBKA S 等［24］根據ETS 和左乙拉西坦的SAR 分析結果，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。其中活性最強的化合物21（MES和皮下PTZ 的ED50分別為88.2、65.7 mg·kg-1）（見圖3）表現出比已知的AEDs 更高的保護指數。

RYBKA S 等［25］基于琥珀酰亞胺母核，通過席夫堿反應合成出多種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，并進一步評估了其抗癲癇活性。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 顯示出優于臨床AEDs的保護指數?；衔?2 的體外研究結果表明，其潛在作用機制可能與其阻斷神經元電壓敏感鈉通道及L 型鈣通道相關，抑制率分別為29.9%、66.1%。

經過前期大量的結構優化，SOCALA K 等［26］選擇了結構與化合物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 的構效關系及其結構優化Fig.7 SAR of KA-11 and its structural optimization

同時，化合物23 顯示出比窄譜AEDs 更為廣泛的保護作用，化合物23 的臨床前數據表明，其對不同類型的癲癇（包括強直陣攣性癲癇、局灶性發作癲癇和失神癲癇）均具有一定的治療潛力。體外實驗結果表明，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等多種癲癇相關的通道蛋白產生結合作用，進一步證實了該化合物治療癲癇的可靠性。此外，化合物23 已被證實對小鼠海馬的神經發生和神經退行性變過程無負面影響［27］，為后續臨床試驗奠定基礎。

基于化合物23 的結構，研究人員又設計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］表現出最佳抗癲癇活性。此外，化合物24 在由福爾馬林誘導的強直性疼痛和由奧沙利鉑誘導的神經性疼痛中均能表現出一定的緩解效應，表明其具有鎮痛活性。2020年，結構優化取得了新進展［30］。受上市藥物拉科酰胺的啟發，研究者將先導物25（見圖7）中一個額外的芳香環引入到化合物23 結構片段的不同區域中，期望起到增強抗癲癇活性及靶點親和力的效果。結果表明，化合物26（見圖7）在體內（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 轉運體和5-HT1A受體親和力測定）模型中均表現出較好的活性，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一步的臨床試驗奠定了基礎。

3 結論

琥珀酰亞胺作為一種基于天然產物的雜環類結構片段，在多種疾病治療藥物的設計中發揮了重要作用。目前琥珀酰亞胺的結構修飾工作主要通過以下策略：①在其雙亞甲基片段上進行碳鏈延伸，由苯琥胺等藥物的開發歷程可知，苯環的引入或缺失對活性有很重要的影響，乙琥胺的出現則是基于藥效及代謝效應結果，在生物電子等排體思路下設計而成；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，這種修飾方法會對琥珀酰亞胺的堿性產生較強影響，進而對活性產生影響。

縱觀抗癲癇藥物的開發歷程，琥珀酰亞胺類的乙琥胺等衍生物在其中占據了重要地位。在同期上市的包括地西泮、卡馬西平在內的以γ-氨基丁酸（GABA）受體為主要靶點的苯二氮?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，在藥物開發過程中仍需重視其毒性，而作用靶點的研究也需要進一步深入，針對GABA 受體的有效性也逐漸成為抗癲癇藥物開發過程檢測的主要標準之一。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展，為進一步開展這方面研究提供了理論依據，也將為以琥珀酰亞胺為母核設計更加安全有效的抗癲癇藥物做出貢獻。