磷酸類分子的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展
天然產(chǎn)物中有許多含有碳-磷鍵的化合物，它們?cè)卺t(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著多個(gè)該類化合物的生物合成基因簇被克隆，人們對(duì)這類化合物的生物化學(xué)和生物學(xué)特性有了進(jìn)一步的了解。
圖1 ? ?生物活性膦酸鹽及常見(jiàn)中間體的化學(xué)結(jié)構(gòu)
其中，磷酸類和次磷酸類化合物是一類尚未被充分開(kāi)發(fā)的生物活性物質(zhì)，它們具有非常高的穩(wěn)定性，可以耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、耐高溫，不容易被水解或代謝。
與此同時(shí)，C-P化合物通常具有較高的結(jié)合親和力，因此常常能作為強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，是持久性藥物分子或酶抑制劑的理想候選（圖1）。
鑒于C-P類化合物與磷酸酯及羧酸類似物在結(jié)構(gòu)上的高度相似，其在細(xì)胞代謝和信號(hào)調(diào)控中具有廣泛的作用靶點(diǎn)，在蛋白磷酸化和蛋白水解等關(guān)鍵生理過(guò)程中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。
膦酸結(jié)構(gòu)的藥理活性
鑒于C-P類化合物與磷酸酯及羧酸類似物在結(jié)構(gòu)上的高度相似，其在細(xì)胞代謝和信號(hào)調(diào)控中具有廣泛的作用靶點(diǎn)，在蛋白磷酸化和蛋白水解等關(guān)鍵生理過(guò)程中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。
抗炎劑：高效糜蛋白酶抑制劑
在炎癥過(guò)程中，促使炎癥疾病加劇的關(guān)鍵因素是蛋白酶與抗蛋白酶之間的失衡。而在炎癥當(dāng)中，尤其是肺炎，過(guò)度的糜蛋白酶可能會(huì)導(dǎo)致肺部組織的進(jìn)一步損傷，因此它已成為抑制細(xì)胞外基質(zhì)破壞和組織重塑的潛在治療靶點(diǎn)。
其中，肥大細(xì)胞與中性粒細(xì)胞是諸多疾病中關(guān)鍵的炎癥參與者，通過(guò)釋放大量有害的絲氨酸蛋白酶，破壞組織功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加重病情。基于這一機(jī)制，開(kāi)發(fā)一種能夠同時(shí)抑制中性粒細(xì)胞與肥大細(xì)胞的雙重抑制劑是研究前沿的策略之一。
圖 2 ?Fosinopril的結(jié)構(gòu)和生物轉(zhuǎn)化途徑
在此背景下，研究者識(shí)別出一種強(qiáng)效的非肽類小分子抑制劑RWJ-355871（圖 2），以二乙基-1-萘甲基膦酸酯為起始反應(yīng)物，并用用正丁基鋰（BuLi）進(jìn)行鋰化，隨后與 2,3-萘甲酸酐（2,3-naphthoic anhydride）反應(yīng)生成中間體A，通過(guò)芐酰化保護(hù)反應(yīng)生成中間體 G，與甲基碘烷基化反應(yīng)得到中間體H，最后通過(guò)脫Boc與縮合反應(yīng)得到目標(biāo)化合物RWJ-3558713。
其中，磷酸酯中間體A所含有的磷酸酯部分是RWJ-355871分子中最重要的極性基團(tuán)之一，有助于其與蛋白酶活性位點(diǎn)形成穩(wěn)定的氫鍵或離子作用。
抗AD藥物：BACE1 靶點(diǎn)新型抑制劑
阿爾茲海默?。ˋD）一直以來(lái)是醫(yī)藥領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，目前在AD治療方面最新且最重要的研究進(jìn)展集中在以BACE1 為關(guān)鍵靶點(diǎn)的藥物開(kāi)發(fā)上。
β-分泌酶（BACE1）是β-淀粉樣蛋白（Aβ）產(chǎn)生所必需的酶類，在AD患者的大腦和體液中存在較高的濃度和活性水平，廣泛表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，尤其富集于神經(jīng)元，被認(rèn)為是值得研究的AD治療靶點(diǎn)。其中最有效的 BACE1 抑制劑之一是 OM00-3(= 0.3 nM)，為第二代 BACE1 抑制劑。
圖 3 BACE1的磷酰二肽等排體抑制劑設(shè)計(jì)
和合成路線
（具體反應(yīng)條件請(qǐng)參考文獻(xiàn)6）
Manzenrieder 等人隨后報(bào)道了一種以膦酰二肽（PDP）同構(gòu)體作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的新型BACE1抑制劑設(shè)計(jì)策略。其中，PDP同構(gòu)體的合成始于 [1-[(芐氧羰基)氨基]-3-甲基丁基]膦酸（圖3化合物1）的制備，通過(guò)六甲基二硅氮烷（HMDS）預(yù)處理生成雙（三甲基硅基）膦酸酯（BTSP）中間體，再與甲基丙烯酸酯進(jìn)行Michael加成制得關(guān)鍵結(jié)構(gòu)2。
磷酸類前藥與遞藥應(yīng)用
酸類化合物通常帶有負(fù)電荷、強(qiáng)極性，導(dǎo)致其生物膜通透性差，易在體內(nèi)被清除，難以到達(dá)靶向組織，因此常常通過(guò)酯化的結(jié)構(gòu)修飾提高脂溶性與吸收率。
Fosinopril就是一個(gè)典型的磷酸酯類前藥（圖 4化合物36），可用于治療高血壓，具有優(yōu)異的口服生物利用度。在人體血漿、腸道和肝臟中，F(xiàn)osinopril 可水解并自發(fā)降解，產(chǎn)生無(wú)毒副產(chǎn)物——丙酸和異丁醇，同時(shí)釋放出活性形式?Fosinoprilat（圖 4化合物37）。
Fosinoprilat是一種血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）抑制劑，可降低血壓，它同時(shí)通過(guò)腎臟和肝臟代謝，消除半衰期約為 12 小時(shí)，使其成為治療原發(fā)性高血壓的優(yōu)秀口服藥物替代方案。
結(jié)語(yǔ)：磷酸類中間體的未來(lái)展望
磷酸類中間體中的磷酸基團(tuán)可以通過(guò)模擬肽類底物中可裂解酰胺鍵的四面體過(guò)渡態(tài)，成為結(jié)構(gòu)上的等排體（isostere），這一特性成為了磷酸化合物在藥物設(shè)計(jì)中極具指導(dǎo)性的結(jié)構(gòu)理念。
這種磷酸結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于骨質(zhì)疏松、抗癌以及降壓等領(lǐng)域的前藥設(shè)計(jì)，并且在靶向藥物遞送方面也取得了顯著進(jìn)展，能夠?qū)⒒钚运幬镉行У厮瓦_(dá)特定部位并維持合適濃度。
這些特性有助于進(jìn)一步推動(dòng)磷酸類中間體在阿爾茨海默病、艾滋病以及丙型肝炎等醫(yī)療領(lǐng)域進(jìn)行理性藥物設(shè)計(jì)，發(fā)揮治療潛力。