作者：Drug hunter
瞬時受體電位香草酸亞型1(TRPV1)，也叫香草酸受體亞型1(VR1)，是一種對鈣離子有高滲透性的非選擇性陽離子通道。TRPV1是瞬時受體電位(TRP)超家族中第一個被發現存在於哺乳動物中的成員，其主要在中樞和外周的中、小型感覺神經元末端表達，在小腦、下丘腦、大腦皮質、嗅球、中腦、海馬等不同的腦區域中也都有發現，在調控傷害性刺激方面起到了重要作用。最早發現的TRPV1激動劑是辣椒鹼(Capsaicin，1)，起初研究表明辣椒鹼會使痛覺增敏，但是接下來的研究發現脫敏劑量的辣椒鹼能夠抑制疼痛。與 TRPV1激動劑相比，TRPV1 拮抗劑不會引起細胞內鈣離子的大量聚集，而是通過抑制鈣離子內流，從而抑制辣椒鹼引起的傷害性感受和熱痛覺增敏，尤其是減少在不同炎症模型中的熱痛覺增敏和減弱急性熱傷害性感受，避免了TRPV1激動劑的副作用。因此許多製藥公司都把研究重點放在TRPV1受體拮抗劑的研發上。
圖1 TRPV1激動劑（1, 2）和TRPV1拮抗劑（3）
Capsazepine是第一個競爭性TRPV1拮抗劑，是辣椒鹼的結構類似物，但其能同時抑制電壓門控鈣通道和TRPM8，對TRPV1沒有選擇性。Capsazepine可以阻斷辣椒鹼介導的嚙齒類動物疼痛反應，從而成為研究TRPV1拮抗劑在神經病理性疼痛模型的重要工具。考慮到Capsazepine較差的受體選擇性及理化性質，後續各大研究機構在其基礎上進行了深入的結構優化。
1.苯基/苄基脲
雅培公司對1,3-二取代脲類的研究始於對高通量篩選得到的羥基萘脲4（圖2）進行結構優化，儘管其具有一定的體外活性，但化合物4在動物模型中並沒有表現出鎮痛活性，主要原因在於其生物利用度較低。研究人員以各種含氮雜芳環代替羥基萘環，得到5-異喹啉脲化合物5（A-425619;圖2），其具有更好的藥代動力學性質和更高的水溶性。通過將苄基環合為茚滿環得到化合物6（ABT-102;圖2），ABT-102能夠有效降低齧齒動物模型的炎性反應及術後疼痛，骨關節炎和癌症痛。此外，多次給藥ABT-102連續5-12天能夠進一步提升其鎮痛活性，而相關的TPPV1誘導的高熱效應逐漸消失。
圖2 苯基/苄基脲TRPV1拮抗劑
為了改善其理化性質，在苄基的2位上以親脂性基團取代，並結合4-CF3得到化合物7（圖2），其表現出更好的藥代動力學和活性。然而由於時間依賴性地抑制CYP3A4，使得該化合物未能進入臨床前研究。吲唑核苷的N1甲基化得到化合物8（ABT-116;圖2），具有更好的體外活性和更低的CYP3A4抑制作用。2-氧代苯並咪唑類化合物9和10（圖2）有較好的TRPV1拮抗活性，能夠完全消除300nM辣椒素作用（IC50分別為1和0.51nM）。化合物9在誘導的機械性痛覺過敏試驗中顯示出顯著的抗痛覺過敏作用。拜耳公司從具有低口服生物利用度的萘酚尿素系列開始，獲得了四氫萘酚類TRPV1拮抗劑，其具有較好的口服生物利用度。四氫萘酚衍生物11（圖2）顯示出TRPV1高抑制活性（hTRPV1 IC50 = 3.3nM），口服後具有優異的血藥暴露，口服生物利用度良好（F = 74％，1mg/kg po，0.1mg/kg iv）。
圖3 TRPV1拮抗劑（二苄基脲12,13），TRPV1激動劑（二苄基硫脲14,15），
TRPV1拮抗劑（二苄基硫脲16,17），TRPV1拮抗劑（α-甲基醯胺18-20）
2.二苄基脲/硫脲
研究人員在前期發現二苄基脲和相應的硫脲衍生物可以作為辣椒鹼的類似物，PharmEste研究實驗室也開展了一系列結構優化以其獲得水溶性和代謝穩定性有所改善的TRPV1拮抗劑。新的O-羥烷基脲衍生物系列（化合物12和13;圖3）在辣椒素誘導的大鼠繼發性異常性疼痛模型中效果較好，並且具有抑制其促痛覺過敏作用（分別為53.1和47.9％的抑制率）。化合物12和13的R和S異構體表現出不同的抑制活性，其中化合物12的S優映體IC50為7nM，R對映體為53 nM。
據報導，硫脲類TRPV1激動劑14和15中的酚羥基用生物電子等排體甲基磺醯胺替換，得到了強效拮抗劑16和17（圖3）。其中化合物17（圖3）Ki值高達54nM，能夠抑制[3H] RTX與大鼠TRPV1的結合，以及具有降低辣椒素誘導的的Ca2+攝取，並具有低水平的弱激動作用，Ki值高達7.8nM。為了進一步優化4-甲基磺醯胺類TRPV1拮抗劑，設計了醯胺類拮抗劑，並進行廣泛的構效關係研究，得到了高活性的α-甲基醯胺類似物。其中，兩種α-甲基醯胺拮抗劑18和19（圖3）顯示出高結合親和力，Ki值分別為4.12和1.83nM。此外，它們在rTRPV1 / CHO細胞中也顯示出對Ca2+攝取的強拮抗作用，Ki值分別為0.58和5.2 nM。此外，2-苯丙酸酯鏈的S-構型（對應於化合物18的C1- 19;圖3）對於高拮抗活性至關重要。繼續研究α-甲基化立體構型對TPRV1受體拮抗影響，合成了簡單RTX硫脲拮抗劑的α-甲基化類似物。構效關係分析表明，C2取代對活性影響較少; 醯胺類似物優選S-構型，硫脲化合物則優選R-構型（C1R 20;圖3）。化合物20（圖3）分別在rTRPV1 / CHO細胞中的[3H] RTX結合和Ca2+攝取測定的體外競爭試驗中，Ki值分別高達10nM和23.9nM。
3.色滿和四氫喹啉脲
Abbott公司研究人員進行了進一步的結構優化，以改善脲類TRPV1拮抗劑的藥代動力學和效能，得到色滿和四氫二喹啉雙環骨架，包括5-異喹啉脲的苄基的構象限制體（A-425619），與原來的剛性茚滿骨架相比有助於改善其溶解度。化合物21和化合物22（圖4）是該類化合物的典型代表，在Ca2+攝取實驗中分別測得對hTRPV1受體的IC50值分別為5和7 nM。構效關係表明，不同的取代基如小親脂性三氟甲基，龐大的叔丁基和鹼性哌啶環均可耐受，而芳基取代基的位置是影響拮抗活性的關鍵，7和8位取代活性較高。此外，R-對映異構體顯示出比S-對映異構體更高的活性。色氨酸尿素21在多種動物疼痛模型均有效，且在大鼠中腦/血漿比率為0.42。雖然四氫喹啉脲類化合物是細胞色素CYP3A4的抑制劑，但經過結構優化得到了化合物22（hTRPV1 IC50 = 7nM，CYP3A4 = 47％抑制），表現出拮抗活性和CYP3A4抑制活性較優的平衡。在Abbott隨後發表的專利中，列出了另外一系列以異喹啉為核心的3位（甲基，氯或胺）取代為特徵的苯並二氫吡喃脲類衍生物（23圖4）。
圖4 色滿和四氫喹啉脲類TRPV1拮抗劑構效關係研究
4.哌嗪脲類
Johnson＆Johnson公司通過高通量篩選得到一系列激動劑和拮抗劑（包括吡啶基哌嗪脲）。典型化合物29（FLIPR）抑制了TRPV1介導的PMA和anandamide誘導的Ca2+內流（hTRPV1 IC50 = 74nM，rTRPV1 IC50 = 100nM; 圖5）。此外，構效關係研究得到了降低辣椒素和酸誘導的rTRPV1的活性（IC50分別為35和6 nM）衍生物30（BCTC;圖5），此後該化合物被廣泛用於動物模型的炎症和神經性疼痛研究。然而其代謝穩定性差，水溶性差，口服生物利用度低等問題限制了其進一步發展。進一步再哌嗪脲骨架上進行結構改造以改進藥代動力學得到化合物31（圖5），其被認為是第二代BCTC類似物。其哌嗪環上具有甲基取代，而BCTC的叔丁基苯基和吡啶環分別被苯並噻唑和噠嗪環代替。化合物31（hTRPV1 IC50CAP = 226nM，hTRPV1 IC50pH = 103nM）表現出更好的代謝穩定性，更長的半衰期，水溶性以及減少了對HERG通道的抑制。
使用四氫嘧啶並吖庚因骨架進行生物電子等排，發現了一系列新的TRPV1拮抗劑。利用先前由同一研究組報導的哌嗪脲系列中未公開的SAR，選擇3-三脲甲基-吡啶作為哌啶環上最合適的取代基進行結構優化。在炎症性疼痛和角叉菜膠誘導的熱痛覺過敏的體內模型中研究其鎮痛活性，儘管化合物32（hTRPV1 IC50 = 6nM;圖5）口服生物利用度低，但當以30mg/kg口服給藥時，化合物32顯著減輕熱痛覺過敏。隨後，改善水溶性的結構修飾得到哌嗪類似物33（hTRPV1 IC50 = 11nM）。與32（CL = 3.1L/h/kg）相比，該化合物進一步改善了大鼠體內藥代動力學性質（CL = 0.7L/h/kg），在大鼠中以5和30mg/kg顯著逆轉了角叉菜膠誘導的熱痛覺過敏。Purdue Pharma LP公司也對BCTC進行結構改造以期改善水溶性和藥代動力學性質，將BCTC的中心哌嗪環用四氫吡啶核的生物電子等排替換得到2-吡啶基-3,6-二氫吡啶甲醯胺衍生物。其中類似物34（V116517;圖5）在急性炎症性完全弗氏佐劑（CFA）模型顯示熱量痛覺過敏的劑量依賴性逆轉，ED50為2mg/kg，還能同時高效阻斷TRPV1在染色組織中的質子激活效應。
圖5 哌嗪脲（29,30），相關的嘧啶並[4,5-d]吖庚因（32,33）和四氫吡啶（34）
5.吡唑-羧醯胺/脲
有幾篇專利已報導基於吡唑環的TRPV1拮抗劑，其中Gr uenenthal GmbH公司對吡唑脲類和羧醯胺衍生物進行了全面深入的構效關係研究，該系列主要基於先前對N-苄基脲化合物的苄基環與吡唑環的取代。主要有含O的苯基乙醯胺（35），苯基丙醯胺（36）或苯基脲（37），均顯示出TPRV1受體的高親和力（hKi CAP值為1, 2和2 nM）。隨後，得到了帶有被N-環狀基團取代的苯基部分的吡唑基甲醯胺/脲衍生物，該類化合物中，苯基環被各種雜環烷基如氮雜環丁烷基，噻唑烷基，吡咯烷基，哌啶基和嗎啉基環所取代，其中優選化合物氮雜環丁烷衍生物38和噻唑烷39（圖6）的Ki親和力值分別為15和29nM。Grüntnthalhal公司研究小組也研究了吡唑基甲醯胺和尿素衍生物，帶有被磺醯基或磺醯胺基取代的苯基部分作為TRPV1配體。磺醯基衍生物（圖6所示化合物40）在結合實驗中Ki值為9nM。最優化合物為帶有磺醯胺鏈的丙醯胺化合物，如41,42和43（圖6），其Ki值<1nM（hKi CAP = 0.9, 0.7和0.3nM）。用吡啶部分替換42的苯環得到吡啶基丙醯胺化合物44和45（44，Ki CAP = 1nM；45，KiCAP = 3nM）
圖6 吡唑甲醯胺和吡唑脲（35-43）的SAR優化及吡啶基丙醯胺/脲（44,45）
小結
TRPV1拮抗劑能通過阻斷辣椒鹼、質子(pH5)、熱等激活TRPV1的效應，阻斷疼痛信號傳導的作用，從而產生鎮痛作用。目前開發出的TRPV1拮抗劑既有來源於對天然產物進行結構修飾獲得的芳基脲類化合物，也有來源於對高通量篩選獲得的先導化合物進行結構改造而得到的衍生物，除此之外，近年來還發現並修飾了許多其它結構類型的TRPV1拮抗劑，但靶點相關的體溫過高副作用仍然是TRPV1拮抗劑研究的難點，可喜的是，近年來也陸續有無體溫過高副作用的候選化合物被報導，其具體結構卻大多未見明確報導。
參考文獻
1. 治療疼痛新途徑:瞬時受體電位香草酸亞型1拮抗劑的研究進展，中國藥科大學學報, 2010, 41(1): 11-19.
2. Medicinal Chemistry, Pharmacology, andClinical Implications of TRPV1 Receptor Antagonists, Medicinal ResearchReviews, 2016, 1–47.