CN107056928B

CN107056928B - 一类长效化胰高血糖素样肽-1(glp-1)类似物及其应用

Info

Publication number: CN107056928B
Application number: CN201710461848.8A
Authority: CN
Inventors: 黄文龙; 钱海; 蔡星光; 孙李丹; 戴雨轩; 韩京
Original assignee: China Pharmaceutical University
Current assignee: China Pharmaceutical University
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2037-06-13
Also published as: CN107056928A

Abstract

本发明涉及一类长效化胰高血糖素样肽‑1(GLP‑1)类似物及其合成方法。通过对GLP‑1进行改造得到具有更长药理作用时间的GLP‑1类似物，目标多肽的合成是是通过正交保护策略固相合成方法快速实现，粗品经纯化，冻干得到GLP‑1类似物。

Description

一类长效化胰高血糖素样肽-1(GLP-1)类似物及其应用

技术领域

本发明涉及一类长效化胰高血糖素样肽-1(GLP-1)类似物及其应用。

背景技术

糖尿病是继肿瘤、心血管疾病之后第三大严重威胁人类健康的慢性非传染性疾病。目前，全球约有3亿糖尿病患者，预计到2025年将增加至5亿。临床上采用胰岛素强化治疗的方法来延缓糖尿病进程，但是注射胰岛素会有低血糖的风险。治疗效果受到剂量、注射部位、注射途径等因素的影响，且个体差异较大，使用胰岛素稍有不慎，就会出现严重的低血糖副作用。

胰高血糖素样肽-1(GLP-1)是一种葡萄糖依赖性肠促降血糖多肽激素，GLP-1刺激胰岛素分泌而不出现低血糖，这种葡萄糖依赖性的促胰岛素分泌特性，避免了糖尿病治疗中常存在的低血糖危险。因此，GLP-1作为一种2型糖尿病治疗药物具有广阔的开发前景。

但是天然GLP-1在糖尿病治疗上具有诸多缺点，例如，它在体内易被二肽基肽酶IV(DPP-IV)快速降解。DPP-IV可特异性识别GLP-1的N末端8位丙氨酸(Ala)残基，从肽链N 末端8位丙氨酸(Ala)处切除二肽，使其转变为无活性的形式，其体内半衰期仅5min左右。GLP-1肽链N末端是与GLP-1受体的结合部位，若其组氨酸残基丧失，将导致GLP-1完全失去生物活性。目前普遍使用的延长GLP-1体内半衰期的修饰策略主要是对8位进行修饰，使得GLP-1能抵抗DPP-IV酶的降解，另外，将GLP-1肽链N端8位和9位的氨基酸互换也可以达到此目的。例如，艾塞那肽(Exendin-4)和利西拉来是减少DPP-IV酶代谢的典型短效 GLP-1受体激动剂。然而，由于GLP-1会被肾脏快速滤过消除，抵抗DPP-IV酶的降解只能一定程度地延长GLP-1的半衰期。

本专利中，在内源性GLP-1(7-36)-NH₂的基础上，采用半胱氨酸-马来酰亚胺缀合策略，设计合成了一类GLP-1类似物。该策略通过半胱氨酸的巯基与马来酰亚胺发生迈克尔加成反应来方便高效地引入小分子基团，可避免在早期GLP-1受体长效化激动剂的研发过程中，采用赖氨酸作为小分子基团连接臂所引起的选择性差、反应不方便等问题。引入的双香豆素小分子基团具有较高的血清白蛋白结合率，可增强缀合物与血清白蛋白的结合，很大程度地延长了化合物的半衰期，并可减少GLP-1的肾脏快速滤过和代谢失活，因而此类化合物的半衰期及体内降糖作用时间显著延长。

同时，本专利中，将双香豆素小分子末端的酰胺键进行翻转后，出乎意料地发现，化合物与白蛋白的结合率大大的提高，使得化合物拥有更长的半衰期，因此能够减少病人多次注射给药的痛苦，提高病人依从性，是2型糖尿病治疗领域中极具发展前景的药物。

发明内容

本发明涉及一类长效化胰高血糖素样肽-1类似物，其特征是，多肽氨基酸序列为：

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Xaa2-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala- Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Xaa2-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala- Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala- Xaa2-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala- Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Xaa2-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala- Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-Xaa2-NH₂；

其中

Xaa1取自Aib，Ala，Arg，Asn，Asp，Cys，Gln，Glu，Gly，His，Ile，Leu，Lys， Met，Phe，Pro，Ser，Thr，Trp，Tyr或Val；

Xaa2为化学修饰的Cys，其结构为：

n取自0～20。

本发明的优选方案，其特征是，

Xaa1取自Aib，Arg，Asn，Asp，Cys，Gln，Glu，Gly，His，Ile，Leu，Lys，Met，Phe， Pro，Ser，Thr，Trp，Tyr或Val；

Xaa2为化学修饰的Cys，其结构为：

在一个实施方案中，本发明涉及具有如下序列的GLP-1类似物：

本发明涉及具有如下序列的GLP-1类似物：

本发明还提供了一种药物组合物，包括治疗有效量的至少一种上述化合物和其药学上可接受的盐，或药学上可接受的载体或稀释剂。

本发明进一步提供了上述化合物和其药学上可接受的盐，或药学上可接受的载体或稀释剂在制备用于治疗糖尿病的药物中的运用。

本发明提供的上述化合物具有显著的降糖效果，而且化学性质稳定，部分的化合物降血糖作用可维持60h以上，较内源性GLP-1(半衰期2～3min)或上市药物艾塞那肽(半衰期 2.4h)有显著的提高。同时，还可避免药剂学长效化方法所引起的局部瘙痒等不良反应。

本发明还提供了上述化合物的制备方法，本发明采用固相合成策略高效快速地合成得到上述目标化合物。

以下是本发明中涉及的GLP-1类似物的相关药理实验方法以及结果：

1、GLP-1类似物的白蛋白结合率实验

蛋白透析袋在使用前用开水煮沸活化30min，配制浓度为35mg/ml人血清白蛋白的PBS 溶液以及0.11mg/ml的多肽PBS溶液，向活化后的透析袋中加入2ml人血清白蛋白PBS溶液并进行封闭，然后将其完全浸没在含有20ml多肽PBS溶液中，整个体系置于37℃的水浴中孵育24h。孵育后，由于分子量小于8000的分子可透过透析袋而白蛋白不能，游离的 GLP-1类似物将在透析袋两侧达到平衡，取样进行UPLC-MS/MS检测，计算达到平衡时的化合物浓度以及人体血清白蛋白结合率。

表1 GLP-1类似物的白蛋白结合率

Results are expressed as mean±SD，*P＜0.05，**P＜0.01，***P＜0.001vsExendin-4.

如表1所示，缀合双香豆素小分子后，与上市药物艾塞那肽和利拉鲁肽相比，所有化合物的血清白蛋白结合率总体出现不同程度的提高。酰胺键翻转后，与SEQ.ID NO：6相比，化合物SEQ.ID NO：1～5的血清白蛋白结合率都有显著的提高，最大可提升13％。

2、GLP-1类似物的腹腔葡萄糖耐量实验

正常昆明小鼠，随机分组，每组8只，小鼠饲养在标准化动物房中。实验前12小时禁食，只给予饮水。每组小鼠在给药GLP-1类似物之前，测初始血糖值，定为-30min，然后腹腔注射25nmol/kg的GLP-1类似物或艾塞那肽。30min后，腹腔注射18mmol/kg的葡萄糖溶液，定为0min。在0，15，30，45，60，120min用血糖仪测定血糖水平，检测GLP-1类似物的降糖活性。

表2 GLP-1类似物的腹腔葡萄糖耐量实验结果

Results are expressed as mean±SD，*P＜0.05，**P＜0.01，***P＜0.001vssaline.

如表2所示，降血糖实验结果表明，本发明中涉及的GLP-1类似物具有较为平稳的降血糖效果，与艾塞那肽相当。

3、GLP-1类似物的隔日降血糖实验

腹腔葡萄糖耐量实验结束后，立即正常饮食饮水10h，然后禁食12h，再次进行小鼠腹腔葡萄糖耐量实验。各组小鼠腹腔注射18mmol/kg的葡萄糖溶液，注射葡萄糖时间定为0min，在0、15、30、45、60和120min用血糖仪测定血糖水平。

表3 GLP-1类似物隔日糖耐量实验

如表3所示，隔日糖耐量实验结果表明，本发明涉及的GLP-1类似物在体内代谢24h后仍然具有降低血糖作用，而艾塞那肽早已失去活性。说明修饰后得到的GLP-1类似物的降糖时间都显著延长，降血糖作用可维持近30h。

4、GLP-1类似物的稳定血糖实验

测定STZ诱导的糖尿病模型小鼠的血糖，选择血糖高于20mmol/L的小鼠进行随机分组，每组六只，实验期间小鼠自由采食。阳性对照组腹腔注射艾塞那肽或利拉鲁肽，剂量为50 nmol/kg，阴性对照组腹腔注射生理盐水，给药组分别注射50nmol/kg的GLP-1类似物。0h 给予化合物，分别在0、0.5、1、2、3、4、6、8、10、12、16、24、36、48、60和72h使用血糖仪测定血糖水平。评价指标为腹腔注射化合物后，小鼠血糖数值低于8.35mmol/L的时间。

表4 GLP-1类似物的稳定血糖实验

由表4可见，SEQ.ID NO：1稳定血糖的时间可达65.5h，SEQ.ID NO：2稳定血糖的时间也达到了62.8h，高于利拉鲁肽的12.4h或艾塞那肽的3.8h，酰胺键翻转前的化合物SEQ.ID NO：6仅有48h。稳定血糖实验表明，酰胺键翻转后的双香豆素缀合物具有良好的长效化降糖效果，可以达到更优的长效化降糖效果，具有开发成为每周给药2次的降糖药物的潜力。

本发明的优点在于：

1.、提出的一种长效化GLP-1类似物，将双香豆素小分子末端的酰胺键进行翻转后，出乎意料地发现，化合物与白蛋白的结合率大大的提高。

2、提出的一种长效化GLP-1类似物，具有出色的长效化降血糖作用，降糖作用维持时间高达60h以上，较每天给药一次的利拉鲁肽相比显著延长，该类长效化GLP-1类似物具有较好的成药性，能够减少病人多次给药的痛苦，是现有的新化学实体中较具发展前景的药物。

3、提出的一种长效化GLP-1类似物，收率高、合成周期短、粗品纯化容易，生产成本低、易于工业自动化生产。

综上所述，本发明提供的GLP-1类似物，结构全新，比内源性GLP-1更加稳定，与上市药物利拉鲁肽相比，白蛋白结合率更高，降血糖作用时间更长，适合作为糖尿病治疗药物的新型活性成分，给糖尿病治疗领域带来新的突破。

具体实施方式

在本说明书全文中采用以下缩写：

Ala：丙氨酸；Arg：精氨酸；Asn：天冬酰胺；Asp：天门冬氨酸；DCM：二氯甲烷； DIC：N，N’-二异丙基碳二亚胺；DIEA：N，N′-二异丙基乙胺；DMAP：4-二甲氨基吡啶； DMF：二甲基甲酰胺；DMSO：二甲亚砜；EDC.HCl：1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐；ESI-MS：电喷雾质谱；Et₃N：三乙胺；Fmoc：N-9-芴甲氧羰基；Gln：谷氨酰胺；Glu：谷氨酸；Gly：甘氨酸；HBTU：苯并三氮唑-N，N，N′，N′-四甲基脲六氟磷酸酯；His：组氨酸；HOBt：1-羟基-苯并三氮唑；HPLC：高效液相色谱；Ile：异亮氨酸；Leu：亮氨酸； Lys：赖氨酸；Met：甲硫氨酸；NMM：N-甲基吗啉；NMP：N-甲基吡咯烷酮；Phe：苯丙氨酸；Pro：脯氨酸；Ser：丝氨酸；Thr：苏氨酸；Trp：色氨酸；Tyr：酪氨酸；Val：缬氨酸。

本发明是通过下列实施例来进行说明的，但这些实施例不做任何限制本发明的解释。

实施例1

的固相合成。

1、半胱氨酸改构多肽肽链的合成

1.1、树脂的溶胀

称取Fmoc-Rink amide-MBHA Resin 50mg(取代度0.4mmol/g)，经DCM 7mL溶胀30min，抽滤去DCM，再用NMP 10mL溶胀30min，最后分别用NMP，DCM，NMP 7mL冲洗干净。

1.2、Fmoc保护基的脱除

将溶胀好的树脂放入反应器中，加入含0.1M HOBt的25％哌啶/NMP(V/V)溶液7mL，反应1min，结束后滤去溶液；再加入含0.1M HOBt的25％哌啶/NMP(V/V)溶液7mL，反应4min，结束后滤去溶液，用NMP洗涤干净。得到脱去初始连接的Fmoc保护基的树脂。

1.3、Fmoc-Arg(pbf)-Rink amide-MBHA Resin的合成

将Fmoc-Arg(pbf)-OH(32.0mg，0.04mmol)，HBTU(15.1mg，0.04mmol)，HOBt(5.4mg，0.04mmol)和DIPEA(13.9μL，0.08mmol)溶于NMP 10mL中，再将此溶液加入步骤1.1得到的树脂中，反应7min，结束后滤去反应液，用DCM和NMP各7mL洗涤树脂3次。

1.4、偶合效率的检测

取少量树脂颗粒DMF洗涤，放入透明小瓶中加入3滴1％的溴酚蓝溶液，常温振摇3分钟，树脂显蓝色即为阳性，透明为阴性。若为阴性才可进入下一个偶合循环。

1.5、肽链的延长

按照肽链的序列，重复上述脱保护和偶合的步骤依次连接上相应的氨基酸，依次连接上相应的氨基酸直至肽链合成完毕，得到连有多肽链的树脂。

1.6、树脂上多肽的裂解

将上述得到的连有多肽链的树脂放入反应瓶中，加入裂解剂Reagent K(TFA/苯甲硫醚/ 水/苯酚/EDT，82.5∶5∶5∶5∶2.5，V/V)10mL，先在0℃下振摇30min，再在常温下反应3h。反应结束后抽滤，加少量TFA和DCM洗涤三次，合并滤液。将滤液加入大量的冰***中析出白色絮状沉淀，冷冻离心得到目标多肽的粗品。最终得到化合物的粗品61.7mg，收率为93.5％。

2、化学修饰基的合成

3，3’-(4-羧基苯亚甲基)-二-4-羟基香豆素的合成

对羧基苯甲醛(0.45g，3mmol)溶解于无水乙醇20ml，然后加入4-羟基香豆素(0.98g，6 mmol)。加热回流12h后，反应液冷却至室温后过滤，滤饼使用乙醇10ml洗3次，即得产品 1.12g，收率82.1％，MS(ESI，m/z)：456.4[M+H]⁺.

(12-(2，5-二氧代-2，5-二氢-1H-吡咯-1-基)十二烷基)氨基甲酸叔丁酯的合成

将N-boc-十二烷基二胺(1.2g，4mmol)与马来酸酐(0.49g，4.8mmol)溶于冰醋酸中，120℃ 加热反应6h，薄层板检测反应完全后，将反应液冷却至室温，倒入水中，用乙酸乙酯萃取(3 ×20mL)，合并上层萃取液，萃取液使用饱和食盐水洗3次，无水Na₂SO₄干燥过夜。将萃取液减压浓缩，得到的粗品经柱层析纯化得淡黄色纯品1.10g，产率72％，MS(ESI，m/z)：380.5 [M+H]⁺.

4-(双(4-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-基)甲基)-N-(12-(2，5-二氧代-2，5-二氢-1H-吡咯-1-基) 十二烷基)苯甲酰胺的合成

(12-(2，5-二氧代-2，5-二氢-1H-吡咯-1-基)十二烷基)氨基甲酸叔丁酯(0.76g，2mmol) 用HCl饱和的乙酸乙酯溶解，搅拌3h后减压蒸馏去除溶剂，DCM复溶，加入3，3’-(4-羧基苯亚甲基)-二-4-羟基香豆素(0.91g，2mmol)、DIC(0.30g，2.4mmol)和HOBt(0.32g，2.4mmol)，室温搅拌过夜。薄层板检测反应结束后将反应液倒入水中并用乙酸乙酯萃取三次，合并萃取液，分别用饱和K₂CO₃溶液，HCl 1M，饱和食盐水洗三次。萃取液加入无水Na₂SO₄干燥过夜，减压浓缩，得粗品，柱层析纯化得纯品0.93g，收率65％。MS(ESI，m/z)：719.4[M+H]⁺.

3、化学修饰的Cys₁₂-GLP-1缀合物的合成与纯化

将上步得到的4-(双(4-羟基-2-氧代-2H-色烯-3-基)甲基)-N-(12-(2，5-二氧代-2，5- 二氢-1H-吡咯-1-基)十二烷基)苯甲酰胺用DMSO溶解配成约10mg/mL的溶液，将Cys替换的改构GLP-1多肽类似物也溶解于DMSO，两者混合后室温下搅拌反应，加入20μl DIEPA以加快反应进行，使用LC-MS监测反应情况。色谱条件为：C18反相柱(1.7μm 2.1×50 mm，Waters)；流动相A：0.1％甲酸/水(V/V)，流动相B：0.1％甲酸/乙腈(V/V)，流动相梯度：流动相B 10％～90％，2min，B 90％～90％，3min；流速为0.3ml/min；紫外检测波长为214nm。反应结束后，反应液使用含有1％三氟乙酸的乙腈稀释后高速离心并使用0.45μm 的微孔滤膜过滤后，使用制备液相色谱进行纯化，色谱条件为：C18反相柱(320mm×28mm， 5μm)；流动相A：0.1％三氟醋酸/水(V/V)，流动相B：0.1％三氟醋酸/乙腈(V/V)；流动相梯度：流动相B40％～80％，30min；80％～85％，10min；85％～95％，10min；95％～40％， 10min；流速为5ml/min，检测波长为214nm。收集溶液，减压浓缩去除乙腈，冻干即得纯品。理论相对分子质量为4020.1。ESI-MS m/z：Calcd.[M+3H]³⁺1341.0，[M+4H]⁴⁺1006.0；Found [M+3H]³⁺1341.4，[M+4H]⁴⁺1006.8。

实施例2

合成方法同实施例1，理论相对分子质量为4020.1。ESI-MS m/z：Calcd.[M+3H]³⁺1341.0， [M+4H]⁴⁺1006.0；Found[M+3H]³⁺1341.2，[M+4H]⁴⁺1006.9。

实施例3

合成方法同实施例1，理论相对分子质量为3979.0。ESI-MS m/z：Calcd.[M+3H]³⁺1327.3， [M+4H]⁴⁺995.8；Found[M+3H]³⁺1327.2，[M+4H]⁴⁺995.3。

实施例4

合成方法同实施例1，理论相对分子质量为3978.0。ESI-MS m/z：Calcd.[M+3H]³⁺1327.0， [M+4H]⁴⁺995.5；Found[M+3H]³⁺1327.6，[M+4H]⁴⁺995.6。

实施例5

合成方法同实施例1，理论相对分子质量为4107.2。ESI-MS m/z：Calcd.[M+3H]³⁺1370.1， [M+4H]⁴⁺1027.8；Found M+3H]³⁺1370.6，[M+4H]⁴⁺1027.2。

Claims

1.一类长效化胰高血糖素样肽-1类似物，其特征是，胰高血糖素样肽-1类似物的肽序列为：

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Xaa2-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-

Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Xaa2-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-

Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-

Xaa2-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-

Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Xaa2-Gly-Arg-NH₂；或

His-Xaa1-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-

Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-Xaa2-NH₂；

其中

Xaa1取自Aib，Ala，Arg，Asn，Asp，Cys，Gln，Glu，Gly，His，Ile，Leu，Lys，Met，Phe，Pro，Ser，Thr，Trp，Tyr或Val；

Xaa2为化学修饰的Cys，其结构为：

n取自0～20。

2.根据权利要求1所述的胰高血糖素样肽-1类似物，其特征是，

Xaa1取自Aib，Arg，Asn，Asp，Cys，Gln，Glu，Gly，His，Ile，Leu，Lys，Met，Phe，Pro，Ser，Thr，Trp，Tyr或Val；

Xaa2为化学修饰的Cys，其结构为：

3.根据权利要求1至2项中任意一项所述的胰高血糖素样肽-1类似物，选自：

4.权利要求1至3项中任意一项的胰高血糖素样肽-1类似物的制备方法，包括生物表达、液相合成和固相合成制备方法。

5.权利要求1至3项中任意一项的胰高血糖素样肽-1类似物，在制备治疗或预防糖尿病的药物中的应用。

6.一种制备药学上可接受的盐的方法，其特征在于将权利要求1-3任一所述的胰高血糖素样肽-1类似物与酸反应得到的对应的盐，所述酸是盐酸、氢溴酸、硫酸、硝酸、磷酸、琥珀酸、马来酸、醋酸、富马酸、柠檬酸、枸橼酸、酒石酸、苯甲酸、苯磺酸、甲磺酸或萘磺酸的一种。

7.一种药学上可接受的盐，其特征在于由权利要求6所述方法制备得到。

8.权利要求7所述的盐在制备治疗或预防糖尿病的药物中的应用。

9.权利要求1至3项中任意一项的胰高血糖素样肽-1类似物所制备的药剂，所述的药剂是任何一种药剂学上所说的片剂、胶囊、酏剂、糖浆、锭剂、吸入剂、喷雾剂、注射剂、膜剂、贴剂、散剂、颗粒剂、块剂、乳剂、栓剂、复方制剂。

10.权利要求9项中任意一项的胰高血糖素样肽-1类似物所制备的药剂，在制备治疗或预防糖尿病的药物中的应用。