CN111995541A - 含有稳定重同位素的酰胺官能团的化合物及其应用 - Google Patents

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顾家敏
吉祥
朱东青
贺小林
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Risen Suzhou Pharma Tech Co Ltd
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Abstract

本发明提供了式(I)所示的含稳定重同位素富集的酰胺官能团的化合物，其用于调整药物或前药的药代动力学特性、代谢特性和/或递送效率，以及其治疗和预防效果。本发明还涉及含同位素富集的酰胺的药物和前药在治疗或预防疾病病症和症状中的应用。
Figure DDA0002074156940000011

Description

含有稳定重同位素的酰胺官能团的化合物及其应用
技术领域
本发明涉及含稳定重同位素富集的酰胺官能团的化合物，以及其用于调整化合物(例如药物或前药)的药代动力学特性、代谢特性和/或递送效率，以及涉及该化合物的治疗和预防应用。
背景技术
酰胺类化合物，也被称为酸胺类化合物是具有式RmE(O)nNR1R2的化合物，其中，R、R1和R2是氢(H)或有机基团。最常见的酰胺是甲酰胺(有机酰胺)，其中m为1，E为碳(C)并且n为1。许多其它重要类型的酰胺是已知的，包括磷酰胺(例如，其中m为1，E为磷(P)且n为2，以及相关的化合物)和磺酰胺(例如，其中m为1，E为硫(S)且n为2，以及相关的化合物)(参见，seeIUPAC,Compendium of Chemical Terminology,2nd ed.(the"Gold Book"),1997)。另一类酰胺为膦酰胺。
在结构上，分子中的酰胺键可如下所示：
Figure BDA0002074156920000011
分别是指羧酰胺、磷酰胺、膦酰胺和磺酰胺，其中，R、R1、R2和R3独立地为氢或者为具有取代基或不具有取代基的有机基团，诸如烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基或其组合。
在通用的命名法中，将术语“酰胺”添加到母体酸的主干上。例如，由乙酸衍生的酰胺被称为乙酰胺(CH3CONH2)。IUPAC推荐将该化合物命名为乙酸胺，但是实践中很少使用这种和相关的正式命名。当酰胺衍生自伯胺或仲胺时，氮上的取代基应首先在名称中指出。因此，由二甲胺和乙酸形成的酰胺是N,N-二甲基乙酰胺(CH3CONMe2)。环酰胺被成为内酰胺，其必然是二级或三级酰胺。含–P(O)2NR1R2和–SO2NR1R2官能团的化合物分别为膦酰胺和磺酰胺(Organic Chemistry IUPAC Nomenclature.Rules C-821.Amides http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_540.htm)。
酰胺是存在于多种类型药物(诸如局部麻醉药、抗心律失常药等)中的重要官能团。酰胺也是蛋白类和肽类药物产品中的关键连接部分(DeRuiter,J.,Principles ofDrug Action 1,Spring 2005,Amides,http://www.auburn.edu/～deruija/pda1_amides.pdf)。此外，上个世纪中研发的许多药物是胺的前药，彰显了它们在药学领域中的重要性。如今广泛接受的是，胺前药可在药物靶向中起着重要的作用，并且它们通常是将药物以稳定的形式递送至靶向位点的初始化合物。胺前药通常通过氮原子与附近原子的连接来分类。含胺前药具有多种碱性官能团和连接，诸如酰胺前药，偶氮连接前药，脂质肽前药(Chandy,A.,et al.,Med.Chem.Drug Discov.,2013,4(2),108-126；Simplício,A.L.,etal.,Molecules,2008,13,519-547)。例如，大量抗癌剂在其分子中具有酰胺键(例如参见Mohammed,Y.H.E.and Khanum,S.A.,Int.J.of Pharma and Bio Sci.(2018),9(2),94-124；Wang,B,et al.,Drug Delivery,2nd Ed.,2016,475-502.)。作为具体实例，Alpelisib(先前为BYL719，或N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶基)-2-噻唑基)氨基羰基-L-脯氨酸酰胺)是α特异性PI3K(磷酸肌醇3-激酶)抑制剂，在研的用于某些癌症的实验药物(https://www.cancertherapyadvisor.com/breast-cancer/novel-agents-for-endocrine-resistant-breast-cancer/article/508600/)。其涉及针对某些类型乳腺癌的晚期临床实验，包括针对PIK3CA改变的转移性乳腺癌的SOLAR-1实验。该化合物正在临床上用于晚期实体瘤患者(Ando,Y.,et al.,Cancer Science,2019,1-11)。
羧酸酰胺(也称为羧酰胺或者酰胺)与肽的关键反应之一是酰胺键的水解。水解可以是酸催化的、碱催化的或酶催化的，并且通常产生相应的羧酸和胺或氨。水解涉及在C＝O双键变成C-O单键后，产生以碳原子为中心的四面体中间体(参见http://research.cm.utexas.edu/nbauld/teach/ch610bnotes/ch18.htm,East,A.L.L.,Int.J.Chem.Kinet.,2018；1–5)。以下示出了酸催化的水解：
Figure BDA0002074156920000021
Figure BDA0002074156920000031
速率决定步骤是步骤2(见上图)，其中，C＝O双键通过π-键的断裂变成C-O单键的过程，其直接影响酰胺键断裂的速率。
发明内容
本发明的目的是提供具有改善的酰胺键断裂速率的酰胺部分，以改变含酰胺键的药物和前药的药代动力学特性，从而调整它们的治疗和预防效果和/或副作用。
本发明至少部分基于本发明人认识到稳定重同位素(17O和/或18O；13C；和/或15N)与天然丰度的同位素(16O、12C和14N)相比，能够改变酰胺键断裂的速率，从而改善含酰胺键的药物和前药的药代动力学特性，进而调整含酰胺键的药物和前药的治疗和预防效果和/或副作用。
因此，用稳定的重氧同位素(17O或18O)取代天然丰度的氧原子同位素(16O)会对酰胺键断裂的速率具有显著的同位素效应。不希望受理论的限制，据认为，用稳定的重氧同位素(*O或O*，表示17O和/或18O)取代16O会改变酰胺键断裂的速率。这种改变可以改善含酰胺键的药物和前药的药代动力学特性，因此调整药物和前药的治疗、预防效果和/或副作用。还注意到，羧酸酰胺中心直接涉及三个原子，即，碳原子、氧原子和氮原子。因此，碳和/或氮的同位素也可以直接影响酰胺键断裂的速率，并因此影响含酰胺键的药物和前药的治疗、预防效果和/或副作用。
因此，本发明提供了具有一种或多种稳定重同位素的含酰胺键的药物和前药，所述一种或多种稳定重同位素取代该含酰胺键的药物和前药的羧酸酰胺官能团((C(＝O)-N或
Figure BDA0002074156920000032
)中的天然存在的同位素。
在第一概括性方面，本发明提供了式I所示的化合物，或其药学上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物：
Figure BDA0002074156920000041
其中，n为1到5的整数，
Figure BDA0002074156920000042
是指同位素富集的酰胺官能团(也被称为“同位素富集的酰胺”)；R为有机部分；R1和R2独立地为氢或有机部分；并且式I的结构包括含至少一个羧酰胺键的药物和/或前药的同位素富集的分子或者被包括在含至少一个羧酰胺键的药物和/或前药的同位素富集的分子中；前提是-NR1R2部分不是3-磺基-1-丙氨基部分。
其中，应当知晓的是，在上式I中，n个酰胺基可以在R的任何部位而不局限于同一原子上。
如本文中所使用，术语“同位素富集”和“重同位素富集”可互换使用，表示被一种或多种稳定重同位素(18O、17O、13C和/或15N)富集。应当理解的是，可富集分子中的两种或更多种原子，而原子可被相同或不同的同位素富集。例如，它们可被同一元素的两种不同的同位素富集，或者可替代地被两种不同元素的同位素富集。可能存在此类的多种组合和排列。
在一个实施方式中，本发明提供了式I的化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物，其中，重同位素富集的酰胺官能团被一种或多种稳定的重氧同位素(18O和17O中的一者或两者)富集；其中，n、R、R1和R2如上文所限定。
在另一实施方式中，本发明提供了式I的化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物和/或溶剂化物，其中，重同位素富集的酰胺官能团被一个或多个稳定的重碳同位素(13C)富集；其中，n、R、R1和R2如上文所限定。
在又一实施方式中，本发明提供了式I的化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物和/或溶剂化物，其中，重同位素富集的酰胺官能团被一个或多个稳定的重氮同位素(15N)富集；其中，n、R、R1和R2如上文所限定。
在一个实施方式中，同位素富集的酰胺被单一元素的单一同位素富集，例如为18O-富集的、17O-富集的、13C-富集的或15N-富集的。
在另一实施方式中，同位素富集的酰胺被一种或多种元素的两种或更多种同位素富集，例如为17O-和18O-富集的、18O-和13C-富集的、18O-和15N-富集的或13C-和15N-富集的。
在一个实施方式中，n为1到3的整数；在另一个实施方式中，n等于1.
在第二概括性方面中，本发明提供了同位素富集的酰胺。如本文所述，酰胺为药物或前药的一部分。酰胺是存在于多种类型药物分子(例如局部麻醉剂、抗心律失常药等)中的重要官能团，并且还是蛋白类和肽类药物产品中的关键连接部分(DeRuiter,J.,Principles of Drug Action 1,Spring 2005,Amides)。大量的药物分子包括至少一个酰胺键或胺部分，并且上世纪研发的许多药物是胺的前药。
Alpelisib是具有以下结构的含酰胺的药物：
Figure BDA0002074156920000051
其具有酰胺官能团，分子的右端部所示的衍生自脯氨酸部分的脯氨酰胺基团。
已经证明，Alpelisib主要在该脯氨酰胺基团上代谢而形成相应的脯氨酸衍生物，即羧酸(如下所示)。然而遗憾的是，该酸代谢物在生物学上是无活性的。
Figure BDA0002074156920000052
(M4，Alpelisib的主要代谢物)。
在实施方式中，提供了如本文所述的同位素富集的酰胺，其中，同位素富集的酰胺结构被包含在Alpelisib的分子中。在一个实施方式中，提供了式I的化合物或其药学上可接受的盐、酯和/或溶剂化物，其中，R为以下示出的N-((4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶基)-2-噻唑基)氨基羰基)-吡咯烷-2-基有机部分：
Figure BDA0002074156920000053
其中，R1和R2独立地为氢或保护基，从而提供具有同位素富集的酰胺官能团的Alpelisib衍生物。
在另一实施方式中，提供了式I的化合物，其为式II的化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物、螯合物和/或溶剂化物：
Figure BDA0002074156920000054
其中，
Figure BDA0002074156920000055
R1和R2如上所限定。
在一些实施方式中，在式II的化合物中，同位素富集的酰胺官能团或
Figure BDA0002074156920000056
是单一同位素富集的，例如18O-富集的、17O-富集的、13C-富集的或15N-富集的；并且R1和R2具有上文相同的限定。
在另一实施方式中，在式II的化合物中，同位素富集的酰胺官能团或
Figure BDA0002074156920000057
是一种或多种元素的两种或更多种同位素富集的，例如为17O-和18O-富集的、18O-和13C-富集的、18O-和15N-富集的或13C-和15N-富集的。
在其它实施方式中，含同位素富集酰胺官能团的药物分子包括尼拉帕尼(Niraparib)和美呋哌瑞(Mefuparib)。二者均为用于癌症治疗的PARP抑制剂。其中，尼拉帕尼的有机部分为
Figure BDA0002074156920000061
美呋哌瑞的有机部分为
Figure BDA0002074156920000062
它们相应的同位素富集酰胺官能团的药物分子结构如下：
Figure BDA0002074156920000063
其中，
Figure BDA0002074156920000064
是由一种元素同位素富集的，例如17O-、或18O-、或13C-、或15N-富集的；或者由一种或多种元素的两种或更多种同位素富集的，例如18O-和13C-富集的、18O-和15N-富集的或13C-和15N-富集的。
含酰胺的药物的其它实例为由Actelion研发的用于治疗肺动脉高压(PAH)的药物，赛乐西帕(Selexipag或
Figure BDA0002074156920000065
)。赛乐西帕及其活性代谢物，ACT-333679(或MRE-269，游离羧酸)是前列环素受体的激动剂，其引起肺循环中的血管舒张(Sitbon,O.；Morrell,N.,Eur.Respir.Rev.,2012,21(126):321–327)。赛乐西帕是一种前药，其水解而释放如下的活性物质：
Figure BDA0002074156920000066
含酰胺药物的另一实例为米多君(Midodrine)，其为脱甘氨酸二嗪的N-甘氨酰衍生物。前者通过肽酶脱保护而得到后者，如下所示：
Figure BDA0002074156920000071
实例可扩展至许多药物和前药。其它实例为Husain A等人公开的NSAID前药(Husain A.,et al.,Sch.Acad.J.Pharm.,2015；4(3):145-152)，以下示出了其常见结构：
Figure BDA0002074156920000072
其中，NSAID包括但不限于醋氯芬酸、双氯芬酸、芬步芬、吲哚美辛、甲芬那酸和4-联苯乙酸。
在另一实施方式中，提供了式III所示的化合物，或其药物上可接受的盐、酯和/或溶剂化物：
Figure BDA0002074156920000073
其中，
Figure BDA0002074156920000074
如上所限定；并且NSAID为非甾体类抗炎药物的残余部分(去掉羧基后的残基)，所述非甾体类抗炎药物的羧基参与形成所述重同位素富集的酰胺官能团，也即，NSAID与羧基一起形成非甾体类抗炎药物分子。
其它化合物实例包括雷帕替奈(Rapastinel，GLYX-13，一种N-甲基-D-天冬氨酸受体调节剂)、沙芬酰胺(safinamide，一种单胺氧化酶抑制剂)、和BPN14770(2-(4-((2-(3-氯苯基)-6-(三氟甲基)嘧啶-4-基)氨基)苯基)乙酰胺，一种磷酸二酯酶-4(PDE4)变构调节剂)。它们的非同位素富集分子结构分别如下：
Figure BDA0002074156920000075
此外，下列化合物的酰胺基团中的氧、氮、碳原子亦可以用各自的稳定重同位素富集或标记：
Figure BDA0002074156920000081
在具体的实施方式中，提供了表1的化合物或其药物上可接受的盐、酯、水合物、螯合物和溶剂化物。
表1：本发明的化合物的实例
Figure BDA0002074156920000082
Figure BDA0002074156920000091
Figure BDA0002074156920000101
Figure BDA0002074156920000111
Figure BDA0002074156920000121
可以提供在分子的关键位点具有酰胺键的药物和前药的特定化合物的许多实例。
如下所示，其它类型的酰胺以及其药学上可接受的盐、酯和/或溶剂化物也在本发明的范围内。因此，在另一实施方式中，提供了以下化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物、螯合物和溶剂化物：
Figure BDA0002074156920000131
其中，O*为被稳定重氧同位素(17O和/或18O)富集的酰胺氧原子；R、R1和R2如上所限定；R3表示具有取代基或不具有取代基的有机基团，诸如烷基、环烷基、杂环烷基、芳基等；以及，同位素富集的结构存在于含至少一个酰胺键(例如但不限于膦酰胺、磷酰胺和/或磺酰胺键)的药物和/或前药的O*-富集的分子中，或者提供含至少一个酰胺键(例如但不限于膦酰胺、磷酰胺和/或磺酰胺键)的药物和/或前药的O*-富集的分子。
在第三概括性方面中，本发明提供了药物组合物，所述药物组合物包括本文所述的化合物或其药物上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物，以及药物上可接受的载体。
在第四概括性方面中，本发明提供了通过用一种或多种稳定重同位素原子替代酰胺键中三个天然存在的原子(C(＝O)-N)中的一个或多个来调整或改善药物或前药的药代动力学特性的方法。
在一个实施方式中，与使用仅具有天然丰度同位素原子的化合物(即，未经同位素富集的化合物)相比，本发明所述的化合物(例如，式I、式II或式III的化合物，或表1的化合物)和/或药物组合物可用于在受试者中调节药物或前药的代谢途径，降低药物或前药的代谢，调节药物或前药的药代动力学特性，和/或改善或增加药物或前药的治疗效果。在一些实施方式中，与使用仅具有天然丰度同位素原子的化合物(即，未经同位素富集的化合物)相比，本文提供的化合物和药物组合物用于在受试者中降低化合物的治疗毒性和/或副作用，增加药物的耐受性，和/或改善或增加化合物的治疗或预防效果。在一些实施方式中，与使用仅具有天然丰度同位素原子的化合物(即，未经同位素富集的化合物)相比，本文提供的化合物和药物组合物用于在受试者中改善化合物的生物分布和/或增强化合物的治疗效果和/或预防效果。
在一实施方式中，提供了一种调整含酰胺键的化合物在受试者中代谢或药代动力学特性的方法，包括将本文所述的同位素富集的化合物或药物组合物施用至受试者，其中，与施用仅具有天然丰度同位素原子的同一化合物(即，未经同位素富集的化合物)相比，本发明的含酰胺键化合物的代谢和药代动力学特性得以调整。在一些实施方式中，提供了在受试者中降低化合物代谢、降低化合物的治疗毒性、降低化合物的副作用、增加化合物的耐受性、改善化合物的生物分布和/或增加化合物的治疗或预防效果的方法，该方法包括将本发明所述的同位素富集的化合物或药物组合物施用至受试者，其中，与施用仅具有天然丰度同位素原子的化合物(即，未经同位素富集的化合物)相比，降低了化合物的代谢、降低了治疗毒性、降低了副作用、增加了耐受性增加、改善了生物分布和/或增加了治疗或预防效果。
在其它概括性方面，提供了包括一种或多种本文所述的化合物或药物组合物的试剂盒。该试剂盒可进一步包括一种或多种其它治疗剂，和/或说明，例如用于使用试剂盒来治疗患有与母体化合物(未经同位素富集的化合物)所治疗的疾病或病症相同的受试者的说明。
附图说明
为了更好地理解本发明以及更清楚了示出如何实施本发明，现将通过实例的方式参考附图，其中附图示出了根据本发明的实施例的方面和特征，其中：
图1示出了在以相同剂量分别口服施用Alpelisib和Alpelisib-18O1的SD大鼠中，血浆中Alpelisib和Alpelisib-18O1的药物浓度-时间曲线；
图2示出了在以相同剂量分别口服施用Alpelisib和Alpelisib-18O1的ICR小鼠中，血浆中Alpelisib和Alpelisib-18O1的药物浓度-时间曲线；
图3a至图3d示出在各个不同物种的肝脏S9的培养基中孵育Alpelisib和Alpelisib-18O1后产生的M4和M4-18O1：(a)猴肝脏S9、(b)混合的人肝脏S9、(c)迷你猪肝脏S9，以及(d)雄性Wistar大鼠肝脏S9。在每个图中，M4：-x-；M4-18O：-o-。
具体实施方式
定义
为了对本发明的说明书中所使用的术语提供清楚且一致的理解，在下文中提供一些定义。此外，除有特殊说明，否则本发明所用的所有技术和科学术语具有同本发明所属领域中普通技术人员通常所理解的相同的含义。
当在权利要求和/或说明书中与术语“包括”结合使用时，词语“一”的使用可以表示“一个/种”，但它也表示“一个或多个”，“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。类似地，词语“另一”可以表示至少第二个或者很多个。
如本文中所使用，术语“天然丰度的氧”是指天然同位素丰度的氧原子，其通常具有接近地球大气的氧原子的同位素组成：16O，99.759％；17O，0.037％；和18O，0.204％。然而，应该理解的是，天然存在的化合物在氧原子的同位素组成上可能存在轻微的变化。
术语“重氧原子”、“重氧同位素”、“稳定的重氧”、“*O”和“O*”在本文中可互换使用，并且表示17O和/或18O的稳定氧原子，不包括任何放射性和非天然存在的重同位素。17O和18O天然存在但相对于主要同位素16O以极低的比率存在。术语“重碳同位素”、“稳定的重碳同位素”、“碳-13”、“13C”和“*C”在本文中可互换使用，指的是13C同位素。类似地，术语“重氮同位素”、“稳定的重氮同位素”、“氮-15”、“15N”和“*N”在本文中可互换使用，指的是15N同位素。
如本文中所使用，术语“由稳定的重氧同位素富集的氧原子”、“稳定的重氧富集的”、“重氧富集的”、“*O-富集的”和“O*-富集的”在本文中可互换使用，是指不具有其天然同位素组成的重氧原子而是与天然存在的同位素组成相比，具有较高的稳定重氧同位素。“重氧富集的”、“稳定的重氧富集的”、“*O-富集的”和“O*-富集的”是指化合物特定位点处的氧原子被稳定的重氧同位素富集，具体地，被17O和18O中的一者或者两者富集。
同样地，对于富集有稳定重原子同位素的碳原子或氮原子，即13C-富集的或15N-富集的分别是指在化合物中不具有天然同位素组成的碳原子或氮原子中的重同位素13C或15N的比例分别高于天然存在的碳或氮中的比例。
同位素富集是改变给定元素的同位素的相对丰度的方法，由此产生一种特定同位素富集(即增加)而其它同位素减少或耗尽的元素形式。如本文所用，“重同位素富集的”化合物或衍生物是指化合物的特定位置或酰胺键的位点处，富集(即增加)有特定的同位素，即氧-17或氧-18，或两者兼有和/或碳-13，和/或氮-15。
对于碳和氮，与摩尔分数分别为0.9893的最丰度同位素12C和0.99636的最丰度同位素14N相比，最丰度重同位素13C和15N的摩尔分数分别为0.0107和0.00364。在正常条件下，相对于摩尔分数为0.99757的最丰度同位素16O，氧-18(18O)和氧-17(17O)的摩尔分数分别为0.00204和0.00037。
如本文所使用，“同位素富集”的化合物或衍生物所具有的同位素形式的含量高于其天然丰度。同位素的富集程度依据特定同位素形式的自然丰度的变化而变化。在一些实施方式中，化合物或化合物中元素的同位素富集水平可为约2摩尔百分比至约100摩尔百分比(％)，例如，约2％、约5％、约17％、约30％、约51％、约83％、约90％、约95％、约98％、大于约98％、约99％或100％。在一个实施方式中，本发明的同位素富集化合物(例如，式I至式III中的化合物或表1中的化合物等)中的同位素富集程度约为5％或更高，或约为10％或更高。在另一实施方式中，本发明的同位素富集化合物(例如，式I至式III中的化合物以及本文所述化合物)中的同位素富集程度约为20％或更高，或约为50％或更高。在又一实施方式中，本发明的同位素富集化合物(例如，式I至式III的化合物以及本文所述化合物)中的同位素富集程度约为75％或更高，或约90％或更高。在又一实施方式中，本发明的同位素富集化合物(例如，式I至式III的化合物以及本文所述化合物)中的同位素富集水平约为95％或更高、约98％或更高，或100％。应当理解的是，特定化合物的同位素富集水平，或化合物的特定氧同位素，将根据化合物的化学特性、药代动力学特性和治疗特性等在内的若干性质来选择，以提高化合物的治疗或预防效果，治疗生物分布、生物利用度、代谢、稳定性和/或药代动力学特性。
如本文所用，“未经同位素富集的”化合物是指化合物中的所有原子或元素都是天然丰度的同位素，即所有原子或元素都具有自然界中最丰富的原子质量的化合物。该未经同位素富集的化合物与其中一种或多种元素富集为一种或多种特定同位素形式而不是天然丰度同位素的同位素富集的化合物完全不同。为经同位素富集的化合物并不涵盖在本文提供的本发明化合物中。
如本文所用，术语“本发明的化合物”和“本发明化合物”以及等同表达是指可用于本发明的至少一个目的的本文所提供的同位素富集的化合物，例如，由诸如式I至式III的结构式所涵盖的那些化合物，以及本文所提及的具体化合物，及其药学上可接受的盐、酯、螯合物、水合物和/或溶剂化物。
不受理论上的限制，这两种重氧同位素，即18O和17O对酰胺键的断裂，例如水解反应的速率具有不同的同位素效应。原子量为18道尔顿的18O具有高于17O(原子量为17)的同位素效应。可选择用18O或17O进行富集，或以不同比例的18O和17O的混合物进行富集，以达到所需的生物和药物效果。
同样，可以选择重同位素13C和/或15N进行富集，以达到同位素富集化合物所需的生物和药物效果。
如本文所述，同位素富集的化合物可以用单一元素的一种或多种同位素来进行同位素富集，或用一种或多种元素的同位素进行同位素富集。
如本文所用，“药物”或“前药”或“母体化合物”是指在所关注的酰胺位点处具有天然同位素丰度的化合物。本发明提供“重同位素富集”形式的此种化合物、组成和制备方法以及用途，由此调节或改善母体化合物的药物特性，以及增强或调节疾病治疗的效果。在一些实施方式中，“药物”或“前药”或“母体化合物”是指在所关注的各个酰胺氧、碳和/或氮位置处具有天然氧、碳和/或氮丰度的化合物；本发明提供这种化合物的“重氧”、“重碳”和/或“重氮”富集形式的化合物、组成、制备方法及其应用，从而调节或改善母体化合物的药物特性，并增强或调节疾病治疗的效果。
如本文所使用，“有机部分”或“有机片段”是指成为化合物的整个分子或结构一部分的一组原子。该部分、酰胺键或官能团、保护基或取代基(如果存在)经共价键连接在一起，形成化合物的分子或结构。
如本文所使用，术语“保护基”具有本领域熟知的含义，在本申请中，尤其是氨基保护基，例如，叔丁氧羰基、乙酰基、(叔丁基二甲基甲硅烷基)氧基、苄氧羰、对甲苯磺酰基等。
在一个实施方式中，当能够发生取代时，本发明化合物可进一步取代有一个或多个取代基。在一些实施方式中，化合物的被取代形式是前药；在这些实施方式中，可使取代基断裂，或者使化合物以其他方式转化以便在向受试者施用后从前药形式释放出活性成分或药物分子。
术语“施用”或“给药”是指将化合物递送至受试者，包括本领域已知的所有计量和药物递送方式。
如本文所用，在本说明书和权利要求中所使用的词语“包括”(以及包括的任何形式，诸如“包括”和“包含”)，“具有”(以及任何形式的具有，“具有”、“包含”和“含有”)是包括性的和开放式的，并且不排除另外的未列出的要素或处理步骤。
术语“约”用于表示该值包括在确定该值中所用的仪器和方法带来的误差。
本发明所用的术语“衍生物”是指结构上与另一种化合物类似但在一些细微结构上不同的物质。
本说明书涉及了本领域技术人员所使用的许多化学术语和缩写。然而，为了清楚和一致性起见，提供了所选术语的定义。
如本文所使用的，术语“取代”或“具有取代基”是指母体化合物或部分具有至少一个取代基团。术语“未取代的”或“不具有取代基”是指母体化合物或部分除了未确定的化合价被氢原子化学饱和外，不具有其他取代基。
如本文所述，“取代基”或“取代基团”是指选自卤素(F、Cl、Br或I)、羟基、巯基、氨基、硝基、羰基、羧基、烷基、烷氧基、烷基氨基、芳基、芳基氧基、芳基氨基、酰基、亚硫酰基、磺酰基、膦酰基，以及在有机化学中常规使用和接受的其它有机部分。
如本发明所用，术语“烷基”是指具有1至12个碳原子的饱和烃，包括直链，支链和环状烷基。烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、异丙基、叔丁基、仲丁基、异丁基、环丙基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基等。术语烷基包括未取代的烷基和取代的烷基。术语“C1-Cn烷基”(其中n是2至12的整数)表示具有1至所示“n”个碳原子的烷基。烷基残基可以是取代的或未取代的。在一些实施方式中，例如，烷基可以被羟基、氨基、羧基、羧酸酯、酰胺、氨基甲酸酯或氨基烷基等基团取代。
除非对碳数有限定，否则本文中所使用的“低级脂肪族”、“低级烷基”、“低级烯基”和“低级炔基”中的“低级”表示该部分具有至少一个(对于烯基和炔基为至少两个)且等于或小于6个碳原子。
术语“环烷基”、“脂环族”、“碳环”和等同表述是指在单环、螺环(共享一个原子)或稠合(共享至少一个键)碳环体系中包含饱和或部分不饱和碳环的基团，其中碳环体系具有3至15个碳原子。环烷基的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环戊烯-1-基、环戊烯-2-基、环戊烯-3-基、环己基、环己烯-1-基、环己烯-2-基、环己烯-3-基、环庚基、双环[4,3,0]壬基、降冰片基等。术语环烷基包括未取代的环烷基和取代的环烷基。术语“C3-Cn环烷基”其中n是4至15的整数，表示在环结构中具有3至所示“n”个碳原子的环烷基。除非另有说明，否则本发明使用的“低环烷基”基团指在其环结构中具有至少3个且等于或小于8个碳原子。
“环烷基残基”可以是饱和的或在环体系中含有一个或多个双键的基团。特别地，它们可以是饱和的或在环体系内含有一个双键。在不饱和环烷基残基中，双键可存在于任何合适的位置。单环烷基残基包括例如环丙基、环丁基、环戊基、环戊烯基、环己基、环己烯基、环庚基、环庚烯基、环辛基、环壬基、环癸基、环十一烷基、环十二烷基或环十四烷基，其也可取代有C1-4烷基。取代的环烷基残基的实例是4-甲基环己基和2,3-二甲基环戊基。双环体系的母体结构的实例是降冰片烷、双环[2.2.1]庚烷、双环[2.2.2]辛烷和双环[3.2.1]辛烷。
本发明所用术语“杂环烷基”和等同表述是指在单环、螺环(共享一个原子)或稠合(共享至少一个键)碳环体系中包含饱和或部分不饱和碳环的基团，其具有3个至15个碳原子的基团，包括1至6个杂原子(例如N、O、S、P)或者含杂原子(例如NH、NRx(Rx是烷基、酰基、芳基、杂芳基或环烷基)，PO2、SO、SO2等)的基团。杂环烷基可以与C连接或与杂原子连接的(例如通过氮原子)。杂环烷基的实例包括但不限于吡咯烷基、四氢呋喃基、四氢二噻吩基、四氢吡喃基、四氢噻喃基、哌啶基、吗啉基、硫代吗啉基、噻噁烷基、哌嗪基、氮杂环丁烷基、氧杂环丁烷基、硫杂环丁烷基、高哌啶基、氧杂环戊烷基、硫杂环戊烷基、氧氮杂卓基、二氮杂卓基、硫氮杂基、1,2,3,6-四氢吡啶基、2-吡咯啉基、3-吡咯啉基、二氢吲哚基、2H-吡喃基、4H-吡喃基、二氧六环基、1,3-二氧戊环基、吡唑啉基、二噻烷基、二硫杂环戊烷基、二氢吡喃基、二氢噻吩基、二氢呋喃基、吡唑烷基、咪唑啉基、咪唑烷基、3-氮杂双环[3,1,0]己基、3-氮杂双环[4,1,0]庚基、3H-吲哚基、喹嗪基和糖等。术语杂环烷基包括未取代的杂环烷基和取代的杂环烷基。术语“C3-Cn杂环烷基”，其中n是4至15的整数，表示在环结构中具有3至所示“n”个原子的杂环烷基，包括至少一个如上所定义的杂基团或原子。除非另有说明，否则本发明使用的“低杂环烷基”指在其环状结构中具有至少3个且等于或小于8个碳原子。
本发明所用术语“芳基”和“芳基环”是指在共轭单环或多环体系(稠和或非稠和的)中具有“4n+2”个(π)电子，并具有6至14个环原子的芳族基团，其中n是1至3的整数。多环系统包括至少一个芳环。芳基可以直接连接或通过C1-C3烷基(也称为芳基烷基或芳烷基)连接。芳基的实例包括但不限于苯基、苄基、苯乙基、1-苯基乙基、甲苯基、萘基、联苯基、三联苯基、茚基、苯并环辛烯基、苯并环庚烯基、薁基、苊基、芴基、菲基、蒽基等。术语芳基包括未取代的芳基和取代的芳基。术语“C6-Cn芳基”(其中n是6至15的整数)表示在环结构中具有6至所示“n”个碳原子的芳基，包括至少一个如上所定义的杂环基团或原子。
本发明所用术语“杂芳基”和“杂芳基环”是指在共轭单环或多环体系(稠和或非稠和的)中具有“4n+2”个(π)电子的芳族基团，其中n是1至3的整数，并包括一个至六个杂原子(例如N、O、S、P)或者包括杂原子(例如NH、NRx(Rx是烷基、酰基、芳基、杂芳基或环烷基)、PO2、SO、SO2等)的基团。多环系统包括至少一个杂芳环。杂芳基可以直接连接或通过C1-C3烷基(也称为杂芳基烷基或杂芳烷基)连接。杂芳基可以与碳连接的或者与杂原子连接的(例如，通过氮原子)。杂芳基的实例包括但不限于吡啶基、咪唑基、嘧啶基、吡唑基、三唑基、四唑基、呋喃基、噻吩基；异恶唑基、噻唑基、恶唑基、异噻唑基、吡咯烷基、喹啉基、异喹啉基、吲哚基、异吲哚基、色烯基、异色烯基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、噌啉基、吲唑基、吲嗪基、酞嗪基、哒嗪基、吡嗪基、三嗪基、异吲哚基、喋啶基、呋喃基、苯并呋喃基、苯并噻唑基、苯并噻吩基、苯并噻唑基、苯并恶唑基、喹唑啉基、喹啉基、喹啉酮基、异喹啉酮基、喹喔啉基、萘啶基、呋喃并吡啶基、咔唑基、菲啶基、吖啶基、苝基、菲咯啉基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩恶嗪基、二苯并呋喃基等。术语杂芳基包括未取代的杂芳基和取代的杂芳基。术语“C5-Cn杂芳基”，其中n是6至15的整数，表示在环结构中具有从5至所示“n”个原子的杂芳基，包括至少一个如上所定义的杂环基团或原子。
本发明所用术语“杂环”或“杂环的”包括杂环烷基和杂芳基。杂环的实例包括但不限于吖啶基、吖辛因基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并噻吩基、苯并恶唑基、苯并噻唑基、苯并三唑基、苯并四唑基、苯并异恶唑基、苯并异噻唑基、4αH-咔唑基、咔啉基、苯并二氢吡喃基、色烯基、噌啉基、十氢喹啉基、2H,6H-1,5,2-二噻嗪基、二氢呋喃并[2,3-b]四氢呋喃、呋喃基、呋咱基、咪唑烷基、咪唑啉基、咪唑基、1H-吲唑基、二氢吲哚基、3H-吲哚基、异喹啉基、异噻唑基、异恶唑基、亚甲二氧基苯基、吗啉基、萘啶基、八氢异喹啉基、恶二唑基、1,2,3-恶二唑基、1,2,4-恶二唑基、1,2,5-恶二唑基、1,3,4-恶二唑基、恶唑烷基、恶唑基、恶唑烷基、嘧啶基、菲啶基、菲咯啉基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩恶嗪基、酞嗪基、哌嗪基、哌啶基、哌啶酮基、4-哌啶酮基、胡椒基、蝶啶基、嘌呤基、吡喃基、吡嗪基、吡唑烷基、吡唑啉基、吡唑基、哒嗪基、吡啶并恶唑、吡啶并咪唑、吡啶并噻唑、吡啶基、吡啶基、吡咯基、吡咯基、喹唑啉基、喹啉基、4H-喹嗪基、喹喔啉基、奎宁环基、四氢呋喃基、四氢异喹啉基、四氢喹啉基、四唑基、6H-1,2,5-噻二嗪基、1,2,3-噻二唑基、1,2,4-噻二唑基、1,2,5-噻二唑基、1,3,4-噻二唑基、噻蒽基、噻唑基、噻吩基、噻吩并噻唑基、噻吩并恶唑基、噻吩并咪唑基、噻吩基、三嗪基、1,2,3-三唑基、1,2,4-三唑基、1,2,5-三唑基、3,4-三唑基、呫吨基等。术语杂环包括未取代的杂环基和取代的杂环基。
本发明所用术语“胺”或“氨基”是指未取代或取代的通式-NRaRb的片段，其中Ra和Rb各自独立地为氢、烷基、芳基或杂环基，或Ra和Rb一起与它们所连接的氮原子形成杂环。术语氨基指化合物或片段中至少一个碳或杂原子与氮原子共价键合。因此，本发明所用术语“烷基氨基”和“二烷基氨基”是指分别具有一个和至少两个C1-C6烷基与氮原子连接的胺基。术语“芳基氨基”和“二芳基氨基”包括至少一个或两个芳基结合的基团与氮原子连接。术语“酰胺”或“氨基羰基”指化合物或片段的羰基或硫代羰基的碳与氮原子相连的结构。术语“酰基氨基”是指氨基直接于酰基连接的结构。
术语“烷巯基”是指具有巯基连接其上的烷基。合适的烷巯基包括具有1至约12个碳原子，优选1至约6个碳原子的基团。本文所用的术语“烷基羧基”是指具有羧基连接其上的烷基。
本发明所用术语“烷氧基”或“低级烷氧基”是指烷基与氧原子相连的结构。代表性的烷氧基包括具有1至约6个碳原子的基团，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、叔丁氧基等。烷氧基的实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、异丙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基、氯甲氧基、二氯甲氧基、三氯甲氧基等。术语“烷氧基”包括未取代或取代的烷氧基，以及全卤代烷氧基等。
本发明所用术语“羰基”或“羧基”是指化合物和片段含有通过双键与氧原子连接的碳。含有羰基的部分的实例包括醛、酮、羧酸、酰胺、酯、酸酐等。
本发明所用术语“酰基”是羰基的碳原子连接到氢(即甲酰基)、脂族基团(C1-C6烷基，C1-C6链烯基，C1-C6炔基，例如乙酰基)、环烷基(C3-C8环烷基)、杂环基(C3-C8杂环烷基和C5-C6杂芳基)、芳基(C6芳基，例如苯甲酰基)相连的羰基结构。酰基可以是未取代的或取代的酰基(例如水杨酰基)。
术语“溶剂化物”是指化合物与一种或多种溶剂分子(无论是有机的还是无机的)的物理缔合。该物理缔合包括氢键。在某些情况下，溶剂化物能够被分离，例如当一个或多个溶剂分子并入晶体的晶格中时。“溶剂合物”包括溶液相的溶剂化合物和可被分离的溶剂化物。“溶剂化物”的实例包括但不限于水合物、乙醇化物、甲醇化物、半乙醇化物等。术语“水合物”是指化合物与水分子的物理缔合。
化合物的“药学上可接受的盐”是指药学上可接受的化合物的盐。理想的化合物的盐(碱性、酸性或带电官能团)可以保留或改善如本发明所定义的母体化合物的生物活性和性质，并且不是生物学上不需要的。药学上可接受的盐可以是Berge等人在"Pharmaceutical Salts",J.Pharm.Sci.66,1-19(1977)所提到的。包括但不限于：
(1)在碱性或带正电荷的官能团上加入酸形成的盐，无机酸包括盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、氨基磺酸、硝酸、磷酸、碳酸盐等。有机酸包括乙酸、丙酸、乳酸、草酸、乙醇酸、新戊酸、叔丁基乙酸、β-羟基丁酸、戊酸、己酸、环戊烷丙酸、丙酮酸、丙二酸、琥珀酸、苹果酸、富马酸、酒石酸、柠檬酸、苯甲酸、3-(4-羟基苯甲酰基)苯甲酸、肉桂酸、扁桃酸、甲磺酸、乙磺酸、1,2-乙二磺酸、2-羟基乙磺酸、环己基氨基磺酸、苯磺酸、磺胺酸、4-氯苯磺酸、2-萘磺酸、4-甲苯磺酸、樟脑磺酸、3-苯基丙酸、月桂基磺酸、月桂基硫酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、月桂酸、扑酸(扑酸)、扑酸、泛酸、乳糖酸、藻酸、半乳糖二酸、半乳糖醛酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸、谷氨酸、萘甲酸、羟基萘甲酸、水杨酸、抗坏血酸、硬脂酸、粘康酸等。
(2)当母体化合物中存在酸性质子或者其被金属离子取代时，可以加入碱得到盐。所述金属离子包括碱性金属离子(例如锂、钠、钾)，碱土金属离子(镁、钙、钡)或其它金属离子如铝、锌、铁等。有机碱包括但不限于N,N'-二苄基乙二胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氨基丁三醇、N-甲基葡萄糖胺、哌嗪、氯普鲁卡因、普鲁卡因、胆碱、赖氨酸等。
药学上可接受的盐可以由含有碱性或酸性片段的母体化合物通过常规化学方法合成。通常，这种盐通过化合物(游离酸或碱)与等化学计量的碱或酸在水中或有机溶剂中或在两者的混合物中反应来制备。盐可以在药剂的最终分离或纯化过程中原位制备，或者将游离酸或碱形式的已纯化的本发明化合物单独的与所期望的相应碱或酸反应并分离由此形成的盐而制备。术语“药学上可接受的盐”还包括含有共价键合至阴离子基团的阳离子基团的两性离子化合物，它们被称作“内盐”。本发明的化合物包括的所有酸，盐，碱和其它离子和非离子形式。例如，如果本发明中化合物为酸，该化合物盐的形式也包含在内。同样，如果本发明中化合物为盐，该化合物酸和/或碱的形式也包含在内。
如本文所使用的，术语“有效量”是指以单剂量或多剂量施用至受试者后，在受试者中提供所需的治疗、预防、诊断或预后效应的治疗剂(例如化合物)的量或剂量。主治医生或诊断医生通过已知技术并通过观察在类似情况下获得的结果可容易地确定有效量。在确定施用的化合物的有效量或剂量时，考虑许多因素，包括但不限于：受试者的体重、年龄和一般健康状况；涉及的具体疾病；待治疗的疾病或病症的涉及程度或严重程度；受试者个体的回应；施用的特定化合物；施用模式；所施用制剂的生物利用度特征；所选的剂量方案；使用伴随药物；和其他相关考虑。
“药学上可接受的”是指该术语描述的药物、药品、惰性成分等，适合用于与人和动物的细胞或组织相接触，而没有异常毒性、不相容性、不稳定性、刺激性、过敏反应等，与合理的利益/风险比率相称。通常是指由联邦或州政府的管理机构批准或可批准，或者在美国药典或其它公认的药典中列出的用于动物，更尤其是用于人的化合物或组合物。
“药学上可接受上的载体”是指与化合物一起施用的稀释剂、佐剂、赋形剂、载体或载剂。术语“药学上可接受的载剂”和“药学上可接受的载体”在本文中可互换使用。
“药物组合物”是指包括如本文所述的化合物，以及取决于给药方式和剂型的要求的至少一种组分，该至少一种组分包括药学上可接受的载体、稀释剂、佐剂、赋形剂或载剂，诸如防腐剂、填充剂、崩解剂、润湿剂、乳化剂、悬浮剂、甜味剂、调味剂、芳香剂、抗菌剂、抗真菌剂、润滑剂和分散剂等。“预防”或“预防”用于表示至少降低获得疾病或病症(或易感性)获得疾病或障碍的可能性(即，使至少一种疾病的临床症状不发展为可能暴露于或易患疾病但尚未经历或显示疾病症状的患者)。
在一些实施方式中，“治疗”或“治疗”任何疾病或病症是指缓解了至少一种疾病或病症。在某些实施方式中，“治疗”或“治疗”是指缓解至少一种身体参数，其可以是患者可以分辨的或不可分辨的。在某些实施方式中，“治疗”或“治疗”是指身体上(例如，可辨别的症状的稳定)或生理学上(例如，身体参数的稳定)或这两者上来抑制疾病或病症。在某些实施方式中，“治疗”或“治疗”是指在有需要的受试者中改善生活品质或疾病的副作用。“治疗有效量”是指施用至受试者用于治疗或预防疾病的化合物的量足以达到治疗或预防该疾病的效果。“治疗有效量”将依据化合物；疾病及其严重程度；待治疗或预防患有疾病的受试者的年龄、体重等而变化。如本文中所使用的，“治疗有效量”是指化合物物或组合物足以预防、治疗、抑制、降低、缓解或消除疾病，诸如癌症的一种或多种病因、症状或并发症。
术语“受试者”是指包括哺乳动物和人的动物，尤其是指人。
术语“前药”或其等同表述是指在体外或体内直接或间接转化成活性形式的试剂(例如参见R.B.Silverman,1992,"The Organic Chemistry of Drug Design and DrugAction,"Academic Press,Chap.8；Bundgaard,Hans；Editor.Neth.(1985),"Design ofProdrugs".360pp.Elsevier,Amsterdam；Stella,V.；Borchardt,R.；Hageman,M.；Oliyai,R.；Maag,H.；Tilley,J.(Eds.)(2007),"Prodrugs:Challenges and Rewards,XVIII,1470p.Springer)。前药可用于改变具体药物的生物分布(例如，使药剂通常不会进入蛋白酶反应位点)或药代动力学。已经使用多种基团来修饰化合物以形成前药，例如酯、醚、磷酸酯/盐等。当将前药施用至受试者时，该基团通过酶促或非酶促、还原、氧化或水解地裂解掉，或者以其它方式释放出活性化合物。如本文中所使用的，“前药”包括药学上可接受的盐或酯，或药学上可接受的溶剂化物或螯合物，以及上文的任何结晶形式。前药通常(尽管不一定)是药学上无活性的，直至其转化为活性形成。
术语“酯”是指可由式RCOOR(羧酸酯)或式RSO3R'(磺酸酯)表示的化合物，通常可分别由羧酸或磺酸与醇之间反应(消除一分子水)来形成。
术语“氨基酸”通常是指同时包含羧酸基团和氨基基团的有机化合物。术语“氨基酸”包括“天然”和“非天然”的氨基酸。另外，术语氨基酸包括O-烷基化的氨基酸或N-烷基化的氨基酸，以及具有含氮、硫或氧的侧链(例如Lys，Cys或Ser)的氨基酸，其中氮、硫或氧原子可以被或不被酰基化或烷基化。氨基酸可以是纯的L-异构体或D-异构体，或者是L-异构体和D-异构体的混合物，包括(但不限于)外消旋混合物。
术语“天然氨基酸”和等同表达是指通常在天然存在的蛋白质中发现的L-氨基酸。天然氨基酸的实例包括但不限于丙氨酸(Ala)、半胱氨酸(Cys)、天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、苯丙氨酸(Phe)、甘氨酸(Gly)、组氨酸(His)、异亮氨酸(Ile)、赖氨酸(Lys)、亮氨酸(Leu)、甲硫氨酸(Met)、天冬酰胺(Asn)、脯氨酸(Pro)、谷氨酰胺(Gln)、精氨酸(Arg)、丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、β-丙氨酸(β-Ala)和γ-氨基丁酸(GABA)。
术语“非天然氨基酸”是指天然氨基酸的任何衍生物，包括D-型氨基酸，以及α-和β-氨基酸衍生物。术语“非天然氨基酸”和“不是天然氨基酸”在本文中可互换使用。应注意的是，在本发明中可归类为非天然氨基酸的某些氨基酸(例如羟脯氨酸)也可存在于自然界中的某些生物组织或特定蛋白质中。具有许多不同保护基团、适于固相肽合成中直接应用的氨基酸是可以通过购买得到的。除了二十种最常见的天然氨基酸，根据本发明可使用如下示例性非天然氨基酸和氨基酸衍生物(括号中为常见的缩写)：2-氨基己二酸(Aad)，3-氨基己二酸(β-Aad)，2-氨基丁酸(2-Abu)，α,β-脱氢-2-氨基丁酸(8-AU)，1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACPC)，氨基异丁酸(Aib)，3-氨基异丁酸(β-Aib)，2-氨基-噻唑啉-4-羧酸，5-氨基戊酸(5-Ava)，6-氨基己酸(6-Ahx)，2-氨基庚酸(Ahe)，8-氨基辛酸(8-Aoc)，11-氨基十一烷酸(11-Aun)，12-氨基十二烷酸(12-Ado)，2-氨基苯甲酸(2-Abz)，3-氨基苯甲酸(3-Abz)，4-氨基苯甲酸(4-Abz)，4-氨基-3-羟基-6-甲基庚酸(抑胃酶氨酸，Sta)，氨基氧基乙酸(Aoa)，2-氨基四氢化萘-2-羧酸(ATC)，4-氨基-5-环己基-3-羟基戊酸(ACHPA)，对氨基苯丙氨酸(4-NH2-Phe)，2-氨基庚二酸(Apm)，联苯基丙氨酸(Bip)，对溴苯丙氨酸(4-Br-Phe)，邻氯苯丙氨酸(2-Cl-Phe)，间氯苯丙氨酸(3-Cl-Phe)，对氯苯丙氨酸(4-Cl-Phe)，间-氯酪氨酸(3-Cl-Tyr)，对苯甲酰基苯丙氨酸(Bpa)，叔丁基甘氨酸(TLG)，环己基丙氨酸(Cha)，环己基甘氨酸(Chg)，锁链素(Des)，2,2-二氨基庚二酸(Dpm)，2,3-二氨基丙酸(Dpr)，2,4-二氨基丁酸(Dbu)，3,4-二氯苯丙氨酸(3,4-Cl2-Phe)，3,4-二氟苯丙氨酸(3,4-F2-Phe)，3,5-二碘酪氨酸(3,5-I2-Tyr)，N-乙基甘氨酸(EtGly)，N-乙基天冬酰胺(EtAsn)，邻氟苯丙氨酸(2-F-Phe)，间氟苯丙氨酸(3-F-Phe)，对氟苯丙氨酸(4-F-Phe)，间-氟酪氨酸(3-F-Tyr)，高丝氨酸(Hse)，高苯丙氨酸(Hfe)，高酪氨酸(Htyr)，羟基赖氨酸(Hyl)，异羟基赖氨酸(aHyl)，5-羟色氨酸(5-OH-Trp)，3-或4-羟基脯氨酸(3-或4-Hyp)，对碘苯丙氨酸-异酪氨酸(3-I-Tyr)，二氢吲哚-2-羧酸(Idc)，异艾杜霉素(Ide)，异亮氨酸(α-Ile)，异哌啶酸(Inp)，N-甲基异亮氨酸(MeLys)，间甲基酪氨酸(3-Me-Tyr)，N-甲基缬氨酸(MeVal)，1-萘基丙氨酸(1-Nal)，2-萘基丙氨酸(2-Nal)，对硝基苯丙氨酸(4-NO2-Phe)，3-硝基酪氨酸(3-NO2-Tyr)，正亮氨酸(Nle)，正缬氨酸(Nva)，鸟氨酸(Orn)，邻磷酸酪氨酸(H2PO3-Tyr)，八氢吲哚-2-羧酸(Oic)，青霉胺(Pen)，五氟苯丙氨酸(F5-Phe)，苯基甘氨酸(Phg)，哌啶酸(Pip)，炔丙基甘氨酸(Pra)，焦谷氨酸(PGLU)，肌氨酸(Sar)，四氢异喹啉-3-羧酸(Tic)，噻唑烷-4-羧酸(硫代脯氨酸，Th)。
对于本文所提供的化合物，在一些实施方式中，还包括其盐，药学上可接受的盐。本领域技术人员将知晓多种可能的盐形式(例如，TFA盐、四唑盐、钠盐、钾盐等)，也可基于本领域已知的考虑选择合适的盐。术语“药学上可接受的盐”是指由药学上可接受的没有毒性的酸或碱(包括无机酸和碱以及有机酸和碱)制备的盐。例如，对于含有碱性氮的化合物，其盐可以通过药学上可接受的没有毒性的酸(包括无机酸和有机酸)来制备。适用于本发明的药学上可接受的酸包括但不限于乙酸、苯磺酸(苯磺酸盐)、苯甲酸、樟脑磺酸、柠檬酸、乙烯磺酸、富马酸、葡糖酸、谷氨酸、氢溴酸、盐酸、羟乙磺酸、乳酸、马来酸、苹果酸、扁桃酸、甲磺酸、粘酸、硝酸、扑酸、泛酸、磷酸、琥珀酸、硫酸、酒石酸、对甲苯磺酸等。当化合物含有酸性侧链时，适用于本发明的药学上可接受的碱包括但不限于由铝、钙、锂、镁、钾、钠和锌制成的金属盐或由赖氨酸、N,N'-二苄基乙二胺、氯普鲁卡因、胆碱、二乙醇胺、乙二胺、葡甲胺(N-甲基葡萄糖胺)和普鲁卡因制成的有机盐。
组合物
在一实施方式中，提供了药物组合物，该药物组合物包括本发明的化合物，例如式I至式III所示的化合物和表1的化合物或其药学上可接受的盐、酯、螯合物、水合物或溶剂化物，以及药学上可接受的载体。在又另一实施方式中，提供了包括式I至式III所示的化合物和表1的化合物或其药学上可接受的盐或酯，以及药学上可接受的载体的药物组合物。
实施例
通过参考以下实施例将更容易理解本发明，所述实施例用于说明本发明，而不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
除非另有定义或上下文另有明确规定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。应当理解，与本文所述类似或等同的任何方法和材料可用于本发明的实践或测试。
实施例1：N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-L-脯氨酸-18O-酰胺(化合物1或者Alpelisib-18O1)的制备
在氮气保护下，将(S)-1-N-Boc-2-吡咯烷甲腈(100mg，0.51mmol)，醋酸钯(12mg，0.051mmol)，2,2-联吡啶(8mg，0.051mmol)加入到H2 18O(98％氧-18丰度，0.5mL)中，反应液在封管中于60℃搅拌24小时。将反应液冷却至室温并转移到烧瓶中，真空下浓缩，残余物通过柱层析纯化(流动相，二氯甲烷：甲醇＝100/0～50/1)，最终得到N-Boc-L-脯氨-18O-酰胺(48mg；氧-18丰度，97.3％)。
将N-Boc-L-脯氨-18O-酰胺(48mg，0.22mmol)溶于二氯甲烷(0.5mL)中，然后加入盐酸/二氧六环溶液(4M，0.5mL)，25℃下搅拌反应1小时，然后将反应液在油泵下旋干，得到L-脯氨-18O-酰胺盐酸盐(35mg)。
将N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-[1H]-咪唑酯(79mg，0.2mmol)加入到DMF(1mL)中，然后加入L-脯氨-18O-酰胺盐酸盐(33mg，0.22mmol)，三乙胺(80mg，0.8mmol)，反应液在30℃下搅拌反应16小时。将反应液通过油泵旋干，剩余物通过柱层析纯化(流动相，二氯甲烷：甲醇＝100/0～30/1)，得到化合物1(70mg，氧-18丰度97.34％，收率81.87％)。
1H NMR(500MHz,DMSO-d6)：δppm 10.96(s,1H),8.60(d,J＝5.0Hz,1H),7.55(s,1H),7.41(s,2H),6.97(s,1H),4.26(s,0.48H),3.60(s,1H),3.46(s,1H),2.42(s,4H),2.09(s,1H),1.87(s,3H),1.61(s,6H)。
13C NMR(125MHz,DMSO-d6)：δppm 174.36,159.87,158.99,152.99,149.58,145.69,141.44,129.94,127.69,121.80,120.78,60.36,55.40,46.92,46.71,30.43,21.93,16.89。
m/z(ESI+)：443.7；m/z(ESI-)441.5。
实施例2：N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-L-脯氨酸-17O-酰胺(化合物2或者Alpelisib-17O1)的制备
除了使用O17-水(H2 17O)来代替实施例1中所使用的H2 18O之外，以与实施例1中相同的方法来获得化合物2。
实施例3：N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-L-脯氨酸-13C1-酰胺(化合物4或者Alpelisib-13C1)的制备
除了使用脯氨酸-13C1-酰胺盐酸盐作为起始原料之外，以实施例1相似的方法来获得化合物4。
实施例4：N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-L-脯氨酰胺-15N(化合物5或者Alpelisib-15N)的制备
将L-脯氨酸(5g，43.4mmol，1.0eq.)、三乙胺(6.6g，65.2mmol，1.5eq.)溶于50ml甲醇中，缓慢加入(Boc)2O(9.5g，43.5mmol，1eq.)，混合物在50℃下搅拌2h。将反应液浓缩，残余物经过柱层析纯化(洗脱剂：MeOH/DCM＝1/50)得N-叔丁氧羰基-L-脯氨酸(6g，64.2％)。
将上步所得N-叔丁氧羰基-L-脯氨酸(1.5g，6.97mmol，1.0eq.)溶于1,4-二氧六环(27mL)中，加入吡啶(0.36mL，4.20mmol，0.6eq.)、15N-硫酸铵(1.19g，8.87mmol，1.3eq.)、(Boc)2O(1.98g，8.87mmol，1.3eq.)，反应混合物在25℃下搅拌过夜。将反应液浓缩后，残余物经柱层析纯化(洗脱剂：MeOH/DCM＝100/0～50/1)得N-叔丁氧羰基-L-脯氨-15N-酰胺(0.29g；15N丰度，99.4％)。
将由此所得到的N-叔丁氧羰基-L-脯氨-15N-酰胺(0.29g，1.347mmol，1.0eq.)溶于DCM(3mL)中，加入4M的HCl/二氧六环溶液(1.4mL，5.6mmol，4.16eq.)，室温搅拌0.5h。有白色固体析出，过滤并真空干燥得L-脯氨-15N-酰胺盐酸盐(0.16g；15N丰度，99.4％)。
将4-甲基-5-(2-(1,1,1-三氟-2-甲基丙-2-基)吡啶-4-基)噻唑-2-胺(0.5g，1.66mmol，1.0eq.)溶于DCM(25mL)中，加入CDI(0.4g，2.46mmol，1.5eq.)，于40℃搅拌4h。有大量白色固体析出，过滤并真空干燥得N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-[1H]-咪唑酯(0.5g，收率76.9％)。
将L-脯氨-15N-酰胺盐酸盐(0.16g，1.06mmol，1.05eq.)、N-(4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶)-2-噻唑)氨基羰基-[1H]-咪唑酯(400mg，1.01mmol，1.0eq.)溶于吡啶(5mL)中，再加入DMAP(3mg，0.016mmol，0.023eq.)，25℃下搅拌过夜。将反应液浓缩后，残余物经柱层析纯化(洗脱剂:DCM/MeOH＝100/0～30/1)，得到化合物5(240mg，15N-丰度99.4％，收率53.7％)。
1H NMR(500MHz,DMSO-d6)：δppm 1.64(s,6H),1.90(s,3H),2.12(s,1H),2.44(s,3H),3.50(s,1H),3.63(s,1H),4.31(s,1H),6.99(m,1H),7.42(m,2H),7.58(s,1H),8.63(s,1H),10.96(s,1H)。
13C NMR(125MHz,DMSO-d6)：δppm 16.78,21.91,24.39,30.41,46.72,46.92,60.38,120.68,121.71,125.39,127.65,129.90,132.15,141.42,149.53,159.00,174.21,174.32。
m/z(ESI-)440.6；m/z(ESI+)442.8。
实施例5：化合物1和Alpelisib在SD大鼠中的药代动力学比较研究
将一组(6只)SD大鼠用于实验。将化合物1(Alpelisib-18O1)与Alpelisib以1:1的摩尔比混合以得到给药溶液，其中，两者在给药溶液中的浓度均为1.25mg/mL。将该给药溶液以灌胃方式施用至动物，施用剂量为2.5mg/kg。施用后，在一系列预设时间点采集血样(时间点分别为施用后0.167、0.5、1、2、3、4、6、8和24小时)。采用通用方法，将血样转化为血浆样品，并通过LC-MS/MS对样品中的化合物1和Alpelisib的浓度进行分析。所得数据见表2和图1。图1中，标识-○-和--Δ--分别代表在等剂量口服给药后化合物1和Alpelisib在血浆中的药物浓度-时间曲线。
表2.化合物1和Alpelisib在SD大鼠中的PK参数。
参数 单位 化合物1 Alpelisib
AUC<sub>0-t</sub> ug/L*h 28719 26405
AUC<sub>0-∞</sub> ug/L*h 28798 26476
Tmax H 3 3
Vz/F L/kg 1.655 1.798
CLz/F L/h/kg 0.434 0.472
Cmax ug/L 2390 2297
实施例6：化合物1和Alpelisib在ICR小鼠中的药代动力学比较研究
将48只ICR小鼠随机分为6组(每组8只)。将化合物1(Alpelisib-18O1)与Alpelisib以1:1的摩尔比以得到给药溶液，其中，两者在给药溶液中的浓度均为1.25mg/mL。将该给药溶液以灌胃方式施用至动物，施用剂量为2.5mg/kg。施用后，在一系列预设时间点采集血样(时间点分别为施用后0.5、1、2、4、8和12小时)，每个时间点从一组动物采样。采用通用方法，将血样转化为血浆样品，并通过LC-MS/MS对样品中的化合物1和Alpelisib的浓度进行分析。所得数据见表3和图2。图2中，标识-○-和--Δ--分别代表在等剂量口服给药后化合物1和Alpelisib在血浆中的药物浓度-时间曲线。
表3.化合物1和Alpelisib在ICR小鼠中的PK参数。
参数 单位 化合物1 Alpelisib
AUC(0-t) ug/L*h 27845 26212
AUC(0-∞) ug/L*h 32554 30597
Tmax h 2 2
Vz/F L/kg 2.236 2.37
CLz/F L/h/kg 0.384 0.409
Cmax ug/L 4519 4208
实施例7：代谢物M4和M4-18O1在肝脏S9培养基中的生成。
用在37℃水浴中预热的0.1M Tris-乙酸缓冲液将含有等摩尔量化合物1和Alpelisib的混合物储备液(50μL)稀释为化合物浓度为4.5μM的工作溶液。向每个孵育孔中，加入上述工作溶液(50μL)和肝脏S9溶液(50μL)，混合均匀。预孵育5分钟后，向每个孵育孔中加入β-NADPH溶液(100μL)。然后，将孵育板置于37℃下进行孵育，并于0、15、30、60、和240分钟时间点时采集孵育样品并进行分析。
样品分析方法：每个时间点采集三份样品，向每个预设时间点的样品中加入终止液(800μL)后，混合均匀(Vertex)，于12000rpm转速下离心5分钟，上清液转移到分析样品管中，并通过LC-MS/MS对样品中的M4和M4-18O1的浓度进行分析。
在相同实验条件下，以下两个实验平行进行：(1)将等摩尔浓度的M4和M4-18O1的混合物溶液进行一系列稀释，并对各溶液中的M4和M4-18O1以LC-MS/MS进行分析，证明M4和M4-18O1在此条件下具有相同的响应值，且成线性；(2)当仅孵育化合物1时，没有M4产生，只有M4-18O1生成。
实验中使用的肝脏S9分别为(a)猴肝脏S9、(b)混合的人肝脏S9、(c)迷你猪肝脏S9，以及(d)雄性Wistar大鼠肝脏S9。图3(图3a至图3d)是对实验结果的总结。
尽管参照本发明的实施例详细描述了本发明，但提供这些实施例是为了说明而不是限制本发明。根据本发明原理能够得到的其它实施例均属于本发明权利要求所界定的范畴。
本文所列出的所有文件和文献的内容通过引用而整体并入本文中。

Claims (20)

1.一种式I所示的化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物：
Figure FDA0002074156910000011
其中，
n为1到3的整数；
Figure FDA0002074156910000012
为被稳定的重同位素富集的酰胺官能团，其中，稳定重同位素选自18O、17O、15N和13C中的一种或多种；
R为有机部分；
R1和R2独立地为氢或有机部分。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中，所述化合物为含有一至三个同位素富集的酰胺键
Figure FDA0002074156910000013
的药物和/或前药，由此所述药物和/或前药是重同位素富集的。
3.根据权利要求1或2所述的化合物，其中，n等于1。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的化合物，其中所述化合物为式II所示的化合物或其药物上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物：
Figure FDA0002074156910000014
其中，n等于1，有机部分R为
Figure FDA0002074156910000015
即N-((4-甲基-5-(2-(2,2,2-三氟-1,1-二甲基乙基)-4-吡啶基)-2-噻唑基)氨基羰基)-吡咯烷-2-基，并且其中，R1和R2独立地为氢或保护基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的化合物，其中，所述同位素富集的酰胺官能团由18O、17O、13C和15N中的至少一种同位素富集。
6.根据权利要求1所述的化合物，其中，所述化合物为式III所示的化合物或其药物上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物：
Figure FDA0002074156910000016
其中，
Figure FDA0002074156910000017
为被选自18O、17O、13C和15N中的一种或多种稳定的重同位素富集的酰胺官能团；NSAID为非甾体类抗炎药物的残余有机部分，所述非甾体类抗炎药物的羧基参与形成所述重同位素富集的酰胺官能团。
7.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物选自由以下各项组成的组：
Figure FDA0002074156910000021
Figure FDA0002074156910000031
Figure FDA0002074156910000041
Figure FDA0002074156910000051
Figure FDA0002074156910000061
8.根据前述权利要求中任一项所述的化合物，其中，所述化合物中重同位素富集的水平为约5％或更多，约10％或更多，约20％或更多，约50％或更多，约75％或更多，约90％或更多，约95％或更多，或100％。
9.一种药物组合物，所述药物组合物包括根据权利要求1至8中任一项所述的化合物，以及药学上可接受的载体。
10.一种用于调整药物或前药在受试者中药代动力学特性的方法，所述方法包括将权利要求1至8中任一项所述的化合物或权利要求9所述的药物组合物施用至受试者，从而调整药物或前药的药代动力学特性，进而增强药物或前药在治疗受试者的疾病病症或症状中的治疗效果或预防效果。
11.一种在受试者中降低化合物的代谢、降低化合物的治疗毒性、降低化合物的副作用、增加化合物的耐受性、改善化合物的生物分布或增加化合物的治疗或预防效果的方法，所述化合物包括一个或多个酰胺官能团，所述方法包括：
(a)用选自18O、17O、13C和15N的一种或多种稳定的重同位素富集所述化合物中的一个或多个酰胺官能团以形成同位素富集的化合物；
(b)将所述同位素富集的化合物施用至受试者，其中，相对于施用未经同位素富集的化合物，降低了代谢、降低了治疗毒性、降低了副作用、增加了耐受性、改善了生物分布和/或增加了治疗或预防效果。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述化合物为药物或前药。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述化合物为用于治疗与磷酸肌醇3-激酶的活性相关的疾病病症或症状的PI3K抑制剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述化合物为权利要求4至5中任一项所述的化合物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述化合物选自以下所示的化合物或其药学上可接受的盐、酯、水合物、螯合物或溶剂化物：
Figure FDA0002074156910000071
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述疾病病症或症状为实体瘤或癌症。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述癌症为乳腺癌、黑色素瘤、结肠癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、白血病、脑瘤、淋巴瘤、卵巢癌、卡波西肉瘤、直肠癌、肾细胞癌或胶质母细胞瘤。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其中，所述受试者为哺乳动物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述哺乳动物为人。
20.一种试剂盒，所述试剂盒包括根据权利要求1至8中任一项所述的化合物或根据权利要求9所述的药物组合物，以及其使用说明。
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