钙离子通道阻滞药发展简史

钙离子通道阻滞药发展简史

1883年，英国内科医生、生理学家林格（Sidney Ringer，1835～1910，林格氏液即复方氯化钠注射液的发明者）在离体蛙心实验中发现，用不含钙和钾的生理盐水灌注蛙心，不能维持心肌的收缩；用含少量的钙和钾的生理盐水灌注时，蛙心可持续跳动数小时。而在此前生理学家通常使用生理盐水作为灌液，只能使青蛙心脏保持约半小时的跳动。林格就是这样发现了这种以他名字命名的溶液。这种溶液对实验生理学的贡献颇大。

 林格据此第一次提出Ca2+是维持蛙心跳动的必需离子。1901年，人们将这一观察结果扩展到平滑肌的收缩。60多年后，即20世纪40年代，日本的Kamada和Kinosita（1943年），美国的Heibrunn和Wiercinski （1947年）发现，将Ca2＋直接加入肌肉纤维，可使肌肉产生收缩，而其他离子如Na＋、K＋、Mg2＋等没有这样的作用。由此激发起人们对钙的细胞内作用的极大兴趣。现在认识到钙离子参与了广泛的细胞代谢过程，通常被认为是普遍存在的第二信使。

CCBs的发现源于筛选出的冠状动脉扩张剂的药理学研究。20世纪60年代早期，很多制药公司开始了一项针对冠状动脉循环的药物研发项目，以发现用于治疗心绞痛的冠状动脉扩张剂。其中就包括德国赫希斯特化学公司研制出的代号“512”的药物。两年后终于有了结果：来自欧洲各国的1000名心绞痛患者参加的试验中，70%以上对这种制剂作出反应。这个药就是普尼拉明（prenylamine），它获得 “心可定”这个商品名，并被世界上20多个国家采用，但未能使这一制剂被美国采用。

而另一家制药公司，德国克诺尔公司的化学家费迪南德·登格尔在1959年合成了D 365。登格尔估计这种物质有镇痛和局部麻醉的特性，但是也影响血压和血管。1961年夏天对人的心脏的进一步试验证实了这一猜想。接着进行了两年紧张的临床试验。1963年9月，克诺尔公司推出了这种制剂，它被叫做维拉帕米（verapamil），商品名“异搏定”，对某些心律失常疗效很好。

这两类药物是怎样发挥冠脉扩张作用的呢？两家公司无法对其产品进一步的作用机制做出解释。为此，两家公司向德国弗莱堡大学生理学教授弗兰克斯泰因（Albretch Fleckenstein，1917-1992）求教，看看他能否解决这一问题。

弗兰克斯泰因1917年出生于德国阿斯查芬堡。第二次世界大战中断了他的职业生涯；在此期间，他作为美国军队的战俘被关了两年。随着二战的结束，弗兰克斯泰因得以在海德堡大学药理学系艾希霍尔茨教授的领导下，于1947年完成了药理学和毒理学的“训练”。

很久以来弗兰克斯泰因的专门领域就一直是离子研究和心肌能量供应。他的研究集中在高能磷酸盐、心肌收缩性和兴奋-收缩耦合的代谢方面之间的关系。当他沉浸在这项工作时，他对阳离子与心肌收缩过程的相互作用产生了兴趣。

这次他马上与同事一起开展了药物的研究。通过离体豚鼠乳头肌实验，他们发现这两种新药可以扩张冠状动脉，但同时也引起肌肉的舒张，即拮抗肌肉的收缩。他们模仿了简单的从从林格氏液中去掉Ca2+对心脏影响的实验，结果发现维拉帕米对心脏的作用与溶液中去掉Ca2+后作用相似，能降低心脏的收缩性，而不影响Na+依赖性动作电位的变化和幅度。这些效应与β受体阻断剂有着明显的不同，可以通过升高钙离子、肾上腺素能儿茶酚胺的浓度或强心苷来迅速中和，恢复Ca2+对心肌的收缩作用。

在1963年11月到1964年初夏这段较短的时间内，弗兰克斯泰因就这样发现了一种崭新的分子层面上的作用机制。这两种新药既降低心肌收缩力，又不影响其动作电位，类似心肌细胞脱钙现象，又可以使兴奋收缩脱偶联，而且，这种抑制作用可以被钙离子逆转。于是，凭借敏锐的直觉，弗兰克斯泰因认为这两种药物一定是阻断了钙离子的内流。他于1967年巧合地使用了“钙拮抗剂（calcium antagonists）”这一术语。

就在这个时候，英国药理学家内勒（Winifred G. Nayler）博士向弗兰克斯泰因提供了硝苯地平样品，并提出硝苯地平也可能是一种CCBs。弗兰克斯泰因证实硝苯地平不仅是一种CCBs，而且是他测试过的最有效的CCBs。随着时间的推移，CCBs逐渐成为治疗心绞痛、高血压及某些类型心律失常的新药物。

1959年脑益嗪曾作为抗晕动病的抗组胺药用于临床。几年后，发现脑益嗪具有强大的抗血管收缩活性，引起药理学家的兴趣。直到1968年，才认识到它的抗血管收缩作用机制是抑制钙通道、阻止钙离子内流的结果。

Fleckenstein还发现了异丙肾上腺素与心肌钙调素分泌的关系。他发现，阻断由钙依赖性ATP酶的过度激活而产生的高能磷酸盐，可以防止随后的心肌坏死。这些都与CCBs的作用有关。

弗兰克斯泰因团队的研究表明，所有特异性的CCB都可干扰已标记的Ca2+进入心肌的摄取，防止细胞内有害的Ca2+超载引起心肌坏死；它们还可以阻断血管平滑肌的兴奋-收缩耦合，从而降低Ca2+依赖的冠状动脉血管张力，中和所有类型的实验性冠状动脉痉挛。弗兰克斯泰的实验室鉴定了相当数量的符合这些标准的物质，包括D 600，硝苯地平，尼鲁地平（niludipine,），尼莫地平，哌可昔林（perhexiline），芬迪林（fendiline），terodiline。

采用电压钳技术的研究，这些拮抗剂基本上充当缓慢通过肌膜的Ca2+流入的特异性抑制剂，但不(或只有轻微)影响快速的Na+电流。钙离子通道存在多种亚型，以及在各种组织器官分布及生理特性均有密切关系。放射化学和电生理学研究证明电压依赖性L型钙通道是二氢吡啶CCB作用的细胞靶标。modulated受体理论有助于理解它们的亲和力可随动脉细胞膜电位发生变化。英国药理学家内勒描述了他与弗兰克斯泰因关于钙拮抗剂术语的争论。包括内勒在内的一些药理学家认为“钙通道阻滞剂”更加合适。弗兰克斯泰因像往常一样诚实而简单地说，钙拮抗剂这个词更合适，因为他想到了这个名称。

弗兰克斯泰因的这些贡献促进了世界范围内关于钙离子阻滞学说的理论和临床研究与发展，发表了成千上万篇论文，并产生了重要的治疗效果。弗兰克斯泰因曾获得阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖、美国临床药理学学会杰出研究员奖、国际心脏研究学会杰出心脏病研究奖，以及美国药理学和实验治疗学会（ASPET）颁发的杰出基础药理学研究奖等荣誉。

到上世纪70年代末，CCBs被广泛接受用于各种心血管适应症，包括高血压、心律失常、心绞痛、动脉粥样硬化。CCBs降低高血压患者的血压升高，但不会改变正常血压受试者的血压。在L型和T型通道上都有活性的药物可使慢性肾病患者更加受益。CCBs的应用已经超越了心血管系统，在雷诺现象、偏头痛、神经病理性疼痛和蛛网膜下腔出血中的作用屡被报道。

早在1881年，德国化学家Arthur Rudolf Hantzsch (亚瑟·鲁道夫·韩奇，1857-1935)合成出第一个1, 4-DHPs（二氢吡啶）化合物，且成为合成该类化合物的人名反应——韩奇反应，但时隔62年(1943年)才发现1, 4-DHP类化合物具有药理活性。

1964年，拜耳公司的化学家弗里德希.博塞特博士和专攻循环制剂的药物学家武尔夫.法特尔的合作，合成了多种二氢吡啶化合物。其中一种特别引人注目：它最明显地改善了心脏冠状血管中的血液流动。研究人员将1mg制剂送到狗的舌黏膜上，两、三分钟后其心脏冠状血管里的血流就会增加，这种作用随后会延续数小时之久。这一化合物就是硝苯地平（心痛定）。 

1975年硝苯地平首先在德国上市用于治疗心绞痛。由于该药不仅扩张冠状动脉，而且也扩张外周血管，1980年硝苯地平被批准治疗高血压，在50个国家得到承认并被接受，1982年它获得美国批准。

“地尔硫卓”作为钙拮抗剂中的第三种重要药物（继维拉帕米、硝苯地平之后）于1975年在日本制药公司Tanabe Seiyaku（田边）的实验室获得成功。日本研究人员原本想用苯并噻唑类的化合物研发一种抗抑郁药。然而在第一次试验时却发现这些化合物能够扩张血管。此后经过多次试验，Tanabe Seiyaku的科学家们确信，原有的苯并噻唑类的衍生物属于弗兰克斯泰因提出的钙拮抗剂之列。1981年，地尔硫卓在德国获得批准上市。地尔硫卓在美国若干年来一直是销售量较大的心血管药物。

1992年拜耳公司将革命性的渗透泵控释技术与硝苯地平相结合，研制成功硝苯地平控释片。1992年，辉瑞制药公司推出第三代二氢吡啶钙拮抗剂氨氯地平。该药具有不同于其它CCBs的药代动力学特征，包括起效缓慢，作用持久，生物利用度高，血浆峰谷水平差异相对较小。该药起效缓慢与延长的肝转运速率以及与L型钙通道结合位点的缓慢结合有关。相反，氨氯地平作用时间的延长是由于从血浆中缓慢清除和从结合位点缓慢分离的结果。由此产生的有益影响包括无反射性心动过速，血浆儿茶酚胺水平和肾素活性不变，以及能够做到每日一次给药的有效治疗。

由于氨氯地平用药安全、降压平稳，已经成为最常用的抗高血压药物。早在2003年其销售额就高达43亿美元。目前在美国销售的CCBs达到10种之多，包括平片制剂和缓释制剂，其中氨氯地平成为最多的单片复方制剂的成分之一。 

大多数地平类分子具有手性。手性药物是以单一对映体使用，以达到减小剂量、降低不良事件发生与降低人体对药物代谢、清除负担。由于氨氯地平是带有胺基的碱性化合物，采用酒石酸等拆分剂可以很方便地进行化学拆分。苯磺酸左旋氨氯地平去除了氨氯地平中右旋成分，它是我国自主研发的第一个手性降压药物，也是我国拥有独立知识产权的抗高血压药物。

电压门控的钙离子通道一般分为L、N、P和T亚型。L-型钙通道，是细胞兴奋时钙内流的最主要途径.。由于二氢吡啶类（DHPs）钙阻滞药选择性的作用于此类钙通道，因而又称为DHPs敏感的钙通道。

L-型钙通道α1亚基至少含有三种不同类型的钙通道阻滞药（二氢吡啶类、地尔硫卓类及苯烷胺类）的结合受体。这些结合受体是不同的，其中苯烷胺类（如维拉帕米）及地尔硫卓类结合位点在细胞膜内侧，二氢吡啶类（如硝苯地平）的结合位点在细胞膜外侧。钙通道阻滞药与通道上的受体结合后，通过降低通道的开放概率（p）来减少外Ca2+内流量。近来还发现钙通道阻滞药与钙通道的结合力和膜去极化呈正比，即通道开放概率越高，钙通道阻滞药与通道结合力越强。

第3代新的双氢吡啶类钙通道阻断剂中的manidipine，,nilvadipine, benzindamine和efonidipine能同时作用L及T型钙通道，对肾出球小动脉也能舒张，故对肾性高血压有效，并起保护肾脏作用。

1989年罗氏药厂从成千个化合物中，筛选出第一个选择性T-通道阻滞剂-米贝地尔(Mibefradil)，商品名为博思嘉(Posicor)。1997年美国FDA已批准用于治疗高血压和慢性稳定型心绞痛。实验表明，米贝地尔对T通道的阻滞作用较对L型通道作用约强10倍；当T-型钙通道被完全抑制后，亦可抑制L-型钙通道。米贝地尔上市一年后被爆出严重的药物相互作用及由此产生的致死性不良反应而被迫撤市。

研究人员进一步认识到电压门控钙通道家族成员还有P/Q-型钙通道亚基-Ca（V）2.1、N-型钙通道亚基-Ca（V）2.2、R-型钙通亚基-Ca（V）2.3、T-型钙通道亚基Ca（V）3.1-3.3这些通道类型，药物开发方面已经付出了相当大的努力，存在治疗前景的疾病包括疼痛、癫痫、情感障碍、神经退行性疾病。可惜，与L型通道拮抗剂的情况相反，迄今为止在开发这些通道类型具有治疗作用的小分子拮抗剂方面缺乏成功。