【JMC】归纳近20年2000多个药物的INNs命名信息,揭示药物的化学结构趋势

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JMC杂志的最新一篇综述文章,归纳了近20年的2000个药物的命名背后的信息,揭示了药物的结构规律和趋势。
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世界卫生组织(WHO)根据药物开发人员的要求,为化合物指定国际非专利药名(international nonproprietary names,INN),也称为药物的通用名。INNs的命名结构是公开的,分析其变化规律,可以帮助我们了解药物研究和开发的趋势。

在许多国家,同一种药物销售时有多个品牌名称,这些品牌名称因国家而异。虽然化学家可能认为国际纯化学和应用化学联合会(IUPAC)的名称代表唯一的标识符,但这些名称很复杂,几乎不可能为普通公众记住,而且容易出错。因此,需要一个简短易读的通用名来识别世界各地的同一种药物。
1953年,世卫组织的理事机构世界卫生大会通过了WHA3.11号决议,由世卫组织的一个专家委员会“负责国际非专利药名(INN)的选择和批准”,并建议各国药典采用这样的名称。这一决议诞生了国际非专利药名(INN)系统,用于药物识别。它也是开发非专利药仿制药市场的一个关键支柱,在大多数国家,INNs替代了品牌名称,从而使制造商与治疗效果脱钩。
其他机构也会发布行业内的命名规则,如个人护理产品委员会发布通用国际命名法化妆品成分(INCI)名称,美国国家标准协会(ANSI)发布化学品的通用名称,国际标准化组织(ISO)也有自己的命名系统。这样,一些分子会因不同的用途会被多个主体共同命名,虽然在大多数情况下这些名称是一致的,但情况并非总是如此。

国际非专利药名(INNs)是如何定义的?

INN专家组由来自世界各地的专家组成,由秘书处领导和协调。专家可能包括医药化学家、药理学家、生物化学家、分子生物学家和临床医生。为了保持各领域的一致性,委员会也有一些其他学者参加,如国家命名机构和药典的代表、IUPAC专家,解剖治疗化学分类系统(ATC)代码专家等。
请求INN的个人或公司可以提出一个遵守INN系统规则和惯例的名称,委员会可以接受或修改该名称。简而言之,INN的核心元素是词干,由一个或两个音节组成,通常位于药品名称的末尾。这种词干识别具有共同特征的药物,通常是作用机制,也可以是治疗用途或化学/结构特征
例如,质子泵抑制剂:奥美拉唑,埃索美拉唑,泮托拉唑,雷贝拉唑(omeprazole, esomeprazole, pantoprazole, rabeprazole)都有共同的词干拉唑(prazole),用以识别“抗溃疡,苯并咪唑衍生物”。
如果INN专家组不承认药物是广泛类别的一部分,它们将被指定一个唯一的词干。如果其他具有这种新特性的分子将来会有一个INN请求,那么这些分子将得到相同的结果,委员会将把它作为一个官方的词干来推广。世卫组织出版“词干书”并定期更新,可以自由查阅。
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在INNs中使用词干、前缀、中缀和后缀

不仅词干限定了一个药名,前缀(INNs开头的一个音节)、中缀(单词中间的一个音节),或后缀(INNs末尾的一个音节)都可以用来描述药名的特征,并给读者提供信息。例如,音节-gli-表示许多用于糖尿病的药物(例如格列本脲、卡格列嗪、西他列汀、沙罗格列他嗪、罗格列酮);注意-glifozin、-gliptin、-glitazar和-glitazone都是识别不同药物类别的词干,前缀gli-表示抗高血糖药,这是磺胺衍生物。关于INN专家组自2000年以来最常用的词干,见下表1:

编号

词干 含义 示例
#1a ine

alkaloids and organic bases

生物碱和有机碱

atropine
#2b tinib

tyrosine kinase inhibitors

酪氨酸激酶抑制剂

imatinib
#3b stat–/–stat

enzyme inhibitors

酶抑制剂

atorvastatin, cobicistat
#3b vir–/–vir–/–vir

antivirals (undefined group

抗病毒

maraviroc, remdesivir
#5b gli–/–gli

antihyperglycaemics

抗高血糖药

glibenclamide, dapagliflozin
#5a one

ketones

naloxone
#7b imod

immunomodulators, both stimulant/suppressive and stimulant

免疫调节剂

fingolimod
#8 sertib

serine/threonine kinase inhibitors

丝苏氨酸激酶抑制

no drug is yet on the market
#9c fos–/–fos

phosphorus derivatives; various pharmacological categories belonging to “fos”, other than insecticides, anthelminthics, pesticides, etc

磷衍生物

foscarnet, sofosbuvir
#10 lisib

phosphatidylinositol 3-kinase inhibitors, antineoplastics

PI3K抑制剂,抗肿瘤药

idelalisib
#11b ast

antiallergic or anti-inflammatory, not acting as antihistaminics

抗过敏或抗炎,不起抗组胺作用

zafirlukast
#11b tant

neurokinin (tachykinin) receptor antagonists

神经激肽(速激肽)受体拮抗剂

aprepitant
#13 anib

angiogenesis inhibitors

血管生成抑制剂

nintedanib
#13 bulin antineoplastics; mitotic inhibitors, tubulin binders

抗肿瘤药物;有丝分裂抑制剂,微管蛋白粘合剂

eribulin
#13 ciclib

cyclin dependent kinase inhibitors

cyclin依赖性激酶抑制剂

palbociclib
#16b abine arabinofuranosyl derivatives; nucleosides antiviral or antineoplastic agents, cytarabine or azacitidine derivatives

阿拉伯呋喃酰基衍生物;核苷抗病毒或抗肿瘤药物,阿糖胞苷或氮胞苷衍生物

capecitabine
#17 entan endothelin receptor antagonists

内皮素受体阻滞剂

bosentan
#17 oxacin antibacterials, nalidixic acid derivatives

抗菌药物,萘啶酸衍生物

levofloxacin
#19 conazole systemic antifungal agents, miconazole derivatives

系统性抗真菌药物,咪康唑衍生物

ketoconazole
#19b prost–/–prost–/–prost

prostaglandins

前列腺素

prostalene , misoprostol, latanoprost
#21 -caftor cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR) protein modulators, correctors, and amplifiers

囊性纤维化跨膜调节器(CFTR)蛋白调节剂、校正剂和放大器

ivacaftor
#21 nicline nicotinic acetylcholine receptor partial agonists/agonists

烟碱型乙酰胆碱受体部分激动剂

varenicline
#23 tecan antineoplastics, topoisomerase I inhibitors

抗肿瘤药物,拓扑异构酶I抑制剂

irinotecan
#23 adol–/–adol

analgesics

止痛药

tramadol
#23 ciguat guanylate cyclase activators and stimulators

鸟苷酸环化酶激活剂和刺激剂

riociguat
#23 denoson adenosine A receptor agonists

腺苷A受体激动剂

regadenoson
#27 parib

poly-ADP-Ribose polymerase inhibitors

PARP抑制剂

olaparib
#27 terol bronchodilators, phenethylamine derivatives

支气管扩张剂,苯乙胺衍生物

formoterol
#27 vaptan vasopressin receptor antagonists

加压素受体拮抗剂

tolvaptan

近20年来INNs药物化学分析

本文收集2000-2021将SCE(small chemical entities,小分子化学实体),并细分为两个大小相似的子集进行数据分析,其中2000年至2011年的A期由1038个SCE组成,2012年至2021年的B期由980个SCE组成:

SCEs药物类别的发展趋势

酪氨酸激酶、细胞周期蛋白依赖性激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶和磷脂酰肌醇3激酶抑制剂在过去10年中引起了开发人员的极大兴趣。自2011年以来,几乎20%的SCE属于这四类,其中酪氨酸激酶抑制剂占了大多数。而37种丝氨酸/苏氨酸激酶抑制剂中,迄今没有一种得到批准

在肿瘤学领域,一些化疗类药物并没有完全过时(例如,-bulin,-abine),而另一些药物(-tecan)则完全不受欢迎。

糖尿病领域和一些药物靶点(如神经激肽受体、血管加压素受体和内皮素受体)的INN分配显著下降。

一个专门为一种罕见疾病(囊性纤维化)开发的药物类别在过去10年中引起了足够的兴趣,发行了12个名称(-caftor)。

元素组成

绝大多数化合物中都含有碳、氢、氧和氮(CHON);
CHON之后,取代氯和硫成为CHON之后最常见的元素,30%以上化合物中含氟
碘只存在于19种化合物中,硼存在于14个分子中。含碘分子的批准率较低(11%),而含硼分子的批准率显著高基准(20%)。在14个含硼分子中,有9个在B期,表明这种元素的使用量在增加。虽然这些分子中大部分都存在硼酸(N=8),但四个分子含有五元硼杂环,两个含有六元硼杂环。
其余元素为铂(N=5)、硅(N=3)、铁(N=3)、钯(N=2)、锰(N=2)、铋(N=1)、tin(N=1)、砷(N=1),含有这些不常见元素的分子如图所示。

官能团

最常见的基团是醚键(N=962),其次是酰胺、内酰胺(N=840,42%)、脂肪族胺(伯胺、仲胺和叔胺;N=797,39%)和芳香胺(N=633,31%)。
药物设计中通常避免使用酯键,由于其水解不稳定性,但10%的INN分子含有该官能团。
含硫官能团在这两个时期的SCE数量相同,但硫醚的使用减少,磺酰胺的使用略有增加,砜的使用急剧增加。
α,β-不饱和羰基在B期减少,α,β-不饱和酰胺在同一时期略有增加。

羧酸和脂肪胺的用量都有小幅下降,我们研究酸性、碱性、中性、两性离子化合物的比例发现,中性47%;碱性27%;酸性19%;两性离子7%;随着时间的推移,中性SCE略有增加,从A期平均43%的中性药物上升到B期的51%。

环系统

从方法学的观点来看,所有的环和稠环都被保留,还有内环键和外环羰基、磺酰基、亚胺、亚砜基和硫羰基。
总体上,我们在A期和B期分别发现362和419个不同的环系统,其中A、B期分别有224和257个环系统仅用于单个SCE,表明化学新颖性正在增加。
大多数含氮芳香环系统更多地出现在周期B中:吡啶、苯并咪唑和吡嗪增加了一倍,嘧啶几乎增加了三倍;吲唑尽管数量很少,但随着时间的推移正经历着显著的增加。这可能主要归因于酪氨酸激酶抑制剂(-tinib)的出现,它们的药效团中通常含有腺嘌呤模拟骨架。
含氮的脂肪环,包括氮杂环丁烷、吡咯烷和吗啡以及哌啶和哌嗪也在增加,尽管程度较小;这些子结构都越来越频繁地被用作增强溶解度
尽管1,2,4-三唑呈稳定趋势,但由于点击化学方法的出现及其在药物开发中的应用(A期N=3;B期N=12),1,2,3-三唑尽管不在前30名之列,但仍在显著增加。
对称化合物
大量的对称化合物令人印象深刻(N=29),在过去的20年里,这些分子的数量翻了一番,从2000年到2011年的10个增加到了过去10年的19个。
两种化合物实际上是前药,含有一个失活部分和两个相同的活性成分分子(碳酸洛地那非、癸二酸二丁啡)。
大多数其他对称化合物是设计用于靶向二聚体结构的蛋白质的传统双药。化学诱导二聚体(CID)技术导致rimiducid的出现。
分子复杂性
人们通常认为,由于药物靶标的挑战和合成可及性,药物分子正变得越来越复杂。
分子量:更大、更复杂的分子能够进入更大的化学空间,能够更好地调控靶蛋白三维结合位点。B期药物的MW比A期药物的MW高出10%。尽管MW正在增加,MW低于300的类药分子仍然具有较多的成药机会,2011-2016年间17%的药物MW小于300。我们也发现大量化合物的MW低于150,其中五种是世界范围内批准的新药。虽然MW500被认为是类药物化合物的阈值,但29%的INN化合物高于此限值,其中11.5%的INN为大环化合物(N=69)。
手性:在批准的药物中,64%的药物至少有一个立体中心,A/B期化合物数量相当。在同一时期,每个SCE的平均立体中心数则略有下降。8个SCE的立体中心数等于或大于20个,其中伊维尼米星的立体中心数最多为35个,其次是匹沙莫德有29个立体中心。
手性SCE的批准率为27%,略高于20%的平均值,在纯立体异构体(28%)和立体异构体混合物(26%)中没有差异。
螺环:得益于合成策略的最新进展,螺环被引入了更多分子结构。虽然环丙烷在药物研发中已应用多年,但环丁烷、氮杂环丁烷和氧杂环丁烷直到最近才流行起来。Bauer等人总结,环丙烷是最常用的小环,其次是环丁烷、氮杂环丁烷和氧杂环丁烷。尽管数量很少,但除了氧杂环丁烷外,所有环的使用随时间而增加,环丙烷的增长最为显著。有趣的是,环丁烷在2000-2007年期间没有出现,2008年开始出现,此后出现了15次。
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含有螺环和小环的代表性药物

本文分析了2000年至2021年间的药物命名规律,发现一些化学结构的变化,如氟和杂环化合物的使用显著增加,分子量的逐渐增加,螺旋环支架和小环的增加,非传统结构的出现等,这些有可能预示药物的未来趋势
虽然INNs数据库非常有助于审查正在开发的药物,并告知药物化学的趋势,但它不太可能永远赋予一个分子的成功特征,因为太多的变量及人的能动性会改变药物的未来样子。

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