氟喹诺酮 : 从抗菌药到降血脂新药的发现
DESCRIPTION
周伟澄,博士,上海医药工业研究院研究员,博士研究生导师,创新药物与制药工艺国家重点实验室主任,上海市抗感染药物重点实验室主任,上海交通大学兼职教授。《中国医药工业杂志》总编辑 。享受国务院特殊津贴,其研究课题多次受到联合国开发署/世界银行/世界卫生组织、国家科技攻关项目、国家重大新药创制、国家973项目等的资助。获得多份新药证书和专利。. 第六届世界农药科技与应用发展学术交流会. 氟喹诺酮 : 从抗菌药到降血脂新药的发现. 周伟澄 研究员 上海医药工业研究院 2014 年 3 月. 心血管疾病概况. 全球每年 1200-1600 万人死于心血管病和脑中风 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
周伟澄,博士,上海医药工业研究院研究员,博士研究生导师,创新药物与制药工艺国家重点实验室主任,上海市抗感染药物重点实验室主任,上海交通大学兼职教授。《中国医药工业杂志》总编辑。享受国务院特殊津贴,其研究课题多次受到联合国开发署 / 世界银行 / 世界卫生组织、国家科技攻关项目、国家重大新药创制、国家973 项目等的资助。获得多份新药证书和专利。
氟喹诺酮 :从抗菌药到降血脂新药的发现
周伟澄 研究员上海医药工业研究院
2014年 3月
第六届世界农药科技与应用发展学术交流会
心血管疾病概况全球每年 1200-1600万人死于心血管病和脑中风
高血脂症引起的动脉粥样硬化是造成冠心病,高血压和脑血管疾病的主要原因
我国高血脂症的患者超过 7500万,随人口老龄化的严重,患者还在增加
降血脂药物已成为全球第一类畅销药物高血脂:胆固醇,甘油三酯
脂蛋白分类乳糜微粒 (CM) d<0.94g/ml极低密度脂蛋白 (VLDL) d = 1.006~0.94低密度脂蛋白 (LDL) d=1.006~1.063 , LDL 越高,动脉粥 样硬化的风险越大高密度脂蛋白 (HDL) d>1.063 , HDL 越高,动脉粥样硬化风险越小
降血脂药物的分类3-羟基 -3-甲基戊二酰辅酶 A(HMG CoA)还原酶抑制剂(他汀),占降血脂药物市场的90%以上,作用于胆固醇的合成,明显降低LDL
胆固醇吸收抑制剂:依替米贝 纤维酸衍生物,“贝特”,降 TG,升 HDL
胆酸螯合剂:离子交换树脂 烟酸
上市的他汀药物
HCH3
CH3
O
O
OOH
O
CH3
CH3
HCH3
CH3
O
O
OOH
O
CH3CH3 CH3 H
CH3
OH
O
O
CH3
CH3
OH
Na+
COOOH
Na+
COOOH
NCH3
CH3
OH
F
lovastatin simvastatin pravastatin sodium fluvastatin sodium
R
R
R
R
R
R
S
R
N
F
O
NH
CH3
CH3
OH
COOOH
OH
N N
F
CH3
CH3
NCH3S
O OCH3
COOOH
N
OH
F
COOOH
Ca2+
Ca2+ Ca
2+
2 2 2
atorvastatin calcium rosuvastatin calcium pitavastatin calcium
SR S
R R R
阿托伐他汀 :best in class年份 销售额(亿美元)
1997 上市1998 18
1999 40
2000 50
2001 64
2002 79
2003 103
2004 108
2005 121
2006 136
2007 135
2008 137
2009 123
2010 129
2011 125
2012 39.45
他汀类药物作用机制
O
CH2
S CoA
OH CH3
CH2
COOH
CH2
OH CH3
CH2
CH2OH
COOH
OH
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
NADPH
CoASH
NADP
HMG CoA Mevalonate+
+
HMG-CoAHMG-CoAreductasereductase
HMG-CoAHMG-CoA Redactase RedactaseInhibitorInhibitor
他汀类药物构效关系
HCH3
CH3
O
O
OOH
O
CH3
CH3
HCH3
CH3
O
O
OOH
O
CH3CH3 CH3 H
CH3
OH
O
O
CH3
CH3
OH
Na+
COOOH
Na+
COOOH
NCH3
CH3
OH
F
lovastatin simvastatin pravastatin sodium fluvastatin sodium
R
R
R
R
R
R
S
R
N
F
O
NH
CH3
CH3
OH
COOOH
OH
N N
F
CH3
CH3
NCH3S
O OCH3
COOOH
N
OH
F
COOOH
Ca2+
Ca2+ Ca
2+
2 2 2
atorvastatin calcium rosuvastatin calcium pitavastatin calcium
SR S
R R R
OH
COOMOH
Á¬½ÓÁ´
ĸ»·
侧链的结构改造
3,5-二羟基戊酸或内酯是药效团,手性碳原子3R,5S(碳链为双键 ), 3R,5R (碳链为单键 )
氟伐他汀为顺式异构体, (3R,5S)有药理活性,(3S,5R)无药理活性,其它药物为单一异构体
开环羧酸的活性优于内酯
OH OH
COOM
O O
OH
̼Á´Ä¸»·
̼Á´Ä¸»·
123
45
连接链的结构改造
必须两个碳,增加或减少活性下降CH2CH2, CH=CH, 有活性C≡C 或 OCH2 没有活性CH=CH , trans- 活性优于 cis- 活性
O H O H
C O O M̼Á´Ä¸»·
母环 :六氢萘不是必需基团
全合成他汀:吲哚 , 吡咯 , 嘧啶 , 喹啉
药核基团的两个邻位有对氟苯基和异丙基或环丙基
HCH3
CH3
O
O
OOH
O
CH3
CH3
NCH3
CH3
O
O
OH
F
OH Na+
N
F
O
NH
CH3
CH3
O
O
OH
OH O
O
OH
OH
N N
FCH3
CH3
NCH3S
O OCH3
N
O
O
OH
OH
F
药物作用的选择性特异性毒性:横纹肌肝脏是药效的靶器官,药物进入肝脏有主动
转运机制药物进入肌细胞靠被动扩散高亲脂性有利于被动扩散肝选择性:合适的亲脂性 / 亲水性,通过母
环的结构修饰实现
氟喹诺酮抗菌药的发现历史
氟喹诺酮 :6 位引入 F, 可显著提高对 DNA 促旋酶的抑制作用和体外抗菌作用
N
NHCH(CH2)3N(C2H5)2
CH3
Cl
Structural modification
N N
C2H5
CO2H
O
H3C
chloroquineantimalarial
N
N N
O
CO2H
C2H5
NHN N
O
CO2H
C2H5
NHN
F
generation 1
pipemidic acid generation 2
nalidixic acid 1961
1974 nofloxacin generation 3
1979
上市药物
22个:诺氟沙星,培氟沙星,环丙沙星,氧氟沙星,依诺沙星,洛美沙星,托氟沙星,氟罗沙星,卢氟沙星,那氟沙星,左氟沙星,司氟沙星,曲伐沙星,加替沙星,莫西沙星,帕珠沙星,吉米沙星,巴洛沙星,普利沙星,加雷沙星,西他沙星,安妥沙星
兽药 6个:达诺沙星,二氟沙星,恩氟沙星,麻保沙星,奥比沙星,沙拉沙星
本课题组对氟喹诺酮的结构改造氟喹诺酮环的亲核取代反应 (SNAR)
Zhenfa Zhang, Weicheng Zhou. Tetrahedron Lett 2005,46:3855Zhenfa zhang, Weicheng Zhou, Aizhen Yu. Bioorg Med Chem Lett 2004,14:393Zhenfa Zhang, Aizhen Yu, Weicheng Zhou. Bioorg Med Chem 2007, 15:7274张贞发,周伟澄 . 中国医药工业杂志 2002,33:209
N
O
R1
F
R7
R8
CO2Et
N
O
R1
F
O2NCH2
R8
CO2EtCH3NO2
R1=Et, cyclopropanylR7=F, ClR8=F, H
N
O
R1
F
OHC
R8
CO2EtKMnO4
本课题组对氟喹诺酮 SNAR的研究
N
O
CO2H
R
F
F
F
N
O
CO2H
R
F
SPh
F
N
O
CO2H
R
F
PhS
SPh
N
O
CO2H
R
PhS
PhS
SPh
PhSH
NaH, DMSO RT
PhSH, NaHDMSO 50oC
2N KOH, 50oCH2O
PhOHNaH, DMSO
60oC N
O
R
CO2HF
PhO
OPh
N
O
R
CO2HF
PhO
F
N
O
R
CO2HPhO
PhO
OPh
PhOHNaH, DMSO, RT
PhOH, NaHDMSO, 140oC
Xiang Ma, Weicheng Zhou, Reto Brun. Bioorg Med Chem Lett 2009,19:986
本课题组对氟喹诺酮 SNAR的研究
Zhengyan Cai, Weicheng Zhou, Lixin Sun. Bioorg Med Chem 2007, 15:7809Zhengyan Cai, Weicheng Zhou, Luyong Zhang. J Chin Pharm Sci 2010, 19:15Qun Hao, Zhengyan Cai, Weicheng Zhou. Chem Biol Drug Des 2011, 78:730
N
F
F
F
Cl
CO2Et
Ar-OH
THF, NaH, < NF
F
F
O-ArCO2Et
Ar-OH
DMF, NaH, NF
F
O
O-ArCO2Et
Ar
O
Ar
OAr
OAr
N
O-ArCO2Et
OAr
N
F
O
O-ArCO2Et
Ar
Ar-OH
Ar-OH
Ar-SH
THF, Et3N, <N
F
F
F
S-ArCO2Et
Ar-SH
THF, Et3N, rt
Ar-SH
DMF, K2CO3,
NF
F
S
S-ArCO2Et
Ar
SAr
SAr
SAr
N
S-ArCO2Et
SAr
N
F
S
S-ArCO2Et
ArAr-SH
DMF, K2CO3, rt
-10~0oC
1 equv.
2 equv.
40oC
K2CO3, DMSO, 90oC
K2CO3, DMF, 60oC
-25oC
60oC
1 equv.
2 equv.
3¡«3.3 equv.
4.5 equv.
3¡«3.3 equv.
4.5 equv.
本课题组对氟喹诺酮 SNAR的研究
Shikui Zhao, Weicheng Zhou, Jun Liu. Bioorg Med Chem 2009, 17:7915Shikui Zhao, Weicheng Zhou. Syn Commun 2011, 41:20
N
F
F
Cl
CO2Et
Ar-NHCH3
THF, BuLi, < N
F
F
NCO2Et
ArCH3
N
F
N
CO2EtN ArCH3
ArCH3
Ar-XH,X=O,S
THF, NaH
NaH, DMSO,
Ar-XH,X=O,S
Ar-XH,X=O,S
Ar-NHCH3
THF, BuLi, rt
N
F
F
X-ArCO2Et
N
X
X
X-ArCO2Et
Ar
Ar
N
N
N
CO2EtN
Ar
ArCH3
CH3
CH3
Ar
N
F
X
X-ArCO2Et
Ar
0oC
K2CO3, DMF,
R'
O
N
X
OH
OR 1
R 2R 3
R
O
N
F
O
OH
匹伐他汀
先导化合物 目标化合物
本课题组对他汀类的结构改造
首次发现 4-取代苯硫 (氧、氮 )基喹啉类衍生物,具有自主知识产权
X=O, S, N,可保持或增强其活性,抑制酶活性: S ≥O > N
实现肝选择性,通过母环的结构修饰合适的亲脂性 /亲水性
20
SIPI-4884
SIPI-4887
活性化合物
R=H, CH(CH3)2,cyclopropyl
R’=H, F. Cl, CH3
OCH3,CH(CH3)2
(O,S,N)(O,S,N)
HN NCH3 HN O HN
HN CH3NH2HNN
化学合成SH
N
S
COOEtF
S
F
Cl N
Cl
COOEt
N
OH
COOEtF
Cl
DIBALH
N
S
CH2OHF
S
N
S
CH2ClF
S N
S
CH2P(O)Ph2F
S
P(OEt)Ph2COOBu-t
O O
CH3CH3
OHC
N
SCOOBu-t
O O
CH3CH3
F
S
n-BuLi
N
S OH OH
F
S
COOH
N
S OH OH
F
S
COOBu-t
N
SCOO-
OH OH
F
S
Ca2+
2
1. NaOH2. CaCl2
SIPI-4887
Qun Hao, Jing Pan, Yongjia Li, Zhengyan Cai and Weicheng Zhou. Org Process Res Dev 2013, 17:921-926
体外抑制 HMG CoA 还原酶的 IC50
编号 IC50(μM) 编号 IC50(μM)
瑞舒伐他汀 9.03 SIPI-4817 10.67
匹伐他汀 10.67 SIPI-4825 11.94
阿托伐他汀 13.22 SIPI-4812 12.65
氟伐他汀 21.21 SIPI-4808 14.15
SIPI-4888 1.24 SIPI-4809 15.37
SIPI-4886 3.21 SIPI-4837 15.75
SIPI-4859 3.64 SIPI-4813 18.56
SIPI-4883 4.35
SIPI-4887 4.41
SIPI-4884 7.93
SIPI-4885 9.17
SIPI-4858 9.24
SIPI-4889 9.28
SIPI-4882 10.60
SIPI-4884 对 HMG CoA 还原酶的抑制作用明显优于现有药物
剂量 TC TG HDL-C LDL-C H/L
正常组 12.42±4.05 0.57±0.14 4.73±1.03 8.25±3.53 0.71±0.42
阿托伐他汀组 20 6.51±1.61** 0.76±0.39 4.39±0.86 2.51±1.14** 2.19±1.46*
SIPI-48885 11.64±3.67 0.74±0.35 6.63±1.32** 6.40±3.27 1.15±0.31*
20 7.61±1.62** 0.96±0.78 4.66±1.20 3.62±1.53** 1.44±0.59*
SIPI-48865 8.65±2.48* 0.70±0.21 4.89±1.16 4.61±2.06* 1.21±0.45*
20 8.66±0.99* 4.47±7.06 4.74±1.57 3.66±1.45** 1.37±0.25**
SIPI-48595 9.66±3.69 1.95±3.99 5.35±1.97 5.07±3.02 1.29±0.68
20 10.55±5.65 0.58±0.28 5.35±1.56 6.40±4.96 1.06±0.37
SIPI-48835 8.72±3.57 0.59±0.13 5.84±1.69 3.99±2.95* 1.91±0.76*
20 8.05±0.78** 0.51±0.25 5.31±0.68 3.63±0.81** 1.54±0.42**
SIPI-48875 11.16±3.26 0.53±0.23 6.61±0.80** 6.33±3.04 1.23±0.46*
20 7.54±1.96** 1.46±1.48 4.93±0.99 2.73±1.62** 2.19±0.90**
SIPI-48845 9.11±3.89 1.50±1.02* 4.75±0.78 3.46±2.09** 1.58±0.42**
20 5.57±2.41** 0.45±0.27 3.37±1.53 1.94±1.30** 2.21±0.65**
SIPI-48855 9.75±5.53 1.24±1.11 4.98±1.58 5.16±4.61 1.56±0.79*
20 9.18±3.72 1.26±0.60** 4.98±0.95 4.08±2.75* 1.54±0.63**
SIPI-48585 11.63±4.20 0.56±0.16 4.98±1.58 5.16±4.61 1.24±0.60
20 8.53±1.81* 0.42±0.18 4.98±0.95 4.08±2.75* 1.33±0.53*
SIPI-48895 12.40±7.70 0.54±0.19 6.32±1.38 6.51±3.53* 1.43±0.77*
20 6.25±2.52** 0.97±0.94 5.06±0.91 4.30±1.65* 2.11±0.92**
SIPI-48825 14.13±4.29 0.56±0.17 6.21±1.85 6.75±5.97 0.92±0.45
20 8.88±3.27 0.35±0.07** 3.77±1.04 2.52±2.16** 1.79±0.72**
高血脂鹌鹑模型的降血脂药效学 n=8
SIPI-4884 在鹌鹑模型显著的降血脂作用
12. 42
9. 11
6. 51**5. 57**
2. 51**1. 94**
8. 25
3. 46
2. 19*
2. 21**0. 711. 58
0
4
8
12
16
placebo control 5 mg/kg/day SIPI4884 20mg/kg/day SIPI4884 20mg/kg/day atorvastatin
TC (mmol/L)LDL-C (mmol/L)H/L
-58.1% -76.5%
-69.6%
-26.7%
-55.1%
-47.6%
2.2 fold 3.1 fold 3.08 fold
**:p<0.01; *:p<0.05
豚鼠模型 :SIPI-4884作用特点优于阿托伐他汀SIPI4884 可选择性地降低低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C),
对高密度脂蛋白胆固醇 (HDL-C)没有影响阿托伐他汀组,降低 LDL-C的同时,也降低了 HDL-C提示 SIPI-4884具有优于阿托伐他汀的作用特点
0. 969
0. 58
0. 424
0. 1740. 286
0. 558
0. 156 0. 190. 301
0
0. 2
0. 4
0. 6
0. 8
1
1. 2
Normal SI PI 4884(30mg/ kg) Atorvastat i n(30mg/ kg)
TC LDL-C H/ L
-40.1%
-56.2%
-48.7% -68.8%
1.9 倍 1.2
倍
SIPI4887对兔动脉粥样硬化模型血清 CHO的影响
分组剂量(mg/kg)
N
CHO(mmol/L)
造模前 造模 8周 给药 4周 给药 6周 给药 8周
正常 / 8 0.86±0.44 0.68±0.29** 0.51±0.17** 0.86±0.16** 0.66±0.11**
模型 / 10 0.87±0.32 37.97±15.58 40.51±13.39 32.10±7.54 37.27±10.32
阿托伐他汀 3 8 0.87±0.30 36.21±11.68 30.64±5.49* 24.25±5.75* 23.68±6.08**
SIPI-4887 1.5 10 0.94±0.37 36.08±11.89 37.10±7.19 28.42±6.31 29.66±8.77
3 10 0.92±0.27 36.76±11.76 28.80±7.20* 22.99±6.41** 22.79±8.79**
6 10 0.92±0.23 36.98±11.84 24.79±7.48** 19.43±5.07** 19.23±8.55**
*P<0.05 , **P<0.01 ,与模型组比较
SIPI4887对兔动脉粥样硬化模型 LDL-C的影响
分组剂量
( mg/kg )
N
LDL-C ( mmol/L )
造模前 造模 4 周 造模 8 周 给药 2 周 给药 4 周 给药 6 周 给药 8 周
正常 / 8 0.32±0.24 0.36±0.11** 0.20±0.14** 0.24±0.08** 0.17±0.09** 0.18±0.04** 0.15±0.04**
模型 / 10 0.34±0.23 16.53±5.46 30.69±15.27 30.48±10.61 33.74±10.98 26.70±8.08 27.91±8.05
阿托伐他汀 3 8 0.34±0.16 15.09±5.27 28.67±9.62 23.46±6.15 25.47±5.37* 19.72±5.76* 18.57±6.50*
SIPI-4887 1.5 10 0.38±0.18 13.90±5.67 28.00±9.16 24.75±7.17 31.81±6.32 23.68±5.84 21.51±6.09
3 10 0.36±0.14 17.60±7.69 28.61±11.38 21.95±7.34* 23.72±6.96* 18.27±5.68* 17.71±8.21*
6 10 0.31±0.15 17.38±5.05 27.86±8.54 19.59±6.44* 22.15±6.52** 15.04±4.23** 15.86±7.56**
*P<0.05 , **P<0.01 ,与模型组比较
SIPI-4887低剂量组
SIPI-4887中剂量组
SIPI-4887高剂量组
阿托伐他汀组 正常组 模型组
分组 剂量 mg/kg N 主动脉粥样硬化病变百分比(%)正常 / 8 0.00±0.00**
模型 / 10 77.81±13.46
阿托伐他汀 3 8 49.91±25.03**
SIPI-4887 1.5 10 50.01±26.87**
3 10 35.69±24.03**
6 10 27.62±17.10**
SIPI-4887 对家兔主动脉粥样硬化的影响
小鼠口服 SIPI4887肝脏及血液药物浓度
29
Time (h)
0 2 4 6 8 10
Conc (n
g/m
l,ng/g
)
0
1000
2000
3000
4000
PlasmaLiver
研究结果表明:小鼠口服 SIPI-4887 后,肝脏中的药物浓度均比血中药物浓度高,提示药物会向肝脏聚集
SIPI-4887(H3)在 SD大鼠体内 ADME性质:约 15%的药物被吸收,大部分药物未被吸收而以原形药物形式排出体外吸收的药物主要分布在肝中代谢途径是苯硫基被谷胱甘肽取代生成代谢产物 M1,代谢产物 M1在肠道内发生还原反应,裂解脱去谷胱甘肽生成 M2
M1体外实验证明为活性物上述结果支持药物肝靶向的设计
SIPI-4887(H3)在 SD大鼠体内 ADME性质:约 15%的药物被吸收,大部分药物未被吸收而以原形药物形式排出体外吸收的药物主要分布在肝中代谢途径是苯硫基被谷胱甘肽取代生成代谢产物 M1,代谢产物 M1在肠道内发生还原反应,裂解脱去谷胱甘肽生成 M2
M1体外实验证明为活性物上述结果支持药物肝靶向的设计
药代特点和肝靶向
药代性质:•不经 P450 酶系代•谷胱甘肽代谢物具有活性
药代性质:•不经 P450 酶系代•谷胱甘肽代谢物具有活性
SIPI-4887 在 SD 大鼠体内的代谢途径
SIPI-4887 在 SD 大鼠体内的代谢途径
代谢产物 M1的合成及抑酶活性
编号 IC50 ( μM)
瑞舒伐他汀 11.2
阿托伐他汀 28.6
匹伐他汀 8.2
SIPI-4887 10.6
SIPI-9304 12.5
SIPI-4887及其代谢物体外抑酶活性
+
N
SF
S
COOHOH OH
K2CO3
DMF, H2O
SIPI-4887
GSH
N
SF
S
COOHOH OH
HN
NH
COOH
O
O
HOOC
NH2
SIPI-9304
Achievement
1.Product:SIPI-4887 作为 1类新药开发2.Patent3.Paper
已授权中国专利 7份,美国专利 2份1. 蔡正艳,周伟澄 . 4-( 氟-苯基 )-3-羟甲基 -2- 环丙基 - 喹啉的制备方法 授权专利号
ZL2005 1 0031049.4 ,授权日 2008 年 12月 24日 2. 蔡正艳,周伟澄,郝群 . 喹啉类化合物及其中间体、制备方法和应用 授权专利号:
ZL200610148118.4, 授权日: 2010 年 8月 25日 3. 蔡正艳,周伟澄 . 4- 取代苯氧基喹啉类化合物及其中间体、制备方法和应用 授权号:
ZL200710036427.7, 授权日: 2010 年 12月 8日 4. 蔡正艳,周伟澄,郝群,施振华,盛雨辰,施明玉,梁清宇 . 喹啉类化合物及其药物组合
物、制备方法和应用 授权专利号: ZL200810036930.7 ,授权日: 2011 年 8月 31日
5. 赵士魁,周伟澄,汤洁盈 . 2- 环丙基 -4- 取代苯硫基喹啉类化合物及其中间体、制备方法和应用 授权号: ZL200910055106.0 ,授权日: 2012.8.29
6. 赵士魁,周伟澄,孟祥国,茅迪,李泳佳 . 2- 环丙基 -4-(N-甲基取代苯胺基 ) 喹啉类化合物及其中间体、制备方法和应用 授权号: ZL 200910055454.8, 授权日: 2012 年 6月 27日
7. 潘竞,蔡正艳,周伟澄,沈芳,毛黎光 . 一类嘧啶类化合物及其中间体、制备方法和应用 授权号: ZL200910199486.5, 授权日: 2013 年 4月 3日
8. Zhengyan Cai, Weicheng Zhou, Qun Hao, Zhenhua Shi, Yucheng Sheng, Mingyu Shi, Qingning Liang. Quinolone compounds, pharmaceutical composition, preparation methods and uses thereof 授权号: US 8227612B2 授权日: Jul. 24, 2012
9. Zhengyan Cai, Weicheng Zhou, Qun Hao. Quinoline Compounds, Intermediates, Preparation Methods and Uses thereof 授权号:US8349867B2 ,授权日: Jan 8, 2013
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谢谢大家参与本课题获博士学位的学生1. 张贞发, 2.蔡正艳, 3.赵士魁, 4.郝群参与本课题获硕士学位的学生1.马翔, 2.潘竟, 3.孙桂芳, 4.李泳佳, 5.汤洁盈