他汀類藥物的晶型研究進展

孫偉杰,李樂樂,沈曉翀,蔣成君*

（1.浙江科技大學生物與化學工程學院,杭州 310023;2.秀洲區人民醫院,浙江 嘉興 314015）

他汀類藥物是治療脂質紊亂最常用的藥物，其通過抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A（HMGCoA）還原酶的活性來發揮作用[1]。其中，HMGCoA 還原酶的抑制可以降低總膽固醇、低密度脂蛋白（LDL）膽固醇和甘油三酯（TG）的濃度，同時增加高密度脂蛋白（HDL）膽固醇的濃度[2]。根據他汀類藥物降低血漿LDL 濃度的效果，可以將其分為3代：第一代包括洛伐他汀、普伐他汀鈉和氟伐他汀鈉；第二代包括辛伐他汀和阿托伐他汀鈣；第三代包括瑞舒伐他汀鈣和匹伐他汀鈣[3]。他汀類藥物的結構如圖1所示。

圖1 他汀類藥物的結構式Fig 1 Structural formula of statins

他汀類藥物以無定型或多晶型的形式存在，其藥理活性可能存在差異。多晶型顯著影響其生物利用度，從而可能影響其降低膽固醇的效果。通過對他汀類藥物的多晶型進行綜述，以期為原料藥的生產工藝優化及制劑對原料藥晶型選擇提供參考。

1 他汀類藥物的多晶型

1.1 第一代他汀類藥物

1.1.1 洛伐他汀

洛伐他汀（CAS NO.75330-75-5），英文名為Lovastatin，由默克公司開發，是第1 個經美國食品與醫藥管理局（FDA）批準上市的他汀類抗膽固醇藥物[4]。洛伐他汀存在開環含羥基酸和內酯2種形式，其中酸式洛伐他汀不穩定，內酯形式是市售洛伐他汀的形式。純凈的洛伐他汀是一種白色或類白色結晶粉末，疏水性較強，幾乎不溶于水。以丙酮為溶劑揮發結晶可以獲得單晶（CSD reference code CEKBEZ01），其主要晶體學數據見表1。

表1 洛伐他汀單晶的主要晶體學數據Tab 1 Main crystallographic data of lovastatin sngle crystals

洛伐他汀是一種無多晶型現象的藥物，其晶型受多種因素的影響。在工業生產中，使用丙酮/水的混合物進行重結晶來獲得洛伐他汀的針狀晶體[5]，然而，針狀晶體存在過濾不良、流動性差和粒子破碎等特殊問題。Hatcher 等發現洛伐他汀針狀晶體的大小和形狀會受到結晶溶劑、濃度和結晶過程的影響，研究表明適度含水的乙酸乙酯溶劑中得到的晶體比丙酮/水混合物得到的晶體具有更好的縱橫比[6]。John等通過改變過飽和、總流速和超聲水平的工藝條件進行了連續反溶劑結晶實驗，研究發現為了減少針狀晶體，需將流速、過飽和度和超聲結合應用[7]。Zhang 等研究了甲醇、乙醇和丙酮中洛伐他汀的冷卻結晶，測定了這些溶液中的亞穩區寬度，研究其成核動力學，結果表明乙醇和丙酮中的成核是瞬時的，遵循多核成核機制，而甲醇中的成核是漸進的[8]。

1.1.2 氟伐他汀鈉

氟伐他汀鈉（CAS NO.93957-55-2），英文名為Fluvastatin sodium，由瑞典Sandoz 等研制開發，該藥物于1994 年獲得美國食品和藥物管理局（FDA）批準上市，首先作為膠囊制劑上市，后于2001 年獲得批準作為緩釋片劑上市，用于治療一些飲食調控無效的原發性高膽固醇血癥和原發性混合型血脂異常[9]。

專利AU3366297A認為在US4739073專利實施例中凍干產生的固體氟伐他汀鈉是晶型A 和非晶型的混合物，同時公開了另外一種具有低吸濕性和耐光性的晶型B[10-11]。其后，晶型得到了廣泛的研究，到目前為止，氟伐他汀的晶型已發現100余種。專利US2003032666A1 公開了C、D、E、F型，專利WO2004113291A2 和WO2004113292A2公開了80余種晶型[12-14]。專利WO2006085338A2公開了JF，JF1，JF2，JF3晶型[15]。

1.1.3普伐他汀鈉

普伐他汀鈉（CAS NO.81131-70-6），英文名為Pravastatin sodium，由日本的三共株式會社和美國的步邁-施貴寶公司開發，其作為一種競爭性抑制劑，通過可逆性抑制HMG-CoA還原酶的活性來抑制膽固醇的生物合成過程，從而降低血液中的LDL 水平。普伐他汀鈉片于1989 年在日本首次上市，隨后相繼在美國、歐洲以及其他一些國家和地區上市。目前，眾所周知的普伐他汀晶體至少有12種，物理化學性質均相似[16]。

Chun 等開發了1 種獲得無定型普伐他汀鈉的方法，使用各種膽汁鹽制備普伐他汀鈉晶體，并觀察到晶型完全轉變為無定型[17]。

1.2 第二代他汀類藥物

1.2.1 辛伐他汀

辛伐他汀（CAS NO.79902-63-9），英文名為Simvastatin，是洛伐他汀的衍生物，且是一種口服降血脂藥物。目前已知的辛伐他汀至少有3 種晶型，也有無定型[18-19]。無定型辛伐他汀在分子大小、物理化學性質和穩定性方面存在顯著差異，這些差異的產生主要是由于無定型生產過程中使用的方法不同，包括低溫銑削（CM）、熔化和淬火冷卻（QC）。

Zhang 等研究表明，與結晶形式相比，通過CM 和QC 制備的無定型辛伐他汀溶解度均有所增強，且QC 所得辛伐他汀比CM 更易溶解，但結晶速率更低些，QC所得辛伐他汀表現出較低的分子遷移率和較高的化學降解率[20]。

Singh 等證實了無定型辛伐他汀優于晶型[21]。通過熔融分散工藝制備了無定型辛伐他汀，并發現在pH＝6.8 時，無定型藥物的溶出率有所提高。與結晶形式的釋放量相比，無定型藥物的最大釋放量為99%。此外，還比較了無定型和晶型辛伐他汀誘導高膽固醇血癥大鼠后的藥效學效應，結果表明無定型辛伐他汀處理的大白鼠可將總膽固醇降低2.5 倍，TG 升高1.5 倍，LDL 降低1.4 倍，血漿極低密度脂蛋白（VLDL）降低2.4 倍，HDL膽固醇升高1.3 倍。這些差異產生的原因主要是，與結晶形式相比，無定型形式在相關溶解度和固有溶出速率方面具有更好的性能[32]。

辛伐他汀晶體具有相同的晶體結構，但晶習不同，因此內在溶出速率也不同。Bukovec等根據極性指數選擇溶劑，再通過重結晶制備成辛伐他汀晶體，并采用掃描電子顯微鏡、激光衍射、圖像分析、X射線粉末衍射、傅里葉變換紅外光譜和差示掃描量熱法研究了晶體的理化特性[22]。

不同晶習的辛伐他汀具有不同的溶解行為。Bukovec 等從親水性較強的溶劑體系如丙酮/水中分離出針狀晶體，而從極性較低的溶劑體系如乙醇/庚烷中分離出片狀晶體，再使用原子力顯微鏡研究了針狀和片狀晶體的溶解行為[23]。為了重點研究晶習本身對辛伐他汀晶體溶出率的影響，在改變晶習的情況下不改變可能影響溶出率的其他物理參數，如粒徑、比表面積和多態性，結果表明針狀辛伐他汀晶體的溶解速率較慢而片狀晶體較快。通過研究晶體形態、取向和溶解晶面上出現的分子官能團的分配，解釋了所得到的溶解差異，原子力顯微鏡原位測量發現，特定晶面的溶解速率明顯高于其他晶面。

1.2.2 阿托伐他汀鈣

阿托伐他汀鈣（CAS NO.134523-03-8），英文名為Atorvastatin calcium，是處方最多的他汀類藥物，同時也是降低低密度脂蛋白、非高密度脂蛋白和其他脂蛋白膽固醇最有效的他汀類藥物[24-25]。

阿托伐他汀通常以其三水合鈣鹽的形式上市，與其他他汀類藥物一樣，阿托伐他汀屬于BCS Ⅱ類。其分子具有親脂性，在pH≤4時不溶于水溶液，在pH＞7.4 時極易溶于水和磷酸鹽緩沖液。然而，阿托伐他汀在腸道pH 值為6～6.5 時非常容易穿透腸膜，并迅速吸收到血液中，1～2 h后達到Cmax，其中約30%的給藥劑量可通過這種方式被吸收。藥物的生物利用度是許多治療適應癥的關鍵參數之一。然而，由于肝臟和腸道的首過效應，以及在到達全身循環之前被胃和腸道的粘膜所消除，阿托伐他汀的絕對生物利用度為14%，這取決于藥物制劑中阿托伐他汀的形式。

已知阿托伐他汀有70 多種結構，其中結晶型占大多數，無定型至少有2 種（“23 型”和“27型”）[26]。其結晶形式具有嚴格定義的性質，它們的溶解度取決于晶體網絡的結構和分子的大小。在熱力學意義上，一方面，與非晶型相比，晶型形式的溶解度和溶解速率較低，這導致生物活性較低；另一方面，非晶型阿托伐他汀比晶型具有明顯更大的比表面積、更大的吸收溶劑能力和更高的反應性。因此，非晶型阿托伐他汀比晶型具有更好的溶解度和生物利用度[27]。

超臨界反溶劑沉淀和噴霧干燥工藝等技術通常用于將結晶藥物轉化為無定型狀態。基于晶體學和光譜技術，許多研究者對多晶型阿托伐他汀進行了表征。Shete 等對印度市場上可獲得的商用阿托伐他汀晶體和非晶體樣品進行了固態表征，研究發現所有晶體樣品都是穩定的I型，這與之前已經表征過的結果一致[28]。在無定型阿托伐他汀樣品中，掃描X 射線粉末衍射（XRPD）顯示5 個樣品為無定型“27 型”，而1 個樣品與無定型“23型”匹配[29]。而且阿托伐他汀無定型樣品比晶體樣品具有更高的潤濕性和更多的內在無序區域（IDR），這可能會影響其性能。

Kim 等使用噴霧干燥和超臨界反溶劑（SAS）工藝制備了無定型阿托伐他汀鈣，并將其理化性質和口服生物利用度（雄性大鼠以25 mg/kg 劑量服用）與結晶形式阿托伐他汀鈣進行了比較[30]。與阿托伐他汀鈣晶型相比，非晶型的藥時曲線下面積（AUC，代表藥物的生物利用度）和藥物峰值濃度（Cmax）更高。在0～12 h 區間，非晶型阿托伐他汀鈣的AUC是晶型的2.1倍。非晶型阿托伐他汀口服生物利用度的提高是由于其非晶型性質具有更高的表觀溶解度和更高的溶解速率。

Hodge等利用XRPD數據對阿托伐他汀三水合鈣（ACT）的晶體結構進行了求解和細化，并利用密度泛函理論技術對其進行了優化，研究表明阿托伐他汀陰離子與親水性層的每一側結合，形成3 層結構。鈣配位是扭曲的八面體，其中CaO6配位球由4 個羧酸氧、1 個配位水分子和1 個來自阿托伐他汀陰離子的羥基組成。此外，多個O—H…O氫鍵形成平行于ab平面的二維網絡[31]。

Adhikari 等提出了1 種新型的活性藥物成分——凝膠。由于凝膠顯示出與晶體或非晶態形式截然不同的重要藥用特性，值得特別關注[32]。

1.3 第三代他汀類藥物

1.3.1 瑞舒伐他汀鈣

瑞舒伐他汀鈣（CAS NO.147098-20-2）英文名為Rosuvastatin Calcium。與第一代他汀類藥物相比，瑞舒伐他汀在降低血漿LDL和TG水平方面更有效，其活性是阿托伐他汀的7倍[33]。與阿托伐他汀鈣相反，瑞舒伐他汀鈣分子具有親水性，這決定了藥物在體內的不同藥代動力學特性，口服瑞舒伐他汀后，3～4 h后獲得Cmax，絕對生物利用度約為20%。瑞舒伐他汀通過細胞色素CYP2C9同工酶輕微轉化為水溶性衍生物，半衰期約為19 h。在藥物中，瑞舒伐他汀以一水合物鈣鹽的形式出現。

已知瑞舒伐他汀至少有4種晶型（A、B、B-1和C）和1種無定型形式。Hirai等闡述了粉狀瑞舒伐他汀鈣的制備，通過將瑞舒伐他汀鈉室溫下溶于水，再將氯化鈣水溶液滴入其中收集到的沉淀物是一種無定型粉末[34]。

美國專利US6777552B2 公開了通過氫氧化鈣在水/乙醇溶液中水解7-[4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-[甲基(甲基磺酰基)氨基]嘧啶-5-基]-(3R,5S)-3,5-二羥基-(E)-6-庚酸酯制備瑞舒伐他汀鈣[35]。

美國專利US6841554B2 公開了雙[(E)-7-[4-(4-氟苯基)-6-異丙基-2-[甲基(甲基磺酰基)氨基]嘧啶-5-基](3R,5S)-3,5-二羥基-6-烯酸]鈣鹽及其水合物的晶型A[36]。其制備方法是將無定型物溶解在水和有機溶劑（如丙酮或乙腈）的混合物中，然后在加熱下冷卻該溶液以沉淀晶型A，其是純晶體化合物，晶型B和C是水合晶體，晶型B-1是脫水化合物。在比較理化性能時，據報告晶型B和C在水中的可溶性比晶型A 高很多，并且這種性質可能會增加其生物利用度。此外，它們比無定型物更耐熱，無定型物對溫度變化的抵抗力較弱，在配制過程中穩定性較差，因此，無定型瑞舒伐他汀是通過噴霧干燥和冷凍干燥工藝制造的[37-39]。

1.3.2 匹伐他汀鈣

匹伐他汀鈣（CAS NO.147526-32-7），英文名為Pitavastatin calcium，由日產化學與興和株式會社2 家公司共同開發的第1 個全合成的HMG-CoA還原酶抑制劑，屬于他汀類藥物。其主要通過HMG-CoA還原酶的抑制來降低肝臟制造膽固醇的能力，主要用于治療高膽固醇血癥和家族性高膽固醇血癥，降脂效果非常好，是迄今為止最強效的降脂藥物[40]。匹伐他汀從胃腸道吸收良好，給藥后約1～2 h 達到Cmax，其絕對生物利用度高達27%。匹伐他汀以鈉、鈣和鎂鹽的形式存在于藥物中，具有多晶型（A、B、C、D、E、F 和K 型）和無定型結構[41]。在制造過程中，匹伐他汀的最終結晶形式受結晶條件的影響，可以通過添加不超過5%適當形式的晶體來加速結晶過程。比較各種晶型，K型具有更好的物理和化學穩定性，這在諸如干燥、研磨或造粒的預配制過程中是極其重要的[42]。

2 結束語

我國是仿制藥大國，在醫藥市場中，大部分藥物都是仿制藥，高端仿制藥及創新藥占比較低，同時針對仿制藥的晶型的研究還不夠深入。對于藥品研發而言，藥物晶型研究可以有效且快速地優化藥物的物理化學性質，提高療效。他汀類藥物主要是從發酵液中提取精制的次級代謝產物，或由化學合成制備而得，由于提取工藝、溶媒選用和結晶條件等不同，同種藥物可有不同晶型。藥物的結晶和非結晶形式的差異不僅影響它們的溶解度、溶解速率和儲存穩定性，還影響藥物在治療過程中的有效性和安全性。因他汀類藥物的溶解性差、生物利用度低，故需要研究更多的晶型，以提高治療效果并減少患者服用的藥物劑量。根據現有的科學報告得出結論，非晶型他汀類藥物創造了提高這類藥物溶解度和生物利用度的可能性，同時也增加了其治療心血管疾病有效性的機會。通過對藥物多晶型的研究，為原料藥的生產工藝優化及制劑對原料藥晶型選擇提供參考，且更多具有優勢的晶型（如更好的溶解性、穩定性等）可能被發現，