他汀类药物的晶型研究进展

孙伟杰,李乐乐,沈晓翀,蒋成君*

（1.浙江科技大学生物与化学工程学院,杭州 310023;2.秀洲区人民医院,浙江 嘉兴 314015）

他汀类药物是治疗脂质紊乱最常用的药物，其通过抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMGCoA）还原酶的活性来发挥作用[1]。其中，HMGCoA 还原酶的抑制可以降低总胆固醇、低密度脂蛋白（LDL）胆固醇和甘油三酯（TG）的浓度，同时增加高密度脂蛋白（HDL）胆固醇的浓度[2]。根据他汀类药物降低血浆LDL 浓度的效果，可以将其分为3代：第一代包括洛伐他汀、普伐他汀钠和氟伐他汀钠；第二代包括辛伐他汀和阿托伐他汀钙；第三代包括瑞舒伐他汀钙和匹伐他汀钙[3]。他汀类药物的结构如图1所示。

图1 他汀类药物的结构式Fig 1 Structural formula of statins

他汀类药物以无定型或多晶型的形式存在，其药理活性可能存在差异。多晶型显著影响其生物利用度，从而可能影响其降低胆固醇的效果。通过对他汀类药物的多晶型进行综述，以期为原料药的生产工艺优化及制剂对原料药晶型选择提供参考。

1 他汀类药物的多晶型

1.1 第一代他汀类药物

1.1.1 洛伐他汀

洛伐他汀（CAS NO.75330-75-5），英文名为Lovastatin，由默克公司开发，是第1 个经美国食品与医药管理局（FDA）批准上市的他汀类抗胆固醇药物[4]。洛伐他汀存在开环含羟基酸和内酯2种形式，其中酸式洛伐他汀不稳定，内酯形式是市售洛伐他汀的形式。纯净的洛伐他汀是一种白色或类白色结晶粉末，疏水性较强，几乎不溶于水。以丙酮为溶剂挥发结晶可以获得单晶（CSD reference code CEKBEZ01），其主要晶体学数据见表1。

表1 洛伐他汀单晶的主要晶体学数据Tab 1 Main crystallographic data of lovastatin sngle crystals

洛伐他汀是一种无多晶型现象的药物，其晶型受多种因素的影响。在工业生产中，使用丙酮/水的混合物进行重结晶来获得洛伐他汀的针状晶体[5]，然而，针状晶体存在过滤不良、流动性差和粒子破碎等特殊问题。Hatcher 等发现洛伐他汀针状晶体的大小和形状会受到结晶溶剂、浓度和结晶过程的影响，研究表明适度含水的乙酸乙酯溶剂中得到的晶体比丙酮/水混合物得到的晶体具有更好的纵横比[6]。John等通过改变过饱和、总流速和超声水平的工艺条件进行了连续反溶剂结晶实验，研究发现为了减少针状晶体，需将流速、过饱和度和超声结合应用[7]。Zhang 等研究了甲醇、乙醇和丙酮中洛伐他汀的冷却结晶，测定了这些溶液中的亚稳区宽度，研究其成核动力学，结果表明乙醇和丙酮中的成核是瞬时的，遵循多核成核机制，而甲醇中的成核是渐进的[8]。

1.1.2 氟伐他汀钠

氟伐他汀钠（CAS NO.93957-55-2），英文名为Fluvastatin sodium，由瑞典Sandoz 等研制开发，该药物于1994 年获得美国食品和药物管理局（FDA）批准上市，首先作为胶囊制剂上市，后于2001 年获得批准作为缓释片剂上市，用于治疗一些饮食调控无效的原发性高胆固醇血症和原发性混合型血脂异常[9]。

专利AU3366297A认为在US4739073专利实施例中冻干产生的固体氟伐他汀钠是晶型A 和非晶型的混合物，同时公开了另外一种具有低吸湿性和耐光性的晶型B[10-11]。其后，晶型得到了广泛的研究，到目前为止，氟伐他汀的晶型已发现100余种。专利US2003032666A1 公开了C、D、E、F型，专利WO2004113291A2 和WO2004113292A2公开了80余种晶型[12-14]。专利WO2006085338A2公开了JF，JF1，JF2，JF3晶型[15]。

1.1.3普伐他汀钠

普伐他汀钠（CAS NO.81131-70-6），英文名为Pravastatin sodium，由日本的三共株式会社和美国的步迈-施贵宝公司开发，其作为一种竞争性抑制剂，通过可逆性抑制HMG-CoA还原酶的活性来抑制胆固醇的生物合成过程，从而降低血液中的LDL 水平。普伐他汀钠片于1989 年在日本首次上市，随后相继在美国、欧洲以及其他一些国家和地区上市。目前，众所周知的普伐他汀晶体至少有12种，物理化学性质均相似[16]。

Chun 等开发了1 种获得无定型普伐他汀钠的方法，使用各种胆汁盐制备普伐他汀钠晶体，并观察到晶型完全转变为无定型[17]。

1.2 第二代他汀类药物

1.2.1 辛伐他汀

辛伐他汀（CAS NO.79902-63-9），英文名为Simvastatin，是洛伐他汀的衍生物，且是一种口服降血脂药物。目前已知的辛伐他汀至少有3 种晶型，也有无定型[18-19]。无定型辛伐他汀在分子大小、物理化学性质和稳定性方面存在显著差异，这些差异的产生主要是由于无定型生产过程中使用的方法不同，包括低温铣削（CM）、熔化和淬火冷却（QC）。

Zhang 等研究表明，与结晶形式相比，通过CM 和QC 制备的无定型辛伐他汀溶解度均有所增强，且QC 所得辛伐他汀比CM 更易溶解，但结晶速率更低些，QC所得辛伐他汀表现出较低的分子迁移率和较高的化学降解率[20]。

Singh 等证实了无定型辛伐他汀优于晶型[21]。通过熔融分散工艺制备了无定型辛伐他汀，并发现在pH＝6.8 时，无定型药物的溶出率有所提高。与结晶形式的释放量相比，无定型药物的最大释放量为99%。此外，还比较了无定型和晶型辛伐他汀诱导高胆固醇血症大鼠后的药效学效应，结果表明无定型辛伐他汀处理的大白鼠可将总胆固醇降低2.5 倍，TG 升高1.5 倍，LDL 降低1.4 倍，血浆极低密度脂蛋白（VLDL）降低2.4 倍，HDL胆固醇升高1.3 倍。这些差异产生的原因主要是，与结晶形式相比，无定型形式在相关溶解度和固有溶出速率方面具有更好的性能[32]。

辛伐他汀晶体具有相同的晶体结构，但晶习不同，因此内在溶出速率也不同。Bukovec等根据极性指数选择溶剂，再通过重结晶制备成辛伐他汀晶体，并采用扫描电子显微镜、激光衍射、图像分析、X射线粉末衍射、傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法研究了晶体的理化特性[22]。

不同晶习的辛伐他汀具有不同的溶解行为。Bukovec 等从亲水性较强的溶剂体系如丙酮/水中分离出针状晶体，而从极性较低的溶剂体系如乙醇/庚烷中分离出片状晶体，再使用原子力显微镜研究了针状和片状晶体的溶解行为[23]。为了重点研究晶习本身对辛伐他汀晶体溶出率的影响，在改变晶习的情况下不改变可能影响溶出率的其他物理参数，如粒径、比表面积和多态性，结果表明针状辛伐他汀晶体的溶解速率较慢而片状晶体较快。通过研究晶体形态、取向和溶解晶面上出现的分子官能团的分配，解释了所得到的溶解差异，原子力显微镜原位测量发现，特定晶面的溶解速率明显高于其他晶面。

1.2.2 阿托伐他汀钙

阿托伐他汀钙（CAS NO.134523-03-8），英文名为Atorvastatin calcium，是处方最多的他汀类药物，同时也是降低低密度脂蛋白、非高密度脂蛋白和其他脂蛋白胆固醇最有效的他汀类药物[24-25]。

阿托伐他汀通常以其三水合钙盐的形式上市，与其他他汀类药物一样，阿托伐他汀属于BCS Ⅱ类。其分子具有亲脂性，在pH≤4时不溶于水溶液，在pH＞7.4 时极易溶于水和磷酸盐缓冲液。然而，阿托伐他汀在肠道pH 值为6～6.5 时非常容易穿透肠膜，并迅速吸收到血液中，1～2 h后达到Cmax，其中约30%的给药剂量可通过这种方式被吸收。药物的生物利用度是许多治疗适应症的关键参数之一。然而，由于肝脏和肠道的首过效应，以及在到达全身循环之前被胃和肠道的粘膜所消除，阿托伐他汀的绝对生物利用度为14%，这取决于药物制剂中阿托伐他汀的形式。

已知阿托伐他汀有70 多种结构，其中结晶型占大多数，无定型至少有2 种（“23 型”和“27型”）[26]。其结晶形式具有严格定义的性质，它们的溶解度取决于晶体网络的结构和分子的大小。在热力学意义上，一方面，与非晶型相比，晶型形式的溶解度和溶解速率较低，这导致生物活性较低；另一方面，非晶型阿托伐他汀比晶型具有明显更大的比表面积、更大的吸收溶剂能力和更高的反应性。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]。

超临界反溶剂沉淀和喷雾干燥工艺等技术通常用于将结晶药物转化为无定型状态。基于晶体学和光谱技术，许多研究者对多晶型阿托伐他汀进行了表征。Shete 等对印度市场上可获得的商用阿托伐他汀晶体和非晶体样品进行了固态表征，研究发现所有晶体样品都是稳定的I型，这与之前已经表征过的结果一致[28]。在无定型阿托伐他汀样品中，扫描X 射线粉末衍射（XRPD）显示5 个样品为无定型“27 型”，而1 个样品与无定型“23型”匹配[29]。而且阿托伐他汀无定型样品比晶体样品具有更高的润湿性和更多的内在无序区域（IDR），这可能会影响其性能。

Kim 等使用喷雾干燥和超临界反溶剂（SAS）工艺制备了无定型阿托伐他汀钙，并将其理化性质和口服生物利用度（雄性大鼠以25 mg/kg 剂量服用）与结晶形式阿托伐他汀钙进行了比较[30]。与阿托伐他汀钙晶型相比，非晶型的药时曲线下面积（AUC，代表药物的生物利用度）和药物峰值浓度（Cmax）更高。在0～12 h 区间，非晶型阿托伐他汀钙的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质具有更高的表观溶解度和更高的溶解速率。

Hodge等利用XRPD数据对阿托伐他汀三水合钙（ACT）的晶体结构进行了求解和细化，并利用密度泛函理论技术对其进行了优化，研究表明阿托伐他汀阴离子与亲水性层的每一侧结合，形成3 层结构。钙配位是扭曲的八面体，其中CaO6配位球由4 个羧酸氧、1 个配位水分子和1 个来自阿托伐他汀阴离子的羟基组成。此外，多个O—H…O氢键形成平行于ab平面的二维网络[31]。

Adhikari 等提出了1 种新型的活性药物成分——凝胶。由于凝胶显示出与晶体或非晶态形式截然不同的重要药用特性，值得特别关注[32]。

1.3 第三代他汀类药物

1.3.1 瑞舒伐他汀钙

瑞舒伐他汀钙（CAS NO.147098-20-2）英文名为Rosuvastatin Calcium。与第一代他汀类药物相比，瑞舒伐他汀在降低血浆LDL和TG水平方面更有效，其活性是阿托伐他汀的7倍[33]。与阿托伐他汀钙相反，瑞舒伐他汀钙分子具有亲水性，这决定了药物在体内的不同药代动力学特性，口服瑞舒伐他汀后，3～4 h后获得Cmax，绝对生物利用度约为20%。瑞舒伐他汀通过细胞色素CYP2C9同工酶轻微转化为水溶性衍生物，半衰期约为19 h。在药物中，瑞舒伐他汀以一水合物钙盐的形式出现。

已知瑞舒伐他汀至少有4种晶型（A、B、B-1和C）和1种无定型形式。Hirai等阐述了粉状瑞舒伐他汀钙的制备，通过将瑞舒伐他汀钠室温下溶于水，再将氯化钙水溶液滴入其中收集到的沉淀物是一种无定型粉末[34]。

美国专利US6777552B2 公开了通过氢氧化钙在水/乙醇溶液中水解7-[4-(4-氟苯基)-6-异丙基-2-[甲基(甲基磺酰基)氨基]嘧啶-5-基]-(3R,5S)-3,5-二羟基-(E)-6-庚酸酯制备瑞舒伐他汀钙[35]。

美国专利US6841554B2 公开了双[(E)-7-[4-(4-氟苯基)-6-异丙基-2-[甲基(甲基磺酰基)氨基]嘧啶-5-基](3R,5S)-3,5-二羟基-6-烯酸]钙盐及其水合物的晶型A[36]。其制备方法是将无定型物溶解在水和有机溶剂（如丙酮或乙腈）的混合物中，然后在加热下冷却该溶液以沉淀晶型A，其是纯晶体化合物，晶型B和C是水合晶体，晶型B-1是脱水化合物。在比较理化性能时，据报告晶型B和C在水中的可溶性比晶型A 高很多，并且这种性质可能会增加其生物利用度。此外，它们比无定型物更耐热，无定型物对温度变化的抵抗力较弱，在配制过程中稳定性较差，因此，无定型瑞舒伐他汀是通过喷雾干燥和冷冻干燥工艺制造的[37-39]。

1.3.2 匹伐他汀钙

匹伐他汀钙（CAS NO.147526-32-7），英文名为Pitavastatin calcium，由日产化学与兴和株式会社2 家公司共同开发的第1 个全合成的HMG-CoA还原酶抑制剂，属于他汀类药物。其主要通过HMG-CoA还原酶的抑制来降低肝脏制造胆固醇的能力，主要用于治疗高胆固醇血症和家族性高胆固醇血症，降脂效果非常好，是迄今为止最强效的降脂药物[40]。匹伐他汀从胃肠道吸收良好，给药后约1～2 h 达到Cmax，其绝对生物利用度高达27%。匹伐他汀以钠、钙和镁盐的形式存在于药物中，具有多晶型（A、B、C、D、E、F 和K 型）和无定型结构[41]。在制造过程中，匹伐他汀的最终结晶形式受结晶条件的影响，可以通过添加不超过5%适当形式的晶体来加速结晶过程。比较各种晶型，K型具有更好的物理和化学稳定性，这在诸如干燥、研磨或造粒的预配制过程中是极其重要的[42]。

2 结束语

我国是仿制药大国，在医药市场中，大部分药物都是仿制药，高端仿制药及创新药占比较低，同时针对仿制药的晶型的研究还不够深入。对于药品研发而言，药物晶型研究可以有效且快速地优化药物的物理化学性质，提高疗效。他汀类药物主要是从发酵液中提取精制的次级代谢产物，或由化学合成制备而得，由于提取工艺、溶媒选用和结晶条件等不同，同种药物可有不同晶型。药物的结晶和非结晶形式的差异不仅影响它们的溶解度、溶解速率和储存稳定性，还影响药物在治疗过程中的有效性和安全性。因他汀类药物的溶解性差、生物利用度低，故需要研究更多的晶型，以提高治疗效果并减少患者服用的药物剂量。根据现有的科学报告得出结论，非晶型他汀类药物创造了提高这类药物溶解度和生物利用度的可能性，同时也增加了其治疗心血管疾病有效性的机会。通过对药物多晶型的研究，为原料药的生产工艺优化及制剂对原料药晶型选择提供参考，且更多具有优势的晶型（如更好的溶解性、稳定性等）可能被发现，