Discovery and development of dipeptidyl peptidase-4 inhibitors
डाइपेप्टिडाइल पेप्टिडेस-4 अवरोधक (डी. पी. पी.-4 अवरोधक) एंजाइम अवरोधक हैं जो एंजाइम डाइपेप्टिडाइल पेप्टिडेस-4 (डी. पी. पी.-4) को रोकते हैं। इनका उपयोग टाइप 2 मधुमेह के उपचार में किया जाता है। डी. पी. पी.-4 एंजाइम का अवरोध इंक्रेटिन की गतिविधि को बढ़ाता है और बढ़ाता है जो इंसुलिन स्राव और रक्त शर्करा नियंत्रण विनियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। टाइप 2 मधुमेह मेलिटस एक पुरानी चयापचय रोग है जो अग्न्याशय में β-कोशिकाओं की शरीर की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त मात्रा में इंसुलिन का स्राव करने में असमर्थता के परिणामस्वरूप होता है। इंसुलिन प्रतिरोध और यकृत शर्करा के उत्पादन में वृद्धि भी शरीर की इंसुलिन की मांग को बढ़ाकर एक भूमिका निभा सकती है। इंसुलिन पूरक के अलावा वर्तमान उपचार, कभी-कभी नियंत्रण प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं होते हैं और अवांछनीय दुष्प्रभाव पैदा कर सकते हैं, जैसे कि वजन बढ़ना और हाइपोग्लाइसीमिया। हाल के वर्षों में, इंसुलिन उत्पादन के तंत्र और शरीर में चीनी के चयापचय के विनियमन में निरंतर शोध के आधार पर नई दवाएं विकसित की गई हैं। डी. पी. पी.-4 एंजाइम को एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हुए पाया गया है। 1967 में अपनी खोज के बाद से, सेरीन प्रोटीज डी. पी. पी.-4 अनुसंधान का एक लोकप्रिय विषय रहा है। डी. पी. पी.-4 के अवरोधकों की लंबे समय से एंजाइम के कार्यात्मक महत्व को स्पष्ट करने के लिए उपकरण के रूप में मांग की गई है। 1980 और 1990 के दशक के अंत में पहले अवरोधकों की विशेषता थी। प्रत्येक अवरोधक बाद की जांच के लिए एक प्रारंभिक संरचना गतिविधि संबंध (एसएआर) स्थापित करने के लिए महत्वपूर्ण था। अवरोधक दो मुख्य वर्गों में आते हैं, वे जो डी. पी. पी.-4 के साथ सहसंयोजक रूप से बातचीत करते हैं और वे जो नहीं करते हैं। डी. पी. पी.-4 एक डाइपेप्टिडेस है जो पी1-स्थिति में प्रोलिन वाले सब्सट्रेट को चुनिंदा रूप से बांधता है, इस प्रकार कई डी. पी. पी.-4 अवरोधकों में 5-सदस्यीय हेटेरोसाइक्लिक रिंग होते हैं जो प्रोलिन की नकल करते हैं, जैसे। पायरोलिडीन, साइनोपाइरोलिडीन, थियाज़ोलिडीन और साइनोथियाज़ोलिडीन। ये यौगिक आमतौर पर उत्प्रेरक अवशेष Ser630 के साथ सहसंयोजक बंधन बनाते हैं। 1994 में, ज़ेरिया फार्मास्युटिकल्स के शोधकर्ताओं ने एक नाइट्राइल फ़ंक्शन समूह के साथ साइनोपाइरोलिडीन का अनावरण किया जिसे उत्प्रेरक सेरीन के साथ एक अनुकरण बनाने के लिए माना गया था। समवर्ती रूप से नाइट्राइल समूह के बिना अन्य डी. पी. पी.-4 अवरोधक प्रकाशित किए गए थे, लेकिन उनमें अन्य सेरीन-इंटरैक्टिंग रूपांकन शामिल थे, जैसे। बोरोनिक एसिड, फॉस्फोनेट या डायसिल हाइड्रॉक्सीलैमाइन। ये यौगिक डी. पी. पी.-4 और प्रोलाइल ऑलिगोपेप्टिडेस (पी. ई. पी.) की समानता के कारण उतने शक्तिशाली नहीं थे और रासायनिक अस्थिरता से भी पीड़ित थे। फेरिंग फार्मास्युटिकल्स ने दो साइनोपाइरोलिडिन डी. पी. पी.-4 अवरोधकों पर पेटेंट के लिए आवेदन किया, जिसे उन्होंने 1995 में प्रकाशित किया। इन यौगिकों में उत्कृष्ट शक्ति और बेहतर रासायनिक स्थिरता थी। 1995 में, नोवार्टिस में एडविन बी. विल्हाउर ने इस तथ्य के आधार पर एन-प्रतिस्थापित ग्लाइसिनिल-साइनोपाइरोलिडीन का पता लगाना शुरू किया कि डी. पी. पी.-4 एन-मिथाइलग्लाइसिन को एन-टर्मिनल एमिनो एसिड के रूप में पहचानता है। नए साइनोपाइरोलिडीन का यह समूह बाद के वर्षों में अनुसंधान का बेहद लोकप्रिय क्षेत्र बन गया। डी. पी. पी.-4 और वैसोपेप्टिडेज़ के दोहरे अवरोधकों के साथ कुछ परीक्षणों का प्रतिनिधित्व किया गया है, क्योंकि माना जाता है कि वैसोपेप्टिडेज़ अवरोध इंसुलिन स्राव को उत्तेजित करके डी. पी. पी.-4 अवरोध के मधुमेह-रोधी प्रभाव को बढ़ाता है। वैसोपेप्टिडेस-अवरोधक रूपांकन एन-प्रतिस्थापन में डी. पी. पी.-4 अवरोधक से जुड़ा हुआ है। डी. पी. पी.-4 तंत्र Fig.1: भोजन के दौरान, इनक्रेटिन ग्लूकागन जैसे पेप्टाइड 1 (जी. एल. पी.-1) और ग्लूकोज-निर्भर गैस्ट्रिक अवरोधक पॉलीपेप्टाइड (जी. आई. पी.) छोटी आंत द्वारा रक्त प्रवाह में छोड़े जाते हैं। ये हार्मोन ग्लूकोज-निर्भर तरीके से इंसुलिन स्राव को नियंत्रित करते हैं। (जी. एल. पी.-1 की मानव शरीर में कई भूमिकाएँ हैं। यह इंसुलिन जैवसंश्लेषण को उत्तेजित करता है, ग्लूकागन स्राव को रोकता है, गैस्ट्रिक खाली होने को धीमा कर देता है, भूख को कम करता है और आइलेट बीटा-कोशिकाओं के पुनर्जनन को उत्तेजित करता है।) जी. एल. पी.-1 और जी. आई. पी. में बहुत तेजी से निष्क्रियता के कारण प्लाज्मा अर्ध-जीवन बहुत कम होता है, जो डी. पी. पी.-4 एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है। डी. पी. पी.-4 का अवरोध उनकी निष्क्रियता को धीमा कर देता है, जिससे उनकी क्रिया प्रबल हो जाती है, जिससे प्लाज्मा ग्लूकोज का स्तर कम हो जाता है, इसलिए टाइप 2 मधुमेह के उपचार में इसकी उपयोगिता है। (चित्र 1)। डी. पी. पी.-4 वितरण और कार्य डी. पी. पी.-4 शरीर के लगभग हर अंग के एंडोथेलियम की प्लाज्मा झिल्ली से जुड़ा होता है। डी. पी. पी.-4 को दृढ़ता से व्यक्त करने वाले ऊतकों में एक्सोक्राइन अग्न्याशय, पसीने की ग्रंथियां, लार और स्तन ग्रंथियां, थाइमस, लिम्फ नोड्स, पित्त पथ, गुर्दे, यकृत, नाल, गर्भाशय, प्रोस्टेट, त्वचा और आंत श्लेष्मा की केशिका बिस्तर (जहां अधिकांश जी. एल. पी.-1 स्थानीय रूप से निष्क्रिय है) शामिल हैं। यह घुलनशील रूप में शरीर के तरल पदार्थों जैसे रक्त प्लाज्मा और प्रमस्तिष्कमेरु द्रव में भी मौजूद होता है। (ऐसा भी होता है कि डी. पी. पी.-4 सी. डी. 26 टी-कोशिका सक्रियक प्रतिजन है।) डी. पी. पी.-4 चुनिंदा रूप से पेप्टाइड्स से दो एमिनो एसिड को अलग करता है, जैसे कि जी. एल. पी.-1 और जी. आई. पी., जिनमें दूसरे स्थान पर प्रोलिन या एलेनिन होता है (चित्र 2)। सक्रिय स्थल जहाँ डी. पी. पी.-4 का प्रभाव होता है, वहाँ तीन एमिनो एसिड, ए. एस. पी.-हिस-सेर की एक विशिष्ट व्यवस्था होती है। चूँकि जी. पी. एल.-1 और जी. आई. पी. की जैविक गतिविधि के लिए एलेनिन और प्रोलिन महत्वपूर्ण हैं, इसलिए वे इन अमीनो एसिड को अलग करके निष्क्रिय हो जाते हैं। इस प्रकार, डी. पी. पी.-4 के अवरोध द्वारा इनक्रेटिन हार्मोन जी. एल. पी.-1 और जी. आई. पी. के क्षरण को रोकने में टाइप 2 मधुमेह के उपचार में एक चिकित्सीय रणनीति के रूप में क्षमता है। डी. पी. पी.-4 विशेषताएँ चूंकि डी. पी. पी.-4 एक प्रोटीज है, इसलिए यह अप्रत्याशित नहीं है कि अवरोधकों में संभवतः एक पेप्टाइड प्रकृति होगी और यह विषय समकालीन शोध के माध्यम से आगे बढ़ा है। डी. पी. पी.-4 की संरचना एक्स-रे संरचनाएँ जो 2003 से प्रकाशित हुई हैं, बंधन स्थल की संरचनात्मक विशेषताओं के बारे में विस्तृत जानकारी देती हैं। कई संरचनात्मक रूप से विविध डी. पी. पी.-4 अवरोधकों की खोज की गई है और यह बाध्यकारी स्थल के गुणों को देखते हुए आश्चर्यजनक नहीं हैः उच्च आत्मीयता छोटे अणु बंधन प्राप्त करने के लिए कई उजागर सुगंधित साइड चेन के साथ एक गहरी लिपोफिलिक पॉकेट। 2. एक महत्वपूर्ण विलायक पहुंच जो अवरोधकों के भौतिक-रासायनिक गुणों को ट्यून करना संभव बनाती है जो बेहतर फार्माकोकाइनेटिक व्यवहार की ओर ले जाती है। डी. पी. पी.-4 एक 766-एमिनो एसिड ट्रांसमेम्ब्रेन ग्लाइकोप्रोटीन है जो प्रोलाइलोलिगोपेप्टिडेस परिवार से संबंधित है। इसमें तीन भाग होते हैं; एक कोशिका-द्रावक पूंछ, एक पार-झिल्ली क्षेत्र और एक बाह्य कोशिकीय भाग। बाह्य कोशिकीय भाग को एक उत्प्रेरक क्षेत्र और आठ-ब्लेड वाले β-प्रोपेलर क्षेत्र में विभाजित किया गया है। उत्तरार्द्ध अवरोधक बंधन स्थल में योगदान देता है। उत्प्रेरक क्षेत्र एक α/β-हाइड्रोलेज तह दिखाता है और इसमें उत्प्रेरक त्रयी Ser630-ASP708-हिस्740 होता है। एस1-पॉकेट बहुत हाइड्रोफोबिक है और साइड चेन से बना हैः टायर631, वैल656, टीआरपी662, टायर666 और वैल711। मौजूदा एक्स-रे संरचनाओं से पता चलता है कि जेब के आकार और आकार में बहुत अंतर नहीं है जो इंगित करता है कि एस1-पॉकेट में प्रोलाइन अवशेषों के लिए उच्च विशिष्टता है बाइंडिंग साइट डी. पी. पी.-4 अवरोधकों में आमतौर पर एक इलेक्ट्रोफिलिक समूह होता है जो सक्रिय बाइंडिंग साइट (चित्र 3) में उत्प्रेरक सेरीन के हाइड्रॉक्सिल के साथ बातचीत कर सकता है। अक्सर वह समूह एक नाइट्राइल समूह होता है लेकिन बोरोनिक एसिड या डाइफिनाइल फॉस्फोनेट भी हो सकता है। यह इलेक्ट्रोफिलिक समूह सहसंयोजक बंधनों और धीमी, तंग-बंधन गतिविज्ञान के साथ इमिडेट कॉम्प्लेक्स से जुड़ सकता है, लेकिन यह समूह पी2-एमिनो एसिड के मुक्त एमिनो समूह के साथ प्रतिक्रियाओं के कारण स्थिरता के मुद्दों के लिए भी जिम्मेदार है। इसलिए, इलेक्ट्रोफिलिक समूह के बिना अवरोधक भी विकसित किए गए हैं, लेकिन इन अणुओं ने अन्य डाइपेप्टिडाइल पेप्टिडेस के प्रति आत्मीयता के कारण विषाक्तता दिखाई है, जैसे। डी. पी. पी-2, डी. पी. पी-8 और डी. पी. पी-9। डी. पी. पी.-4 अवरोधक विभिन्न संरचनात्मक प्रकारों में फैले हुए हैं। 2007 में कुछ सबसे शक्तिशाली यौगिकों में एक प्रोलाइन मिमेटिक साइनोपाइरोलिडिन पी1 समूह होता है। यह समूह शक्ति को बढ़ाता है, शायद सक्रिय साइट Ser630 हाइड्रॉक्सिल द्वारा नाइट्राइल समूह के क्षणिक सहसंयोजक ट्रैपिंग के कारण, जिससे विलयन में देरी होती है और कुछ अवरोधकों का धीमा तंग बंधन होता है। जब इन शक्ति वृद्धि को प्राप्त किया गया था, तो कुछ रासायनिक स्थिरता के मुद्दों को नोट किया गया था और अधिक उन्नत अणुओं को बनाया जाना था। इन स्थिरता मुद्दों से बचने के लिए, नाइट्राइल समूह को बाहर करने की संभावना की जांच की गई थी। एरिल या ध्रुवीय साइड चेन वाले एमिनो एसिड ने सराहनीय डी. पी. पी.-4 अवरोध नहीं दिखाया और वास्तव में, इस शोध में नाइट्राइल समूह के बिना सभी यौगिकों को नाइट्राइल समूह वाले यौगिकों के अनुरूप शक्ति का 20 से 50 गुना नुकसान हुआ। खोज और विकास आदर्श चिकित्सीय प्रोफाइल के साथ नए डी. पी. पी.-4 अवरोधकों की खोज के लिए एक तेज और सटीक प्रणाली खोजना महत्वपूर्ण है। हाई थ्रूपुट स्क्रीनिंग (एच. टी. एस.) आमतौर पर अवरोधकों की पहचान करने में कम हिट दर देता है लेकिन वर्चुअल स्क्रीनिंग (वी. एस.) उच्च दर दे सकती है। उदाहरण के लिए, डी. पी. पी.-4 के एस1 और एस2 स्थलों में रखे जा सकने वाले टुकड़ों की पहचान करने के लिए छोटे प्राथमिक एलिफैटिक एमाइनों की जांच करने के लिए वी. एस. का उपयोग किया गया है। दूसरी ओर, ये टुकड़े बहुत शक्तिशाली नहीं थे और इसलिए बेहतर डिजाइन करने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में पहचाने जाते थे। त्रि-आयामी मॉडल नए डी. पी. पी.-4 अवरोधकों को डिजाइन करने के लिए एक उपयोगी उपकरण प्रदान कर सकते हैं। फार्माकोफोर मॉडल डी. पी. पी.-4 अवरोधक गतिविधि वाले यौगिकों की प्रमुख रासायनिक विशेषताओं के आधार पर बनाए गए हैं। ये मॉडल अवरोधक गतिविधि के लिए जिम्मेदार प्राथमिक रासायनिक विशेषता की एक काल्पनिक तस्वीर प्रदान कर सकते हैं। पहले डी. पी. पी.-4 अवरोधक प्रतिवर्ती अवरोधक थे और कम चयनात्मकता के कारण खराब दुष्प्रभावों के साथ आए। शोधकर्ताओं को संदेह था कि संभावित दुष्प्रभावों को कम करने के लिए छोटे आधे जीवन वाले अवरोधकों को प्राथमिकता दी जाएगी। हालाँकि, चूंकि नैदानिक परीक्षणों ने इसके विपरीत दिखाया, नवीनतम डी. पी. पी.-4 अवरोधकों का लंबे समय तक चलने वाला प्रभाव होता है। मर्क से पहले रिपोर्ट किए गए डी. पी. पी.-4 अवरोधकों में से एक पी 32/98 था। इसने पी1-विकल्प के रूप में थियाज़ोलिडाइड का उपयोग किया और यह पहला डी. पी. पी.-4 अवरोधक था जिसने जानवरों और मनुष्यों दोनों में प्रभाव दिखाया लेकिन दुष्प्रभावों के कारण इसे बाजार की दवा के रूप में विकसित नहीं किया गया था। एक अन्य पुराना अवरोधक नोवार्टिस से डी. पी. पी.-728 है, जहाँ 2-साइनोपाइरोलिडीन का उपयोग पी1-विकल्प के रूप में किया जाता है। साइनो समूह के जुड़ने से आम तौर पर शक्ति बढ़ जाती है। इसलिए, शोधकर्ताओं का ध्यान उन यौगिकों पर केंद्रित किया गया। आमतौर पर, डी. पी. पी.-4 अवरोधक या तो सब्सट्रेट जैसे या गैर-सब्सट्रेट जैसे होते हैं। सबस्ट्रेट जैसे अवरोधक (चित्र 4) गैर-सबस्ट्रेट जैसे अवरोधकों की तुलना में अधिक आम हैं। वे या तो सहसंयोजक या गैर-सहसंयोजक रूप से बांधते हैं और एक बुनियादी संरचना होती है जहां पी 1-प्रतिस्थापन एस 1-पॉकेट पर कब्जा कर लेता है और पी 2-प्रतिस्थापन एस 2-पॉकेट पर कब्जा कर लेता है। आम तौर पर उनमें एक प्रोलाइन मिमेटिक होता है जो एस1-पॉकेट पर कब्जा कर लेता है। 2-साइनोपाइरोलिडीन रिंग पर बड़े प्रतिस्थापन आमतौर पर सहन नहीं किए जाते हैं क्योंकि एस1-पॉकेट काफी छोटा होता है। चूँकि डी. पी. पी.-4 टी-कोशिका सक्रियण मार्कर सी. डी. 26 के समान है और डी. पी. पी.-4 अवरोधक टी-कोशिका प्रसार को रोकने के लिए जाने जाते हैं, इन यौगिकों को शुरू में संभावित इम्यूनोमॉड्यूलेटर माना जाता था। जब टाइप 2 मधुमेह के खिलाफ कार्य की खोज की गई, तो साइनोपाइरोलिडीन एक अत्यधिक लोकप्रिय शोध सामग्री बन गई। थोड़ी देर बाद विल्डाग्लिप्टिन और सैक्साग्लिप्टिन की खोज की गई, जो आज तक के सबसे विकसित साइनोपाइरोलिडिन डी. पी. पी.-4 अवरोधक हैं। साइनोपाइरोलिडिन्स साइनोपाइरोलिडिन्स की डी. पी. पी.-4 कॉम्प्लेक्स के साथ दो प्रमुख अंतःक्रियाएँ होती हैंः नाइट्राइल पेप्टिडिक सब्सट्रेट के सिसाइल बॉन्ड की स्थिति में जो उच्च शक्ति के लिए महत्वपूर्ण है। नाइट्राइल समूह उत्प्रेरक रूप से सक्रिय सेरीन हाइड्रॉक्सिल (Ser630) के साथ प्रतिवर्ती सहसंयोजक बंधन बनाता है, अर्थात। साइनोपाइरोलिडीन धीमी पृथक्करण गतिविज्ञान के साथ प्रतिस्पर्धी अवरोधक हैं। 2. प्रोटोनेटेड अमीनो समूह और प्रोटीन सतह के एक नकारात्मक आवेशित क्षेत्र, ग्लू205, ग्लू206 और टायर662 के बीच हाइड्रोजन बंधन नेटवर्क। सभी साइनोपाइरोलिडीन में क्षारीय, प्राथमिक या द्वितीयक एमाइन होता है, जो इस नेटवर्क को संभव बनाता है लेकिन यदि इन एमाइनों को बदल दिया जाता है तो ये यौगिक आमतौर पर शक्ति में कम हो जाते हैं। फिर भी, दो पेटेंट आवेदनों से पता चलता है कि अमीनो समूह को बदला जा सकता है, अर्थात। एक हाइड्राज़िन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, लेकिन यह दावा किया जाता है कि ये यौगिक न केवल डी. पी. पी.-4 अवरोध के माध्यम से कार्य करते हैं, बल्कि एक कट्टरपंथी सफाई करने वाले के रूप में कार्य करके मधुमेह की संवहनी जटिलताओं को भी रोकते हैं। संरचना-गतिविधि संबंध (एसएआर) महत्वपूर्ण संरचना-गतिविधि संबंधः 1. साइनोपाइरोलिडीन-आधारित अवरोधकों के पायरोलिडीन रिंग के आसपास सख्त स्टेरिक बाधा मौजूद है, जिसमें केवल हाइड्रोजन, फ्लोरो, एसिटिलीन, नाइट्राइल या मेथेनो प्रतिस्थापन की अनुमति है। 2. शक्तिशाली गतिविधि प्राप्त करने के लिए पायरोलिडीन रिंग पर एक नाइट्राइल भाग की उपस्थिति महत्वपूर्ण है इसके अलावा, व्यवस्थित एसएआर जांच से पता चला है कि पी2 स्थिति के लिए रिंग का आकार और स्टीरियोकेमिस्ट्री काफी वातानुकूलित है। 5-सदस्यीय रिंग और एल-कॉन्फ़िगरेशन ने डी-कॉन्फ़िगरेशन के साथ 4-सदस्यीय या 6-सदस्यीय रिंग की तुलना में बेहतर परिणाम दिखाए हैं। पायरोलिडीन रिंग पर केवल मामूली परिवर्तनों को सहन किया जा सकता है, क्योंकि हाइड्रोफोबिक एस1 पॉकेट के साथ रिंग का अच्छा फिट उच्च आत्मीयता के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। कुछ परीक्षण किए गए हैं, जैसे। पायरोलिडीन को थियाज़ोलिन से बदलकर। इससे शक्ति में सुधार हुआ लेकिन रासायनिक स्थिरता में भी कमी आई। रासायनिक स्थिरता में सुधार के प्रयासों से अक्सर डी. पी. पी.-8 और डी. पी. पी.-9 के साथ बातचीत के कारण विशिष्टता का नुकसान होता है। ये अंतःक्रियाएँ जानवरों में विषाक्तता और मृत्यु दर में वृद्धि से जुड़ी हुई हैं। पी1 स्थिति में सख्त सीमाएँ हैं और शायद ही कोई बदलाव बर्दाश्त किया जाता है। दूसरी ओर, पी2 स्थिति में विभिन्न प्रकार के परिवर्तन किए जा सकते हैं। वास्तव में, काफी बड़ी शाखाओं वाली साइड चेन के साथ प्रतिस्थापन, जैसे। टर्ट-ब्यूटाइलग्लाइसिन, सामान्य रूप से गतिविधि और रासायनिक स्थिरता में वृद्धि, जिससे डी. पी. पी.-4 एंजाइम का लंबे समय तक चलने वाला अवरोध हो सकता है। यह भी ध्यान दिया गया है कि बायेरिल-आधारित साइड चेन अत्यधिक सक्रिय अवरोधक भी दे सकते हैं। मूल रूप से यह माना जाता था कि केवल लिपोफिलिक प्रतिस्थापन को सहन किया जाएगा। अब यह कहा गया है कि ध्रुवीय नकारात्मक रूप से आवेशित साइड-चेन के प्रतिस्थापन के साथ-साथ हाइड्रोफिलिक प्रतिस्थापन से भी उत्कृष्ट अवरोधक गतिविधि हो सकती है। रासायनिक स्थिरता सामान्य रूप से, डी. पी. पी.-4 अवरोधक बहुत स्थिर यौगिक नहीं होते हैं। इसलिए, कई शोधकर्ता साइनोपाइरोलिडीन की स्थिरता को बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। रासायनिक स्थिरता में सुधार करने के लिए सबसे व्यापक तकनीक एक स्टेरिक थोक को शामिल करना है। दो साइनोपाइरोलिडीन जो सबसे अधिक स्पष्ट किए गए हैं, विल्डाग्लिप्टिन और सैक्साग्लिप्टिन, इस तरह से बनाए गए थे। के579 एक डी. पी. पी.-4 अवरोधक है जिसे क्योवा हक्को क्योगो के शोधकर्ताओं द्वारा खोजा गया है। इसने न केवल रासायनिक स्थिरता में सुधार किया था, बल्कि एक लंबे समय तक चलने वाली क्रिया में भी सुधार किया था। वह लंबे समय तक चलने वाली क्रिया एंजाइम-अवरोधक परिसर और एक सक्रिय ऑक्साइड चयापचय के धीमे पृथक्करण के कारण थी जो एंटरोहेपेटिक परिसंचरण से गुजरती है। सक्रिय ऑक्साइड की खोज वास्तव में एक बड़ी सफलता थी क्योंकि इससे विल्डाग्लिप्टिन और सैक्साग्लिप्टिन का विकास हुआ। डी. पी. पी.-4 अवरोधक स्थिरता में एक प्रमुख समस्या इंट्रामोलिक्युलर साइक्लाइजेशन है। इंट्रामोलिक्युलर साइक्लाइजेशन के लिए पूर्व शर्त ट्रांस-रोटेमर का रूपांतरण है, जो डी. पी. पी.-4 बाइंडिंग रोटेमर (चित्र 5) है। इस प्रकार, इस रूपांतरण को रोकने से स्थिरता में वृद्धि होगी। यह रोकथाम एक रिंग में एक एमाइड समूह को शामिल करते समय सफल रही, जिससे एक ऐसा यौगिक बना जिसने डी. पी. पी.-4 अवरोधक गतिविधि को बनाए रखा, जो इंट्रामोलिकुलर साइक्लाइजेशन से नहीं गुजरा और विभिन्न डी. पी. पी. एंजाइमों पर और भी अधिक चयनात्मक था। यह भी बताया गया है कि पी1 स्थिति में एक साइनोएज़ेटिडीन और पी2 स्थिति में एक बीटा-एमिनो एसिड ने स्थिरता में वृद्धि की है। विल्डाग्लिप्टिन विल्डाग्लिप्टिन (गैल्वस) (चित्र 6) को पहली बार मई 1998 में संश्लेषित किया गया था और इसका नाम एडविन बी. विल्हाउर के नाम पर रखा गया था। इसकी खोज तब हुई जब नोवार्टिस के शोधकर्ताओं ने एडामेंटाइल व्युत्पन्न की जांच की जो बहुत शक्तिशाली साबित हुए थे। एडामेंटाइल समूह ने एक स्टेरिक बल्क के रूप में काम किया और रासायनिक स्थिरता को बढ़ाते हुए इंट्रामोलिकुलर साइक्लाइजेशन को धीमा कर दिया। इसके अलावा, प्राथमिक चयापचय अत्यधिक सक्रिय थे। अतिरिक्त कायरल केंद्र से बचने के लिए एडामेंटाइल रिंग में एक हाइड्रॉक्सिलेशन किया गया था (चित्र 6)। उत्पाद, विल्डाग्लिप्टिन, और भी अधिक स्थिर था, इंट्रामोलिक्युलर साइक्लाइजेशन से 30 गुना धीमी गति से गुजर रहा था, और उच्च डी. पी. पी.-4 अवरोधक गतिविधि और लंबे समय तक चलने वाला औषधीय प्रभाव था। ब्रिस्टल-मायर्स स्क्विब के सैक्साग्लिप्टिन शोधकर्ताओं ने पाया कि एन-टर्मिनल एमिनो एसिड साइड-चेन के स्टेरिक थोक में वृद्धि से स्थिरता में वृद्धि हुई। अतिरिक्त रूप से स्थिरता बढ़ाने के लिए ट्रांस-रोटेमर को पायरोलिडीन रिंग के सिस-4,5-मेथेनो प्रतिस्थापन के साथ स्थिर किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप एक इंट्रामोलिकुलर वैन-डेर-वाल्स इंटरैक्शन होता है, इस प्रकार इंट्रामोलिकुलर साइक्लाइजेशन को रोका जाता है। उस बढ़ी हुई स्थिरता के कारण, शोधकर्ताओं ने सी. आई. एस.-4,5-मेथेनो साइनोपाइरोलिडीन पर अपनी जांच जारी रखी और एक नए एडामेंटाइल व्युत्पन्न के साथ आए, जिसने चूहे के प्लाज्मा में असाधारण एक्स विवो डी. पी. पी.-4 अवरोध दिखाया। यह भी उल्लेख किया गया है कि उच्च माइक्रोसोमल टर्नओवर दर जो इंगित करती है कि व्युत्पन्न को जल्दी से एक सक्रिय चयापचय में परिवर्तित कर दिया गया था। एडामेंटाइल समूह पर हाइड्रॉक्सिलेशन के बाद उनके पास बेहतर माइक्रोसोमल स्थिरता और बेहतर रासायनिक स्थिरता वाला उत्पाद था। उस उत्पाद का नाम सैक्साग्लिप्टिन (ऑन्ग्लिजा) (चित्र 6) रखा गया था। जून 2008 में एस्ट्राजेनेका और ब्रिस्टल-मायर्स स्क्विब ने संयुक्त राज्य अमेरिका में ऑन्ग्लिज़ा के लिए एक नया दवा आवेदन और यूरोप में एक विपणन प्राधिकरण आवेदन प्रस्तुत किया। संयुक्त राज्य अमेरिका में एफ. डी. ए. द्वारा जुलाई 2009 में ऑन्ग्लिज़ा 5 मिलीग्राम और ऑन्ग्लिज़ा 2.5 मिलीग्राम के लिए मंजूरी दी गई थी। इसे बाद में विस्तारित-रिलीज मेटफॉर्मिन (दैनिक रूप से एक बार लिया जाने वाला) के साथ जोड़ा गया और जनवरी 2011 में एफ. डी. ए. द्वारा व्यापार नाम कोम्बिग्लाइज़ एक्स. आर. के तहत अनुमोदित किया गया। डेनाग्लिप्टिन (चित्र 6) एक उन्नत यौगिक है जिसमें पी2 स्थिति में एक शाखा वाली पार्श्व-श्रृंखला होती है, लेकिन इसमें साइनोपाइरोलिडिन रिंग पर (4एस)-फ्लोरो प्रतिस्थापन भी होता है। यह ग्लैक्सोस्मिथक्लाइन (जीएसके) द्वारा विकसित एक प्रसिद्ध डी. पी. पी.-4 अवरोधक है। जैविक मूल्यांकनों से पता चला है कि एमिनो एसिड भाग का एस-विन्यास अवरोधक गतिविधि के लिए आवश्यक है क्योंकि आर-विन्यास अनिच्छा से अवरोध दिखाता है। ये निष्कर्ष भविष्य में डी. पी. पी.-4 अवरोधकों के डिजाइन और संश्लेषण में उपयोगी होंगे। जी. एस. के. ने अक्टूबर 2008 में तीसरे चरण के नैदानिक परीक्षणों को निलंबित कर दिया। एज़ेटिडीन आधारित यौगिक अवरोधकों के इस समूह के लिए जानकारी काफी सीमित है। एज़ेटिडीन-आधारित डी. पी. पी.-4 अवरोधकों को मोटे तौर पर तीन मुख्य उपश्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता हैः 2-साइनोएज़ेटिडीन, 3-फ्लोरोएज़ेटिडीन और 2-केटोएज़ेटिडीन। सबसे शक्तिशाली कीटोएज़ेटिडीन और साइनोएज़ेटिडीन में बड़े हाइड्रोफोबिक एमिनो एसिड समूह होते हैं जो एज़ेटिडीन नाइट्रोजन से बंधे होते हैं और 100nM से नीचे सक्रिय होते हैं। गैर-सब्सट्रेट जैसे अवरोधक गैर-सब्सट्रेट जैसे अवरोधक डी. पी. पी.-4 सब्सट्रेट की डाइपेप्टिडिक प्रकृति के बाद नहीं लेते हैं। वे गैर-सहसंयोजक अवरोधक होते हैं और आमतौर पर एक सुगंधित वलय होता है जो प्रोलिन मिमेटिक के बजाय एस1-पॉकेट पर कब्जा कर लेता है। 1999 में, मर्क ने डी. पी. पी.-4 अवरोधकों पर एक दवा विकास कार्यक्रम शुरू किया। जब उन्होंने आंतरिक जांच और औषधीय रसायन विज्ञान कार्यक्रम शुरू किया, तो दो डी. पी. पी.-4 अवरोधक पहले से ही नैदानिक परीक्षणों में थे, आइसोलेयूसिल थियाज़ोलिडाइड (पी 32/38) और नोवार्टिस से एन. वी. पी.-डी. पी. पी. 728। मर्क इन-लाइसेंस्ड एल-थ्रो-आइसोलेयूसिल थियाज़ोलिडाइड और इसका एलो स्टीरियोआइसोमर। पशु अध्ययनों में, उन्होंने पाया कि दोनों आइसोमर्स में डी. पी. पी.-4 के लिए समान आत्मीयता थी, जो विवो प्रभावकारिता, समान फार्माकोकाइनेटिक और चयापचय प्रोफाइल में समान थी। फिर भी, एलो आइसोमर 10 गुना अधिक विषाक्त था। शोधकर्ताओं ने पाया कि विषाक्तता में यह अंतर एलो आइसोमर के डी. पी. पी.-8 और डी. पी. पी.-9 के अधिक अवरोध के कारण था, लेकिन चयनात्मक डी. पी. पी.-4 अवरोध के कारण नहीं था। अधिक शोध ने यह भी समर्थन किया कि डी. पी. पी.-4 अवरोध प्रतिरक्षा कार्य से समझौता नहीं करेगा। एक बार जब डी. पी. पी.-8/डी. पी. पी.-9 के लिए आत्मीयता और विषाक्तता के बीच इस संबंध की खोज की गई, तो मर्क ने अन्य डाइपेप्टिडेस पर डी. पी. पी.-4 के लिए एक हजार गुना से अधिक आत्मीयता वाले एक अवरोधक की पहचान करने का फैसला किया। इस उद्देश्य के लिए, उन्होंने स्थितिगत स्कैनिंग पुस्तकालयों का उपयोग किया। इन पुस्तकालयों को स्कैन करने से, शोधकर्ताओं ने पाया कि डी. पी. पी.-4 और डी. पी. पी.-8 दोनों ने पी1 स्थिति में प्रोलाइन के साथ पेप्टाइड्स को तोड़ने के लिए एक मजबूत प्राथमिकता दिखाई, लेकिन उन्होंने पी2 साइट पर एक बड़ा अंतर पाया; यानी, उन्होंने पाया कि पी2 स्थिति में अम्लीय कार्यक्षमता डी. पी. पी.-8 पर डी. पी. पी.-4 के लिए अधिक आत्मीयता प्रदान कर सकती है। मर्क ने और भी अधिक शोध और जाँच करना जारी रखा। उन्होंने चयनात्मकता की कमी के कारण आइसोल्यूसिल थियाज़ोलिडाइड से संबंधित α-एमिनो एसिड श्रृंखला के यौगिकों पर काम करना बंद कर दिया, लेकिन इसके बजाय उन्होंने दो स्क्रीनिंग लीड पर एसएआर अध्ययनों के माध्यम से एक बहुत ही चयनात्मक β-एमिनो एसिड पिपेराज़िन श्रृंखला की खोज की। पिपेराज़िन भाग को स्थिर करने की कोशिश करते समय, साइकिलिक व्युत्पन्न का एक समूह बनाया गया, जिससे एक शक्तिशाली और चयनात्मक ट्राइज़ोलोपाइपेराज़िन श्रृंखला की पहचान हुई। इनमें से अधिकांश अनुरूपों ने प्रीक्लिनिकल प्रजातियों में उत्कृष्ट फार्माकोकाइनेटिक गुण दिखाए। इन यौगिकों के अनुकूलन ने अंततः सिटाग्लिप्टिन की खोज की। सिटाग्लिप्टिन सिटाग्लिप्टिन (जानुविया) में β-एमिनो एमाइड व्युत्पन्न (चित्र 7) के साथ एक नई संरचना है। चूंकि सिटाग्लिप्टिन ने उत्कृष्ट चयनात्मकता और विवो प्रभावकारिता दिखाई है, इसलिए इसने शोधकर्ताओं से β-एमिनो एसिड भाग के साथ DPP-4 अवरोधकों की नई संरचना का निरीक्षण करने का आग्रह किया। मधुमेह के उपचार के लिए इन यौगिकों को अनुकूलित करने के लिए आगे के अध्ययन विकसित किए जा रहे हैं। अक्टूबर 2006 में सिटाग्लिप्टिन पहला डी. पी. पी.-4 अवरोधक बन गया जिसे टाइप 2 मधुमेह के इलाज के लिए एफ. डी. ए. की मंजूरी मिली। संरचनात्मक रूप से विविध अवरोधकों की खोज जारी रखने के लिए आणविक मॉडलिंग के साथ सिटाग्लिप्टिन की क्रिस्टलोग्राफिक संरचना का उपयोग किया गया है। एक नए शक्तिशाली, चयनात्मक और मौखिक रूप से जैव उपलब्ध डी. पी. पी.-4 अवरोधक की खोज 3-एमिनोपाइरिडिन के साथ सिटाग्लिप्टिन में केंद्रीय साइक्लोहेक्सीलैमाइन को बदलकर की गई थी। एक 2-पाइरिडाइल प्रतिस्थापन प्रारंभिक एस. ए. आर. सफलता थी क्योंकि वह समूह डी. पी. पी.-4 के लिए शक्ति और चयनात्मकता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह एक एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी के साथ दिखाया गया है कि कैसे सिटाग्लिप्टिन डी. पी. पी.-4 कॉम्प्लेक्स से जुड़ता हैः ट्राइफ्लोरोफिनाइल समूह एस1-पॉकेट 2 पर कब्जा कर लेता है। ट्राइफ्लोरोमेथाइल समूह अवशेष आर्ग358 और सेर209 की पार्श्व श्रृंखलाओं के साथ अंतःक्रिया करता है। 3. अमीनो समूह टायर 662 और दो ग्लूटामेट अवशेषों, ग्लू205 और ग्लू206 के कार्बोक्सिलेटेड समूहों के साथ एक नमक पुल बनाता है। 4. एबॉट लैबोरेटरीज के शोधकर्ताओं ने एच. टी. एस. का उपयोग करके डी. पी. पी.-4 अवरोधकों की तीन नई श्रृंखलाओं की पहचान की। अधिक शोध और अनुकूलन के बाद एबीटी-341 की खोज की गई (चित्र 8)। यह एक शक्तिशाली और चयनात्मक डी. पी. पी.-4 अवरोधक है जिसकी 2डी-संरचना सिटाग्लिप्टिन के समान है। हालांकि, 3डी-संरचना काफी अलग है। एबीटी-341 में एक ट्राइफ्लोरोफिनाइल समूह भी होता है जो एस1-पॉकेट और मुक्त अमीनो समूह पर कब्जा कर लेता है, लेकिन दो कार्बोनिल समूह एक दूसरे से 180° दूर उन्मुख होते हैं। माना जाता है कि एबीटी-341 टायर547 के साथ परस्पर क्रिया करता है, शायद साइक्लोहेक्सेनिल रिंग और टायरोसिन साइड-चेन के बीच स्टेरिक बाधा के कारण। ओमारिग्लिप्टिन ऐसे यौगिकों में से एक है जो मर्क एंड कंपनी द्वारा चरण-III विकास में है। पायरोलिडिन यौगिक पायरोलिडिन प्रकार के डी. पी. पी.-4 अवरोधकों की खोज पहली बार एच. टी. एस. के बाद की गई थी। शोध से पता चला है कि पायरोलिडीन रिंग उन यौगिकों का हिस्सा थे जो बंधन स्थल में फिट होते हैं। आगे के विकास ने फ्लोरो प्रतिस्थापित पायरोलिडाइन को जन्म दिया है जो बेहतर गतिविधि दिखाते हैं, साथ ही साथ फ्यूज्ड साइक्लोप्रोपाइलिंग के साथ पायरोलिडाइन जो अत्यधिक सक्रिय हैं। ज़ैंथिन-आधारित यौगिक यह अवरोधकों का एक अलग वर्ग है जिसे एच. टी. एस. के साथ पहचाना गया था। सुगंधित विषम-चक्रीय-आधारित डी. पी. पी.-4 अवरोधकों ने हाल ही में अधिक ध्यान आकर्षित किया है। डी. पी. पी.-4 अवरोधकों के रूप में ज़ैंथिन (चित्र 10) का वर्णन करने वाले पहले पेटेंट बोहरिंगर-इंगेलहेम (बी. आई.) और नोवो नोर्डिस्क से आए थे। जब ज़ैंथिन आधारित डी. पी. पी.-4 अवरोधकों की तुलना सिटाग्लिप्टिन और विल्डाग्लिप्टिन के साथ की जाती है तो यह एक बेहतर प्रोफ़ाइल दिखाता है। ऐसा माना जाता है कि ज़ैंथिन में उच्च शक्ति, लंबे समय तक चलने वाला अवरोध और ग्लूकोज सहिष्णुता में लंबे समय तक चलने वाला सुधार होता है। एलोग्लिप्टिन एलोग्लिप्टिन (चित्र 9) टाकेडा फार्मास्युटिकल कंपनी द्वारा विकसित एक नया डी. पी. पी.-4 अवरोधक है। शोधकर्ताओं ने परिकल्पना की कि एक क्विनज़ोलिनोन आधारित संरचना (चित्र 9) में डी. पी. पी.-4 परिसर पर सक्रिय स्थल के साथ बातचीत करने के लिए आवश्यक समूह होंगे। क्विनाज़ोलिनोन आधारित यौगिकों ने डी. पी. पी.-4 कॉम्प्लेक्स के साथ प्रभावी ढंग से बातचीत की, लेकिन कम चयापचय अर्ध-जीवन से पीड़ित थे। यह पाया गया कि पायरिमिडिनेडियोन के साथ क्विनज़ोलिनोन को प्रतिस्थापित करते समय, चयापचय स्थिरता में वृद्धि हुई और परिणाम एलोग्लिप्टिन नामक एक शक्तिशाली, चयनात्मक, जैव उपलब्ध डी. पी. पी.-4 अवरोधक था। क्विनज़ोलिन आधारित यौगिकों ने संबंधित प्रोटीज, डी. पी. पी.-8 की तुलना में शक्तिशाली अवरोध और उत्कृष्ट चयनात्मकता दिखाई। हालांकि, ए-रिंग फिनाइल समूह के ऑक्सीकरण के कारण अल्प चयापचय अर्ध-जीवन समस्याग्रस्त था। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने एक फ्लोरिनयुक्त व्युत्पन्न बनाने की कोशिश की। व्युत्पन्न ने बेहतर चयापचय स्थिरता और डी. पी. पी.-4 एंजाइम के उत्कृष्ट अवरोध को दिखाया। हालाँकि, यह सीवाईपी 450 3ए4 को बाधित करने और एचईआरजी चैनल को अवरुद्ध करने के लिए भी पाया गया। इस समस्या का समाधान क्विनज़ोलिनोन को अन्य विषमकोशिकाओं के साथ बदलना था, लेकिन क्विनज़ोलिनोन को डी. पी. पी.-4 अवरोध के किसी भी नुकसान के बिना बदला जा सकता था। एलोग्लिप्टिन की खोज तब हुई जब क्विनज़ोलिनोन को पाइरिमिडिनेडियोन से बदल दिया गया। एलोग्लिप्टिन ने डी. पी. पी.-4 का उत्कृष्ट अवरोध और असाधारण चयनात्मकता दिखाई है, जो निकट से संबंधित सेरीन प्रोटीज डी. पी. पी.-8 और डी. पी. पी.-9 पर 10.000 गुना से अधिक है। इसके अलावा, यह सी. वाई. पी. 450 एंजाइमों को बाधित नहीं करता है और न ही 30 माइक्रोन तक की सांद्रता पर एच. ई. आर. जी. चैनल को अवरुद्ध करता है। इस डेटा के आधार पर, पूर्व नैदानिक मूल्यांकन के लिए एलोग्लिप्टिन को चुना गया था। जनवरी 2007 में एलोग्लिप्टिन तीसरे चरण के नैदानिक परीक्षण से गुजर रहा था और अक्टूबर 2008 में अमेरिकी खाद्य और औषधि प्रशासन द्वारा इसकी समीक्षा की जा रही थी। बी. आई. में लिनग्लिप्टिन शोधकर्ताओं ने पाया कि एक ब्यूटी-2-नाइल समूह का उपयोग करने से बी. आई.-1356 (चित्र 10) नामक एक शक्तिशाली उम्मीदवार उत्पन्न हुआ। 2008 में बी. आई.-1356 चरण III नैदानिक परीक्षणों से गुजर रहा था; इसे मई 2011 में लिनग्लिप्टिन के रूप में जारी किया गया था। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी से पता चला है कि ज़ैंथिन प्रकार डी. पी. पी.-4 कॉम्प्लेक्स को अन्य अवरोधकों की तुलना में अलग तरीके से बांधता हैः अमीनो समूह ग्लू205, ग्लू206 और टायर662 2 के साथ भी परस्पर क्रिया करता है। ब्यूटी-2-नाइल समूह एस1-पॉकेट 3 पर कब्जा कर लेता है। यूरेसिल समूह टायर 547 अवशेष 4 के साथ एक π-स्टैकिंग अंतःक्रिया से गुजरता है। क्विनज़ोलिन समूह टीआरपी629 अवशेष फार्माकोलॉजी के साथ एक π-स्टैकिंग अंतःक्रिया से गुजरता है सिटाग्लिप्टिन और विल्डाग्लिप्टिन के फार्माकोकाइनेटिक गुण उम्र, लिंग या बीएमआई से अप्रभावित दिखाई देते हैं। नैदानिक शोधों से पता चला है कि सिटाग्लिप्टिन और विल्डाग्लिप्टिन के दुष्प्रभाव नहीं होते हैं जो टाइप 2 मधुमेह उपचार का पालन करते हैं, जैसे। वजन बढ़ना और हाइपरग्लाइसेमिया, लेकिन, अन्य दुष्प्रभाव देखे गए हैं, जिनमें ऊपरी श्वसन पथ के संक्रमण, गले में खराश और दस्त शामिल हैं। डायपेप्टिडाइल पेप्टिडेस-4 डायपेप्टिडाइल पेप्टिडेस-4 अवरोधक लिनाग्लिप्टिन विल्डाग्लिप्टिन सिटाग्लिप्टिन सैक्साग्लिप्टिन बर्बेरिन टेनलिग्लिप्टिन गोसोग्लिप्टिन संदर्भ डायपेप्टिडाइल पेप्टिडेस-4 अवरोधक डायपेप्टिडाइल पेप्टिडेस-4 अवरोधक भी देखें।