索非布韦的研发历程

医药 来源:药渡 作者:嘤其鸣

丙型肝炎(简称丙肝)是由丙型肝炎病毒(HCV)感染引起的病毒性肝炎,全球有超过1.5亿人口感染HCV,我国也有1000万人感染丙肝。该病隐匿性强,感染者往往没有症状或者症状很轻,容易被患者忽视。但它会悄悄侵蚀人们的健康,逐步发展为肝硬化和肝癌。据报道,感染HCV后20年,肝硬化的发生率将近10~15%。每年大约有50万人因为丙肝及其并发症进行肝移植或死亡,因此丙肝也被称为“沉默的杀手”。

目前治疗丙肝的方案有两种:PR方案(聚乙二醇干扰素联合利巴韦林)和DAAs(直接抗病毒药物,direct-acting antivirals)。但PR方案有很明显的缺点,24至48周内注射聚乙二醇干扰素和服用抗病毒药物利巴韦林,但这种疗法费用昂贵且毒副作用强,总体治愈率为54%-56%,且用药时间长,给药不方便。而之后出现的DAAs方案的总体治愈率陡然提高到90%以上,有甚者能够达到100%的治愈率,且服用时间较短,大多为口服,用药方便,使丙肝成为可治愈的疾病。而本文所说的索非布韦(Sofosbuvir),正是DAAs药物之中的佼佼者,自索非布韦被美国FDA于2013年批准上市,即成为该年度获批的最重要的新药之一,并很快成为“重磅炸弹”。

索非布韦化学结构式

HCV的结构与DAAs药物

HCV属于单链正义RNA病毒,主要包含6种基因型。科学家经过大量研究发现,HCV的复制过程中涉及到3个重要的药物作用靶点:(1)NS3/4A蛋白酶——与HCV多聚蛋白转录后加工处理有关;(2)NS5B聚合酶——催化HCV RNA合成的关键酶;(3)NS5A蛋白——与形成复制复合物有关。NS3 /4A蛋白酶抑制剂包括特拉匹韦、波普瑞韦等药物,NS5A蛋白抑制剂包括达卡他韦、雷迪帕韦等。而索非布韦属于NS5B聚合酶抑制剂,与靶点结合后,可以终止病毒RNA复制,是消灭HCV的“终极绝招”。同时,该药也是首个无需联合干扰素治疗丙肝的药物,且对所有基因型HCV均有作用。

膜相关HCV的RNA复制的假设模型

潜在DAAs化合物的设计探索

索非布韦的发现起始于对HCV NS5B RNA依赖RNA聚合酶(HCV NS5B RNA dependent RNA polymerase,简称HCV NS5B RdRp)的研究。HCV NS5B RdRp对于HCV来说是及其重要的酶,而主导HCVNS5B RdRp的Gly317-Asp318-Asp319(GDD)是一种不变的精氨酸残基,且存在于所有HCV基因亚型中。核苷三磷酸(NTP)结合在GDD位点,使HCV RNA链延长。所以HCV NS5B RdRp是不可多得的活性靶点。

靶点有了,接下来就是要设计与靶点结合的抑制剂了。普遍的做法是设计核苷的类似物,所设计的化合物要注意两点:1.与RNA聚合酶脱靶造成的毒性的大小;2.化合物本身活性与是否参与体内核酸代谢。设计出不易脱靶、毒性小且活性高的化合物是DAAs药物的关键所在。

经过科学家的大量实验设计及积累的经验,他们筛选出尿苷的类似物作为潜在药物进行测试。由经验得出,在尿苷的C2′或C4′位的独特取代基会有明显的抗HCV活性。结果显示,作为尿苷类似物的PSI-6130(尿苷的C2′位由F原子与甲基取代原来的基团)显示出对HCV复制有高效的抑制作用。但不幸的是,临床I期试验结果表明,PSI-6130没有很好的药物动力学特征;而对另一个化合物PSI-6206来说,它具有很好的耐受性与高效抑制作用,但是它也有缺点——它的生物利用度太低了,只有25%。于是这两个化合物出局。

为了解决生物利用度与代谢问题,3′,5′-二异丁酸酯前药RG7128 (mericitabine)被设计出来,目的是促进化合物在肠道内的吸收与代谢。结果也确实表明mericitabine提高了药物动力学参数,临床试验也说明了该药具有一定的疗效。但是该药并不是最理想的药物,因为mericitabine药效一般、半衰期较短这些负面状况使其不能成长为一个好药。

RG7128的化学结构式

肝靶向核苷酸前药的设计探索

Mericitabine的药物半衰期较短,需要每日2次服药,而设计药效更强、长半衰期药物则更有利于患者的治疗。出于药物的安全性与高效性考虑,则保留C2′位由F原子与甲基。通过对PSI-6130的代谢产物的观测发现,单磷酸PSI-6130可以转化为三磷酸形式,三磷酸PSI-6130才是活性代谢物,令人惊奇的是,单磷酸PSI-6130也可以进一步转化为三磷酸PSI-6206,并且三磷酸PSI-6206有着很长的半衰期,活性也优于三磷酸PSI-6130。但是PSI-6206却无法转化为三磷酸PSI-6206。

PSI-6130的代谢途径与产物

这是一个重大的发现,说明单磷酸尿苷衍生物可能就是能成长为理想的DAAs药物。现在最大的问题是如何将单磷酸尿苷衍生物传递到体内。含磷酸基团的化合物对人体的吸收相当不友好,因为这类化合物都具有负电性。最终,科学家仍采用前药设计,通过丰富的经验与SAR研究,第一个前药PSI-7672被设计出来。之后,大量的衍生物也被合成,并总结出一些经验。对于R1与R2基团,甲基、异丙基、丁基与苯基是常用的取代基团,而R3基团的取代基大多为苯基及其衍生物。而进一步实验表明,R2位置由甲基取代较为合适,因为其他基团显示出了毒性反应,且是L构型。

对于R1与R3基团的确定也是颇费周折,科学家将候选化合物进行动物实验,只有编号10、11、16的化合物显示出在大鼠肝脏中具有高浓度的聚集,之后进行狗与猴子的实验。在后续实验中,化合物10与16因为毒性反应而被淘汰,而化合物11因良好的安全性、药物动力学参数与较长的半衰期保留下来,是一个高效HCV抑制剂,阻止病毒的复制。

候选化合物的结构式展示

之后,该化合物进行临床试验,I期试验显示出其具有良好的安全性与药物动力学参数,并且可以做到每日一次,病人的耐受程度也很高,是一个成功的药物。但是,对于化合物11来说,它并不是一个单体,而是具有不同手型的混合物。之后科学家发明手性合成方法,发现S构型的化合物才具有活性。S构型化合物就是索非布韦。索非布韦对HCV NS5B RdRp具有很强的抑制作用,其EC90= 0.42 μM,且对所有基因型HCV均有活性。

S构型化合物是索非布韦

小结

对于靶向HCV NS5B聚合酶的药物,索非布韦成功上市的唯一的药物。同时索非布韦也是第一个不需要联合使用干扰素的药物。成功研制的NS5B抑制剂,也是抗HCV的革命性疗法,它使丙肝治愈成为可能。

参考资料:

1.Sofosbuvir:A novel treatment option for chronic hepatitis C infection.

2.The discovery of sofosbuvir: a revolution for therapy of chronic hepatitis C.

3.Sofosbuvir:The Discovery of a Curative Therapy for the Treatment of Hepatitis C Virus.

4.Sofosbuvir:a novel oral agent for chronic hepatitis C.

5.Structures of hepatitis C virusnonstructural proteins required for replicase assembly and function.

6.https://www.drugbank.ca

来源:药渡   作者:嘤其鸣

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