从索非布韦的成功谈新药创制

用脂肪醇、（ 取 代 的） 苯 酚 或 萘 酚 制 成 磷 酯 试 验，表明以苯酚酯呈现的活性最好。
利用肝细胞中含有组氨酸三元体核苷结合蛋白 （ HINT1） 具有水解核苷酸磷酰胺键的功能（ 例如可将 AMP-Lys 或 AMP-Ala 水解成 AMP 和 Lys 或 Ala） ，而 且含磷酰胺键药物的化学稳定性强，经消化道吸收 后进入肝脏，可被肝细胞 HINT1 水解 P-N 键释放出 一磷酸尿苷，因而成为肝靶向的治疗药［1］。
这样，由于预构了一磷酸基，引发出苯酯、天然 丙氨酸的磷酰胺化和丙氨酸的异丙酯化。这种多重 的前药修饰是否有利于肝脏内活化，需要证明。 2． 3 索非布韦的活化机制 经实验研究，索非布韦 多层次的活化过程证明如下：
① 在肝脏酯酶或羧肽酶的作用下丙氨酸的异 丙酯被水解，生成游离羧酸和异丙醇。
② 在生理 pH 7． 4 环境下羧基离解为负离子， 自动地进攻磷酰基，苯氧基携带负电荷离去（ 释出 苯酚） ，磷酰氨基丙酸环合成“混酐”。
图 2 索非布韦的活化过程
3 一磷酸核苷的磷酰胺酯化是既有的平台技术 Protide 方法
索非布韦借助磷酰胺酯将核苷药物制成前药， 其实核苷分子用磷酰胺酯结构模块修饰早有报道。 1991 年英国 Cardiff 大学 McGuigan 团队报道了将氟 代脱氧胸苷（ FDT） 连接磷酰胺酯合成的化合物 2 提 高了 抗 HIV 病 毒 的 活 性［4］。 随 后 将 齐 多 夫 定
一些致病菌例如结核杆菌合成 DNA 时，需要有 依赖于黄素的胸苷酸合成酶 X 参与，而哺乳动物没 有这个酶。核苷类抑制剂（ 11） 经磷酰胺酯修饰的 前药（ 12） ，提高了抗菌活性［9］。
4 启示 4． 1 前药在靶细胞中特异性转化为活性形式 药物
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激酶催 化 磷 酸 化 （ 而 一 磷 酸 尿 苷 可 被 二、三 磷 酸 化） ； 胞苷（ 类似物） 可一磷酸化，却在细胞内容易发 生氧化脱氨成尿苷，降低了活性。索非布韦在戊糖 的 5' 位预构了一磷酸基，“跳过”了限速步骤。碱基 为尿嘧啶，避免了代谢失活，又仍可三磷酸化，所以， 以核心部分（ 2'-F-2'-CH3 -尿苷） 为起点，预构了克服 慢速生化反应和提高代谢稳定性结构因素。图 1 示 意了胸苷和尿苷类似物的磷酸化过程。
1923 中国新药杂志 2015 年第 24 卷第 17 期
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对 HCV 具有弱抑制活性的甲基鸟苷（ 7） 制成
鸟苷磷酰胺酯（ 8） 活性提高了两个数量级［7］。
ProTide 策 略 应 用 于 抗 肿 瘤 药 物，Slysarczyk 等［8］将容易发生耐药的吉西他滨 （ 9，gemcitabine） 分子中加入 ProTide 化学装置，化合物 10 显示强效 体外活性，而且不像吉西他滨依赖脱氧腺苷激酶的 活化，也不需要核苷转运蛋白的辅助 （ 前药的过膜 机制是被动扩散） ，此外，化合物 10 也不被胞苷脱 氨酶代谢降解。动物实验对移植的胰腺癌可显著缩 小肿瘤体积。化合物 10 现处于 II 期临床研究。
［关键词］ 索非布韦； 前药； 颠覆性创新 ［中图分类号］ Ｒ95 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1003 － 3734（ 2015） 17 － 1921 － 05
The success of sofosbuvir： a reflection on drug innovation
GUO Ying，GUO Zong-ru （ Institiute of Materia Medica，Chinese Academy of Medical Sciences，
Peking Union Medical College，Beijing 100050，China）
［Abstract］ Sofosbuvir，a nucleotide analog targeting ＲNA polymerase for HCV infection treatment，has achieved an enormous therapeutic and financial success since being on market in 2013． As an oral drug，sofosbuvir showed an efficacy rate of up to 90% in HCV infected patients with minor side effects and a low risk of resistance development． This article dissects the design and development strategies of sofosbuvir to illuminate its features as an liver-targeted anti-viral prodrug． The development of sofosbuvir not only provides a disruptive innovation for HCV treatment，but also an instructive mode of thinking for novel drug development．
HINT1 可水解一磷酸核苷-氨基酸的 P-N 键，用 天然氨基酸制成磷酰胺前药，既可被 HINT1 催化水 解，释出的天然氨基酸又不会产生不良反应。然而连
接了氨基酸又带进一个羧基，出现了新的负电荷，羧 基经酯化以有利于吸收。经不同的氨基酸和脂肪醇的 反复实验，确定丙氨酸的异丙酯为最佳前药片段［2］。
③ 水分子进攻磷酰基，磷酰胺环打开。 ④ HINT1 催化水解磷酰胺键，释出丙氨酸，生 成一磷酸尿苷类似物。 ⑤ 一磷酸尿苷类似物经二和三磷酸化，成为活 化形式，抑制 HCV 的 ＲNA 聚合酶［3］。图 2 是上述 的反应历程。
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Chinese Journal of New Drugs 2015,24(17)
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（ t1/2 ） 为 27 h。po，qd，每次 400 mg。这样一组良好 的物理化学和主要药动学数据，提示研发者在构建 和优化分子结构的过程中，对成药性和代谢活化的 抑酶活性进行了精心的研究。 2． 1 预构 5' 位一磷酸酯绕开核苷一磷酸化的限速 反应 核苷类药物起效必须经三磷酸化成活化形 式，在细胞内经不同的激酶依次一、二和三磷酸化， 其中一磷酸化是限速步骤，而且尿嘧啶核苷不能被
McGuigan 研究组遂将核苷类化合物磷酰胺酯化 技术称作 ProTide 方法（ ProTide Approach） ，对各个治 疗领域应用的核苷经一磷酸化后修饰成磷酰胺酯。
这个平台技术用于抗 HCV 药物研究，将体外无活性 的 5'-叠氮腺苷（ 5，EC50 ＞ 100 μmol·L －1 ） 磷酰胺酯化 成前药（ 6） ，活性提高到 EC50 = 0． 22 μmol·L － 。 1［1］
图 1 胸苷和尿苷类似物的磷酸化过程
2． 2 磷酰胺酯掩蔽磷酸的负电荷 一磷酸尿苷类 似物绕过了限速反应步骤，但带来新的问题，即分子 中磷酸基存在两个负电荷，这不利于过膜吸收。为 此，用前药的形式暂时性掩蔽电荷，形成中性分子以 利于吸收。该掩蔽作用不能过于牢固，也须要有稳 定性，最好是在靶组织（ 肝脏） 中特异性地复原呈一 磷酸尿苷类似物。为此将两个负电荷分别用形成酯 和磷酰胺作暂时性掩蔽。
在体内的吸收分布代谢排泄（ ADME） 是个复杂过程， 其中重要而且最难驾驭的环节是体内分布，基于靶标 设计的药物临床适应症往往是“打哪儿指哪儿”，难以 做到“指哪儿打哪儿”，例如许多抗肿瘤药如是。
肝脏是口服药物吸收后的首站，利用肝细胞中 特异或非特异性蛋白激活前药是设计肝靶向药物的 策略之一。索非布韦利用前述的 HINT1 蛋白催化 水解磷酰胺键，在肝细胞中生成一磷酸物，并且在肝 细胞内三磷酸化而活化，就地抑制感染细胞中 HCV 病毒的 ＲNA 聚合酶，因而提高了选择性作用，减少 了不良反应。磷酰胺键的化学和代谢稳定性显著强 于磷酯键，例如口服治疗乙肝药物阿德福韦酯（ adefovir dipivoxil） 是膦酸二酯型前药，血浆内容易被酯 酶水解，而磷酰胺酯型的索非布韦则稳定性高。 4． 2 掩蔽负电荷的载体丙氨酸、异丙醇和苯酚未见 不良反应 前药索非布韦在肝脏活化相继释放出异 丙醇、L-丙氨酸和苯酚，虽然文献报道苯酚可经葡醛 酸苷化和 CYP 氧化代谢成对苯二酚，但动物和人体 未见与此相关的不良反应。 4． 3 核苷的活性是核心，前药的修饰目的是成药 性，索非布韦实现了二者的最佳匹配 在研发索非 布韦之前或同时，许多核苷类药物应用 ProTide 技术 制成磷酰胺酯前药，但都没有获得如此之成功，目前 只有索非布韦可认为是核苷的结构与 ProTide 化学 元件的组装达到了完美程度。当初公司决策层以天 价收购只有 80 多员工的 Phamasset 公司，是因为看 中了正处于临床研究的索非布韦，或许他们看懂看 透了索非布韦的化学结构，也深刻理解这个前药分 子在体内的过程和与 ＲNA 聚合酶的相互作用，但未 必能预料到如今几乎对丙肝达到治愈的成功程度。 因为自建立 ProTide 技术平台近 20 年来，有许多核 苷类药物进行了探索，上市的目前只有索非布韦，也 说明存在一定的运气。
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·新药述评与论坛·
从索非布韦的成功谈新药创制
郭 颖，郭宗儒 （ 中国医学科学院 北京协和医学院药物研究所，北京 100050）
［摘要］ 抗丙肝药物索非布韦上市以来获得了巨大的成功，口服用药几乎可达到治愈的效果。从化学 结构的构建和研发路径分析了索非布韦作为肝靶向前药的作用特点，这个首创甚至是颠覆性的发明，引发出 对新药创制的某些联想。
clatasvir 失去了 FDA 的“突破性药物”资格，使其他 抗丙肝药物黯然失色。笔者拟从索非布韦的化学结 构分析这个颠覆性药物的特征和引发的联想。
2 结构分析 索非布韦是尿嘧啶核苷类似物的前药，分子式
C22 H29 FN3 O9 P，相对分子质量 529． 45，溶解度 0． 824 mg·mL － 1 ，log P 1． 63，极性表面积（ PSA） 152． 72 。 口服生物 利 用 度 （ F） 为 92% ，血 浆 蛋 白 结 合 率 为 62% ～ 65% ，半 衰 期 （ t1/2 ） 为 0． 4 h，活 性 代 谢 物
［作者简介］ 郭颖，女，研究员，博士生导师，主要从事抗感染药物药 理研究。联系电话： （ 010） 63161716，E-mail： yingguo6@ imm． ac． cn。 ຫໍສະໝຸດ Baidu通讯作者］ 郭宗儒，男，研究员，博士生导师，主要从事药物化学研 究。联系电话： （ 010） 63165249，E-mail： zrguo@ imm． ac． cn。
（ zidovidine） 制成化合物 3，Ｒ 代表不同的天然氨基 酸 取 代 基 ，细 胞 实 验 表 明 活 性 显 著 强 于 齐 多 夫 定 ， 而且对缺乏 胸 苷 激 酶 的 耐 药 株 有 效，提 示 预 构 的 一磷 酸 基 的 有 效 性［5］。同 样，司 他 夫 定 （ stavudine） 的磷酰胺酯前药 4 对感染 HIV 细胞的抑制活 性 ，特 别 是 缺 少 腺 苷 激 酶 的 细 胞 ，活 性 显 著 强 于 原 药司他夫定［6］。
［Key words］ sofosbuvir； prodrug； disruptive innovation
1 引言 2013 年 12 月 FDA 批准美国吉利德科学公司
（ Gilead Sciences） 研发的口服治疗丙肝（ HCV） 药物 索非布韦（ 1，sofosbuvir） 上市，成为该年度获批的最 重要的新药之一，并很快证明为全球重磅药物。索 非布韦的抗 HCV 病毒作用是抑制 NS5B ＲNA 聚合 酶，阻止病毒的 ＲNA 链复制，而且对多种 HCV 基因 型有 治 疗 效 果，特 别 是 基 因 1 型，单 独 应 用 或 与 NS5A 蛋白 酶 抑 制 剂 如 雷 迪 帕 韦 （ ledipasvir） 合 用 （ 制剂的商品名为 Harvoni） ，丙肝患者服用 12 周持 续病毒学应答率达到 95% 以上，临床效果显著，以 至 于 默 克 的 grazoprevir / elbasvir 和 施 贵 宝 的 da-