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杰克说药丨治疗新冠病毒的主要蛋白酶抑制剂——蛋白酶抑制剂系列文章之5

临床研究

2022-10-27 来源 : 同写意

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这一系列的蛋白酶抑制剂包括五类：

●　治疗高血压的ACE抑制剂

●　治疗糖尿病的DPP-4抑制剂

●　治疗艾滋病的HIV蛋白酶抑制剂

●　治疗HCV的HCV NS3/4A丝氨酸蛋白酶抑制剂

●　治疗新冠肺炎的3CL蛋白酶抑制剂

今天，我们主要综述治疗新冠病毒的主要3CL蛋白酶抑制剂（M^pro^，CL代表类凝乳胰蛋白酶）。

3CL蛋白酶

蛋白酶就像生物剪刀，可以把蛋白质切成更小的片段。

在新冠病毒分子结构内部，其主蛋白酶（M^pro）负责多蛋白pp1a和pp1ab的多点位切割。生成的多蛋白片段是功能性的非结构蛋白，它们逐渐成熟，参与病毒复制机制，从而制造新的病毒。

这是病毒生命周期中最早的步骤之一。

M^pro可以控制病毒复制，也因此被认为是一个成功的靶点，拟开发以此为靶向的抗病毒药物。

M^pro是一种半胱氨酸蛋白酶，以Cys₁₄₅-His₄₁为特征，位于结构域I和结构域II之间的裂口的催化二元体。大多数的蛋白酶抑制剂都是通过与催化三元体相互作用发挥作用。^[1]

辉瑞的Paxlovid

早在2002年，为了发现治疗非典（SARS）的药物，辉瑞公司进行了基于荧光共振能量转移（FRET）的底物切割的筛选。PF-00835231（1）就被鉴定为重组非典病毒M^pro的有效抑制剂。

但由于非典迅速消失，辉瑞公司终止了该项目。

2020年新冠疫情爆发，药物再利用是找到对抗新冠病毒药物的最快方法。辉瑞公司制备了PF00835231（1）的磷酸前药PF-07304814（2）。尽管PF-07304814（2）是一种高效的M^pro抑制剂，但它生物利用度较低，必须静脉给药。后来，当口服M^pro抑制剂的生物利用度提高且发展前景十分明朗时，辉瑞停止了该药的临床试验。

PF-00835231（1）口服生物利用度较差的原因很明显：它有太多（五）个氢键供体，这大大地降低了药物被动渗透性吸收^[2]。辉瑞通过使用融合环丙基取代了PF-00835231（1）分子中间的亮氨酸部分，能够消除一个氢键供体，同时保持仿制药的抗病毒活性。

这是一个“老伎俩”，先灵葆雅的科学家曾在丙型肝炎抗病毒药物波普瑞韦中使用过。但拥有刚性结构也有其代价：这种药物失去了与主蛋白酶的谷氨酰胺的关键作用。

为了重新获得与谷氨酰胺的相互作用，辉瑞将吲哚部分转化为三氟乙酰胺，与其他同分异构体相比，三氟乙酰胺在渗透肠道屏障的测试中表现突出。此外，在分子尾部，辉瑞选择丁腈，通过消除PF00835231（1）上的另一个氢键供体，进一步增强了药物的口服吸收。

与原型药相比，少了两个氢键供体的Nirmatrelvir（3）在2020年7月被确定为口服临床候选药物。

如下图所示，它是一种可逆抑制剂，与M^pro的半胱氨酸残基在145位（Cys₁₄₅）形成共价键，形成加合物4。^[3]

研究人员还是觉得nirmatrelvir（3）的口服生物利用度仍然很低。

Nirmatrelvir（3）作为CYP34A肝药酶的底物，研究人员发现其与CYP34A抑制剂利托那韦联合使用，可大大提高其口服生物利用度，这种联合用药称为Paxlovid，于2021年2月开始第一阶段临床试验。并于2021年12月，获得FDA批准。从那时起，世界各地的患者都从这种药物中获益。

奇怪的是，Paxlovid有一个有趣的“Paxlovid反弹”效应。例如，拜登总统在新冠病毒检测呈阳性后服用了Paxlovid。几天后，他的检测结果呈阴性。但在连续几天检测呈阴性后，他第二次检测呈阳性。这显然是一个已知的风险，这表明无论是否服用Paxlovid，一些患者都会出现复阳。

盐野义的Ensitrelvir

辉瑞的Paxlovid是科学的胜利。它的成功建立在几十年的研制成果，包括HIV蛋白酶抑制剂和HCV NS3/4A丝氨酸蛋白酶抑制剂抗病毒药物的相关研制成果。

然而，nirmatrelvir（3）仍然属于类酶药，容易被酰胺酶和肽酶水解，这大大影响了其生物利用度。

而盐野义的M^pro抑制剂ensitrelvir（7）不是类酶药。Ensitrelvir（7）是一种非肽类和非共价药物，只需每天口服一次。而辉瑞的nirmatrelvir（3）必须与利托那韦合用，一天两次。

疫情爆发后，盐野义迅速根据其化合物库来设计药物结构，直至筛查到一种三嗪5。尽管三嗪5对M^pro不是很有效（IC₅₀= 7.8M），但此结构可使药品代谢更稳定，提高口服生物利用度，清除率更低。

结构经过快速优化得到了三嗪6，其中P1′六-氯代-二-甲基-2H-吲唑基取代了原来的二氟甲基-苯醚。在保持良好的DMPK的同时，这种修饰使该酶抑制剂的活性提高了90倍。最终，盐野义用三唑取代了P1′区域的酰胺，产生了ensitrelvir（Xocova，7）。^[4]

由于仍存在一些安全问题，近日日本当局还未批准ensitrelvir （Xocova，7）上市。

可以想象，有多少制药公司正在研究更好的抑制剂。但随着新冠疫情大势逐渐平息，研究还会继续么？

参考文献：

1.Zhuo, Lin-Sheng; et al. Insights into SARS‑CoV‑2: Medicinal Chemistry Approaches to Combat Its Structural and Functional Biology. Topics in Current Chemistry (2021),

2.379(3), 23.

3.Halford, Bethany How Pfizer scientists transformed an old drug lead into an oral COVID-19 antiviral. ACS Cent. Sci. 2022, 8, 405−407.

4.Owen, Dafydd R.; et al. An oral SARS-CoV-2 Mpro inhibitor clinical candidate for the treatment of COVID-19. Science (2021), 374(6575), 1586-1593.