艾日布林——國內(nèi)藥企零申報，化藥合成界的珠穆朗瑪峰

       在我們這些化學(xué)家看來，大自然真的是很神奇。

       很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物具有很好的藥理活性，人們也一直希望模擬大自然的神奇力量來合成這些化合物。但對于化學(xué)家而言，由于這些化合物的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，人工合成往往異常困難。

       上世紀(jì)六十年代，美國化學(xué)家從太平洋杉的樹皮和木材中分離得到了紫杉醇粗提物。但由于太平洋杉中紫杉醇的含量極低，大約需要砍伐6棵樹才能得到500毫克紫杉醇，這也就意味著單單是進(jìn)行藥物實驗就要砍掉數(shù)百棵大樹。這確實算不上一種高效的辦法，因此化學(xué)家們開始研究紫杉醇的全合成。但全合成策略的成功依然不足以支撐紫杉醇的藥物研發(fā)及后續(xù)的商業(yè)化生產(chǎn)。

       而半合成策略的出現(xiàn)使得紫杉醇的商業(yè)化成為可能。1992年，Robert Holton實驗室從10-DAB出發(fā)，設(shè)計了一條4步合成得到紫杉醇的工藝路線。1994年，百時美施貴寶基于該合成路線成功實現(xiàn)了紫杉醇的商業(yè)化生產(chǎn)，而紫杉醇也迅速很快成為一款重磅藥物。

       紫杉醇無疑是幸運(yùn)的，但并不是每一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物都有著紫杉醇一樣的命運(yùn)。即使是到了現(xiàn)在，化學(xué)合成依然是制約一些藥效出眾的藥物商業(yè)化生產(chǎn)的主要因素。

       海洋的饋贈

       1986 年，日本科學(xué)家Hirata和Uemura從海綿 Halichondria okadai中分離出了一種只包含C、H、O原子的聚醚大環(huán)內(nèi)脂類化合物。他們把這種結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的天然產(chǎn)物命名為軟海綿素B（Halichondrin B）。

       美國國家癌癥研究所基于60個癌細(xì)胞系對軟海綿素B的活性進(jìn)行了系統(tǒng)評價，發(fā)現(xiàn)軟海綿素B具有極強(qiáng)的體外抗腫瘤活性。同時研究人員也發(fā)現(xiàn)軟海綿素B的抗細(xì)胞增殖作用機(jī)制與抗微管蛋白類藥物類似，但其生化機(jī)制卻有些許不同。軟海綿素B同樣能夠抑制微管蛋白的解聚作用，但結(jié)合位點(diǎn)和作用機(jī)制卻和其他抑制劑有明顯差異。

       由于軟海綿素B極強(qiáng)的抗腫瘤活性以及獨(dú)特的作用機(jī)制，該化合物迅速引起了學(xué)術(shù)界和制藥公司的關(guān)注。不過軟海綿素B作為天然產(chǎn)物從自然界中提取獲得的樣品量極為有限，1噸海綿只能提取大約400 mg的軟海綿素B，而僅臨床開發(fā)就需要至少10 g。這嚴(yán)重制約了這個藥物的開發(fā)，當(dāng)時的科學(xué)家很快就想到了通過全合成來解決軟海綿素B產(chǎn)量不足的問題。

       但軟海綿素B的全合成同樣極其困難，因為軟海綿素B的分子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包含32個手性中心，這也就意味著軟海綿素B有超過40億個異構(gòu)體。如此多的手性中心對合成路線設(shè)計、合成過程中的手性控制以及反應(yīng)之后的純化過程帶來了非常大的障礙。

       盡管面臨著重重困難，哈佛大學(xué)的Yoshito Kishi實驗室還是接受了這一挑戰(zhàn)。該實驗室采用匯聚合成策略，將軟海綿素B分解成四個片段，之后再連接成目標(biāo)分子。1992年，他們首次報道了軟海綿素B的全合成策略。

       雖然Kishi實驗室實現(xiàn)了軟海綿素B的全合成，而且之后一些實驗室也對軟海綿素B的全合成策略進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。但很明顯，由于合成難度大、成本過高，他們依然很難基于該合成策略進(jìn)行軟海綿素B的后續(xù)研發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)。

       但實際上當(dāng)時報道的軟海綿素B全合成路線有一個很大的優(yōu)勢，那就是所采用的匯聚合成策略允許對每一個片段進(jìn)行修飾，從而對該化合物構(gòu)效關(guān)系的研究產(chǎn)生了重要的推動作用。

       因此Kishi實驗室開始與衛(wèi)材的藥物化學(xué)家合作，基于之前的全合成策略對軟海綿素B的化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行衍生化，以此來尋找軟海綿素B的藥效團(tuán)，研究其構(gòu)效關(guān)系。

       從藥物化學(xué)的角度來看，軟海綿素B大環(huán)內(nèi)酯片段相比聚醚片段更有可能成為其抗癌活性的載體，因為大環(huán)內(nèi)酯片段的功能基更為多樣，而聚醚片段的結(jié)構(gòu)卻較為簡單。這也就提示軟海綿素結(jié)構(gòu)的簡化可能不會明顯影響其抗腫瘤活性。

       而之后藥物化學(xué)家也證實了去除大部分聚醚片段依然能夠維持該類化合物的抗腫瘤活性。很顯然，在去除大部分聚醚片段之后，能夠很大程度上降低化合物的分子尺寸。在經(jīng)過一系列的結(jié)構(gòu)修飾之后，藥物化學(xué)家最終得到了比軟海綿素B分子尺寸更小、合成難度更低、成藥性更好的化合物艾日布林。

       III期臨床試驗 (Study 305) 顯示，艾日布林相比對照組能夠有效延長轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者患者的總生存期 (13.2 vs 10.6 個月)，客觀應(yīng)答率為11%，中位響應(yīng)時間為4.2個月。2010年11月15日，F(xiàn)DA批準(zhǔn)艾日布林用于治療治療已經(jīng)接受過至少2種轉(zhuǎn)移性疾病化療方案的轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者 (化療方案應(yīng)包括蒽環(huán)類或紫杉醇類藥物)。

       最近幾年，國內(nèi)的乳腺癌發(fā)病率逐年升高。盡管乳腺癌篩查有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)，但依然有大約10%的患者在確診時就已經(jīng)患有局部晚期或者轉(zhuǎn)移性乳腺癌。

       轉(zhuǎn)移性乳腺癌的治療并不容易，除了原位癌的手術(shù)以及輔助放療，大部分病人還會接受多線化療、激素治療或者靶向藥物治療。治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌的化療藥物一般可以分為幾種類型：微管抑制劑 (紫杉烷類，長春堿類以及埃博霉素類)，蒽環(huán)類藥物，以及吉西他濱，氟尿嘧啶等抗代謝藥物。

       對于轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者來說，盡管這些化療藥物一開始的時候能夠產(chǎn)生一定的治療效果，但患者通常會對化療藥物產(chǎn)生耐藥。因此艾日布林這種新的、非紫杉烷類的微管抑制劑的出現(xiàn)將會為這部分患者的治療提供新的可能。

       除了轉(zhuǎn)移性乳腺癌，艾日布林也對脂肪肉瘤的治療產(chǎn)生了很大影響。在一項招募了143名脂肪肉瘤患者的臨床試驗中，相比達(dá)卡巴嗪，艾日布林能夠顯著延長患者的中位生存期 (15.6 vs 8.4 個月) 以及中位無進(jìn)展生存期 (2.9 vs 1.7個月)。2016年1月28日，F(xiàn)DA批準(zhǔn)艾日布林用于先前經(jīng)過蒽環(huán)類方案治療的晚期或轉(zhuǎn)移性脂肪肉瘤患者的治療。

       雖然艾日布林的化合物專利將于2019年6月19日到期，但放眼全球，開發(fā)艾日布林原料藥或制劑的仿制藥企業(yè)屈指可數(shù)，最主要的原因是艾日布林的工業(yè)化生產(chǎn)極其困難。

       化藥合成界的珠穆朗瑪峰

       相比軟海綿素B，盡管經(jīng)過改造之后的艾日布林的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被極大簡化，但分子結(jié)構(gòu)中依然含有19個手性中心，合成非常困難。事實上，截至目前艾日布林依然被工業(yè)界視為采用純化學(xué)合成方法生產(chǎn)的，結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的非肽類藥物，堪稱化藥合成界的珠穆朗瑪峰。

       早期藥物研究階段需要的化合物樣品量不多，在這個階段需要克服的困難是合成策略的可行性。由于艾日布林結(jié)構(gòu)中的大環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)框架與軟海綿素B的大環(huán)內(nèi)酯片段相同，因此艾日布林最初的合成策略完全是基于軟海綿素B的全合成策略。Kishi實驗室以及衛(wèi)材的藥物化學(xué)家的共同努力，通過62步反應(yīng)成功地在成本可控的情況下對艾日布林進(jìn)行了放大合成，使艾日布林順利地推進(jìn)至臨床研究。

       盡管最初的合成策略能夠滿足早期研究的需求，但該合成方案卻無法將化合物合成放大至克級別。由于臨床前毒理學(xué)評價對于樣品量的需求較大，因此在第二代的艾日布林合成策略中，藥物化學(xué)家對產(chǎn)率較低的關(guān)鍵偶聯(lián)反應(yīng)步驟進(jìn)行優(yōu)化，使全合成的總收率達(dá)到了17%，最終使艾日布林的全合成首次達(dá)到了克級別，從而保證了臨床研究用藥的需求。

       盡管第二代的艾日布林合成策略滿足了臨床研究用藥的需求，但如果要進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)依然需要對合成方案進(jìn)行優(yōu)化。在這個過程中需要解決的問題很多，比如如何減少色譜純化步驟，如何優(yōu)化關(guān)鍵反應(yīng)的溶劑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間，從而更加高效地進(jìn)行放大合成。而且由于艾日布林結(jié)構(gòu)中的手性中心數(shù)量非常多，合成過程中的手性中心控制，手性異構(gòu)體的定性定量分析都不是容易解決的問題。

       從國內(nèi)的注冊申報情況來看，僅有衛(wèi)材的原研藥提交注冊，尚無任何一家國內(nèi)藥企的仿制藥申報。但據(jù)筆者所知，目前全球范圍內(nèi)攻克艾日布林合成和工業(yè)生產(chǎn)難題的企業(yè)僅有恒瑞醫(yī)藥、博瑞生物醫(yī)藥等極少數(shù)的幾家公司。

       從軟海綿素B的全合成，到結(jié)構(gòu)改造得到艾日布林，再到艾日布林的工業(yè)化生產(chǎn)，學(xué)術(shù)界以及制藥公司的科學(xué)家通過20多年的探索才將來源于海洋的天然產(chǎn)物變成了能夠治療癌癥的藥物。

       艾日布林的成功上市體現(xiàn)了制藥公司化學(xué)合成以及工業(yè)化生產(chǎn)所能夠達(dá)到的新高度，也是一家制藥企業(yè)技術(shù)能力和研發(fā)實力的絕對體現(xiàn)。在衛(wèi)材之后，國內(nèi)有哪家企業(yè)能夠成功完成艾日布林的工業(yè)化生產(chǎn)，攀上化藥合成界的珠穆朗瑪峰？請大家拭目以待。