曲貝替定：來(lái)源于海洋的抗腫瘤藥物

       上世紀(jì)八十年代末，Brian Bingham還在讀博士。他每個(gè)月都會(huì)背起行囊前往佛羅里達(dá)群島。在那些環(huán)繞在小島四周的紅樹(shù)林里，有著這位海洋生物學(xué)家一直在研究的海洋生物海鞘 (sea squirts)，而這里也是研究海鞘的地方。

       海鞘能夠在海水中搖曳的紅樹(shù)林根系上繁殖、生長(zhǎng)。Bingham小心地將樹(shù)木的根系根系用熒光粉色的帶子系好進(jìn)行標(biāo)記，以便他下一次來(lái)的時(shí)候他依然可以找到他們。他每個(gè)月都會(huì)對(duì)樹(shù)木的根系進(jìn)行拍照，記錄該區(qū)域海鞘群體的變化。

       然而有一天，當(dāng)Bingham將小船?？吭诎哆厱r(shí)，他發(fā)現(xiàn)一群潛水員正忙著打撈海鞘，將它們裝進(jìn)袋子里。

       Bingham覺(jué)得很疑惑，當(dāng)時(shí)知道加勒比海鞘 (Ecteinascidia turbinate)這種生物的人并不多，為何現(xiàn)在會(huì)有這么多人開(kāi)始在紅樹(shù)林里搜集這種海鞘呢？

       曲貝替定的誕生

       上世紀(jì)五六十年代，美國(guó)國(guó)家癌癥研究所進(jìn)行了一系列的篩選項(xiàng)目，對(duì)植物以及海洋生物的生物活性進(jìn)行篩選，而加勒比海鞘提取物的生物活性篩選也是該項(xiàng)目的一部分。

       1969年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)加勒比海鞘的乙醇粗提物具有抗腫瘤活性。但由于當(dāng)時(shí)條件的限制，海鞘素(ecteinascidins)的分離和結(jié)構(gòu)鑒定還要等到很多年之后才完成。

       1990年，伊利諾伊大學(xué)的KL Rinehart實(shí)驗(yàn)室從加勒比海鞘中分離出了六種海鞘素，而其中一種海鞘素曲貝替定的提取產(chǎn)率(0.0001%)。

       曲貝替定

       后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)曲貝替定作用機(jī)制比較獨(dú)特。與紫杉醇以及艾日布林抑制微管的作用機(jī)制不同，曲貝替定能夠通過(guò)結(jié)合DNA來(lái)阻止細(xì)胞分裂：兩個(gè)稠合的四氫異喹啉環(huán)能夠與DNA小溝的特定序列產(chǎn)生相互作用并與之產(chǎn)生共價(jià)結(jié)合，使DNA的雙螺旋產(chǎn)生異常，并干擾TC-NER系統(tǒng)中XPG蛋白的正常功能，從而誘發(fā)DNA雙鏈斷裂并導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

       曲貝替定與DNA-XPG復(fù)合物結(jié)合

       西班牙制藥公司PharmaMar大約在1994年從伊利諾伊大學(xué)購(gòu)買了曲貝替定的專利權(quán)。之后他們開(kāi)始嘗試從養(yǎng)殖的海鞘中提取曲貝替定。PharmaMar養(yǎng)殖了250噸的加勒比海鞘，但由于分離純化過(guò)程復(fù)雜，這種提取方法的產(chǎn)率極低，每噸加勒比海鞘中只能提取不到一克的曲貝替定。

       雖然產(chǎn)率極低，但臨床前研究所需的曲貝替定并不多，因此從養(yǎng)殖的海鞘中提取曲貝替定也能夠滿足當(dāng)時(shí)的需求。然而在1997年，由于PharmaMar決定將曲貝替定推進(jìn)至臨床研究，他們必須進(jìn)行更大規(guī)模的海鞘養(yǎng)殖才能保證足夠的化合物供應(yīng)。

       與此同時(shí)，Rinehart也在考慮如何進(jìn)行化合物的全合成，因此他請(qǐng)求哈佛大學(xué)的化學(xué)家E. J. Corey幫忙。

       曲貝替定除了作用機(jī)制比較獨(dú)特之外，其復(fù)雜的三圍分子結(jié)構(gòu)也一直讓化學(xué)家們非常著迷。1994年Corey讓他實(shí)驗(yàn)室的博士后David Gin嘗試進(jìn)行全合成研究。兩年之后，Gin完成了這項(xiàng)工作。

       Corey曾經(jīng)說(shuō)曲貝替定全合成的成功是一次壯舉，而這項(xiàng)研究也使Gin在學(xué)術(shù)領(lǐng)域獲得了無(wú)限榮耀。

       該全合成策略1996年在JACS上發(fā)表。該合成路線將曲貝替定的化學(xué)結(jié)構(gòu)分成四個(gè)片段，并利用曼尼希反應(yīng)來(lái)構(gòu)建該化合物的骨架結(jié)構(gòu)。全部合成路線包括36步，總收率為0.72%。

       曲貝替定逆合成路線分析

       之后哈佛大學(xué)將全合成相關(guān)專利賣給了PharmaMar。對(duì)于PharmaMar來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有全合成的成功后續(xù)的臨床開(kāi)發(fā)將會(huì)變得極其困難。

       臨床前動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)顯示曲貝替定具有廣泛的抗腫瘤活性，盡管如此，研究人員當(dāng)時(shí)也并沒(méi)有在臨床前研究階段發(fā)現(xiàn)軟組織肉瘤對(duì)曲貝替定的敏感性。而在臨床I期研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)軟組織肉瘤患者在使用曲貝替定之后能夠產(chǎn)生應(yīng)答或者疾病穩(wěn)定，臨床II期研究也再一次確證了曲貝替定對(duì)于軟組織肉瘤治療的有效性。

       但到了III期臨床研究的時(shí)候，PharmaMar再一次面臨了來(lái)自于化合物供應(yīng)的壓力。雖然Coley實(shí)驗(yàn)室所提供的全合成路線能夠提供足夠的藥物以完成早期的臨床開(kāi)發(fā)，但該合成路線難以放大，即使是供應(yīng)III期臨床的需求也很困難，更不用提產(chǎn)品上市之后的工業(yè)化生產(chǎn)。因此當(dāng)時(shí)的PharmaMar不得不去尋找其他藥物合成方案。

       1999年，PharmaMar的科學(xué)家Carmen Cuevas團(tuán)隊(duì)找到了一種高效的化合物合成方案。他們使用熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）的生物發(fā)酵生產(chǎn)抗生素safracin B，該分子擁有與海鞘素類似的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。

       使用safracin B為起始原料能夠很大程度上簡(jiǎn)化Corey合成路線。從safracin B出發(fā)，經(jīng)過(guò)21步反應(yīng)即可得到最終的產(chǎn)物曲貝替定，總收率為0.96%。

       艱難的工業(yè)化生產(chǎn)

       基于safracin B的半合成策略暫時(shí)解決了曲貝替定的放大合成過(guò)程中所遇到的障礙，為產(chǎn)品上市鋪平了道路。

       2007年曲貝替定 (Yondelis)獲得歐盟批準(zhǔn)用于治療軟組織肉瘤。軟組織肉瘤發(fā)病率大約為1.28/10萬(wàn)-1.72/10萬(wàn)，占成人全部惡性腫瘤的0.73％- 0.81％，占小于15歲的兒童全部惡性腫瘤的6.5％。

       外科手術(shù)是軟組織肉瘤唯一可獲得根治的，最重要的治療手段，但依然有為數(shù)眾多的肉瘤患者需要進(jìn)行化療。比如病理高級(jí)別的軟組織肉瘤患者，初診時(shí)10％已發(fā)生了轉(zhuǎn)移，而且即使腫瘤局部控制良好，術(shù)后仍有40％ - 50％的患者會(huì)出現(xiàn)局部復(fù)發(fā)，大于50％的患者會(huì)發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

       曲貝替定的上市為那些蒽環(huán)類和IFO藥物治療失敗的患者，以及不適合這些藥物治療的晚期軟組織肉瘤患者提供了新的治療選擇。

       2015年，曲貝替定獲得了FDA批準(zhǔn)上市，用于接受過(guò)蒽環(huán)類藥物治療的患有不可切除或轉(zhuǎn)移脂肪肉瘤或平滑肌肉瘤患者的治療。除了軟組織肉瘤，曲貝替定也在歐洲，加拿大等地區(qū)獲得了監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)用于治療鉑類藥物敏感的復(fù)發(fā)性卵巢癌。

       盡管Cuevas團(tuán)隊(duì)在曲貝替定上市之前通過(guò)半合成策略暫時(shí)解決了產(chǎn)品放大合成的問(wèn)題，但在產(chǎn)品上市之后曲貝替定的工業(yè)化生產(chǎn)依然面臨很多障礙，依然存在包括質(zhì)量控制在內(nèi)的諸多尚未完善解決的技術(shù)難點(diǎn)。這也是導(dǎo)致曲貝替定上市之后其全年產(chǎn)量仍然維持在很低水平的重要原因。

       除此之外，safracin B的發(fā)酵單位低，產(chǎn)品本身穩(wěn)定性差，每噸發(fā)酵液只能提取數(shù)百克的safracin B，而且后續(xù)的半合成反應(yīng)路線仍然超過(guò)20步，總體合成收率低于1%，因此該半合成策略也同樣存在很大的優(yōu)化空間。如何提高總收率，縮短反應(yīng)路線，減少保護(hù)基以及n-Bu3SnH等有毒試劑的使用仍然是工業(yè)化生產(chǎn)探索過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。

       曲貝替定的專利早已過(guò)期 (WO1987007610)。其實(shí)無(wú)論是軟組織肉瘤還是卵巢癌，曲貝替定在全球范圍內(nèi)都有著很大的市場(chǎng)。但對(duì)于這樣一種化學(xué)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的藥物而言，即使是原研公司工業(yè)化生產(chǎn)都仍然存在諸多障礙，因此有能力克服重重困難，完成藥物工業(yè)化生產(chǎn)的制藥公司并不多。

       博瑞生物醫(yī)藥是全球范圍內(nèi)極少數(shù)的幾家在該領(lǐng)域進(jìn)行探索并克服工業(yè)化生產(chǎn)障礙的制藥公司，并將于近期遞交曲貝替定的DMF (drug master file)。

       很多來(lái)源于海洋的天然產(chǎn)物具有非常新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的藥理作用機(jī)制，但通過(guò)天然產(chǎn)物的提取分離來(lái)獲得用于藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程所需的化合物往往非常低效。對(duì)于這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物而言，化合物的全合成或半合成很有可能成為制約相關(guān)藥物研發(fā)的一個(gè)很關(guān)鍵的因素。

       但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的藥物來(lái)說(shuō)，即使打通全合成路線，藥品上市之后的工業(yè)化生產(chǎn)往往也需要克服非常多的技術(shù)障礙。能夠完成結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜的藥物的工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)于制藥公司而言絕非易事。