从《流浪地球》看ProTide技术未来的路：去寻找星辰大海！
就在情人节当天，中国第一部科幻电影《流浪地球》突破30亿票房。影片描述了在不远的将来太阳急速衰老膨胀，地球面临被吞没的灭顶之灾，为拯救地球，人类在地球表面建造了上万座行星发动机，以逃离太阳系寻找新的家园，地球和人类就此踏上预计长达2500年的宇宙流浪之旅。虽然今天的太阳比 45亿年前它诞生时要亮 30%，但真正要变成吞没地球的红巨星还得20亿年！地球灭亡还很遥远，可是作为药物研发的ProTide技术才走过24年的光阴，往前走却面临很大“专利红巨星”的吞噬，未来将“流浪”到何方？
ProTide技术历史和现状——核苷领域已经成为“红巨星”
1992 年，英国卡迪夫大学药学院的Christopher McGuigan（1958～2016）教授课题组使用氯代磷酸酯制备齐多夫定(AZT)磷酰胺酯，发现AZT 的这些磷酸盐衍生物的HIV活性在一些情况下超过母体核苷的抗HIV活性[1,2]。此外, 虽然齐多夫定在细胞系中几乎无活性(EC50=100μM), 但是取代的磷酰胺酯的活性高10倍（EC50=10μM）。他们把这项技术命名为ProTide（US6455513）。这是一项通用的技术平台，自公开以后对渗透性差的核苷类药物研发产生了重大影响，包括诞生了两个抗丙肝病毒和乙肝病毒的革命化治疗的超级重磅炸弹——索非布韦(Sofosbuvir)和替诺福韦艾拉酚胺(Tenofovir Alafenamide)。
利用ProTide技术上市和在临床的药物
为何通过由一个芳香取代基模体和一个氨基酸酯组成氨基磷酸酯前药就能将核苷类似物更加方便和有效地传输进入细胞內呢？这要从其作用机制说起：核苷类药物进入细胞后在酶的作用下经三步磷酸化，得到具有生物活性的三磷酸衍生物而发挥药效，其中单磷酸化是限速步骤，因此通常在核苷类药物中直接引入单磷酸或磷酸酯基团[3]。早期设计的磷酸或磷酸酯衍生物因其极性大难以通过细胞膜，磷-氧键代谢稳定性较差等限制了应用。而ProTides技术成功的关键就是对核苷和核苷酸的母体结构在糖羟基的位置上用磷酸化的方式引入芳氧基和氨基酸(如L-丙氨酸)而形成磷酰胺酯, 即芳氧基磷酰胺三酯(Aryloxy phosphoramidate triesters)。其在体内经两步酶反应解离释放原型化合物：首先酯基经酯酶水解，带负电的羧基亲核进攻磷酸基团形成不稳定的五元环中间态；后者在水分子等亲核进攻下开环生成磷酰胺代谢产物；随后组氨酸三联体核苷酸结合蛋白1（HINT-1）介导该代谢物的磷-氮（P－N）键的断裂释放单磷酸或磷酸酯原型化合物。
芳氧基磷酰胺酯前药的作用方式
基于上述特点，从1990年到2018年，学术界和制药界对于ProTide前药技术的热情高涨，包括吉利德、默克、诺华、葛兰素史克和罗氏等制药巨头在内的众多药企都在ProTide前药技术领域进行了专利布局，相关的研究论文数也呈逐年递增趋势。但另一方面，由于 ProTide技术过于单纯，加之各药企和科研机构对专利的大量布局，很难在再形成创造性的专利，甚至引发了一些专利纠纷（如Merck&Co诉Gilead Sciences的索非布韦侵权案）。
1992-2018年发表的ProTide文章数
流浪到星辰大海——非核苷药物领域
既然核苷类药物已经成为应用ProTide技术的一颗“红巨星”，稍有不慎还会陷入专利官司，再一头扎进去显然不是明智之举。那么路在何方呢？当然是浩瀚如星辰大海的非核苷类药物领域了，这是避开这些技术壁垒最直接的方式[4]。基于这一思路，近年来许多非核甘酸类ProTide药物应运而生，包括治疗骨关节炎的葡萄糖胺单磷酸1-3 [5]、抗癌小分子单磷酸4-6[6]、泛酸激酶依赖型神经退行性疾病药物7[7]、S1P受体调节剂8[8]、6-PGDH抑制剂9[9]以及酪氨酸磷酸类似物10[10]。这些药物的研究数据同样显示了其相比原型药物更好的口服吸收和稳定性。显然，这些只是非核苷类药物中的冰山一角，数量庞大的PK不佳的这类药物和正在研发的化合物将有待ProTide技术去改善。
ProTide技术在非核苷类药物上的应用
参考文献：
1.McGuigan, C.; Pathirana, R. N.; Mahmood, N.; Hay, A.J.Bioorg. Med. Chem. Lett. 1992, 2, 701.
2. Cahard, D.;McGuigan, C.; Balzarini, J. Mini. Rev. Med. Chem. 2004, 4,371.
3. De Clercq, E.;Li, G. Clin. Microbiol. Rev. 2016, 29, 695−747.
4. Ashwag S.Alanazi, Edward James, and Youcef Mehellou. ACS Med. Chem. Lett. 2018,DOI: 10.1021/acsmedchemlett.8b00586.
5. Serpi, M.;Bibbo, R.; Rat, S.; Roberts, H.; Hughes, C.; Caterson,B.; Alcaraz, M. J.;Gibert, A. T.; Verson, C. R.; McGuigan, C. J. Med. Chem. 2012, 55, 4629−2439.
6. Lentini, N. A.;Foust, B. J.; Hsiao, C. C.; Wiemer, A. J.; Wiemer, D. F. J. Med. Chem. 2018, 61,8658−8669.
7. Elbaum, D.;Beconi, M. G.; Monteagudo, E.; Di Marco, A.; Quinton, M. S.; Lyons, K. A.;Vaino, A.; Harper, S. PLoS One 2018, 13, e0192028.
8. James, E.;Pertusati, F.; Brancale, A.; McGuigan, C. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017, 27,1371−1378.
9. Ruda, G. F.;Alibu, V. P.; Mitsos, C.; Bidet, O.; Kaiser, M.; Brun, R.; Barrett, M. P.;Gilbert, I. H. ChemMedChem 2007, 2, 1169−1180.
10. Miccoli, A.;Dhiani, B. A.; Mehellou, Y. MedChemComm 2018, DOI:10.1039/C8MD00244D.
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