百济神州8年研发对垒国际巨头：泽布替尼研发历程

刘sir专栏作者
药物研发领域小白，对药物研发曲折历程有浓厚兴趣，愿与诸君共同学习。
2020年6月3日由百济神州自主研发的BTK抑制剂泽布替尼(百悦泽)获得中国食品药品监督管理局批准，用于治疗既往接受过至少一项疗法的成人套细胞淋巴瘤患者，以及既往接受过至少一项疗法的成人慢性淋巴细胞白血病/小淋巴细胞淋巴瘤患者。早在2019年11月，美国FDA已获准泽布替尼上市，用于治疗经治一次的套细胞淋巴瘤患者，成为我国首个出海的本土研发抗癌新药。
2012年百济神州开始立项研发BTK抑制剂的时候，全球没有批准上市的BTK药物，已有两款处于临床试验的候选药物。2013年Pharmacyclics和强生公司首创的伊布替尼上市，2017年阿斯利康公司的阿卡替尼上市，是第二个上市的BTK抑制剂。
启动研究泽布替尼时，BTK已确证为可药性靶标，因此该项目也是一种跟随性药物的新药创制项目，故需要在安全有效性上优于首创药物。分析伊布替尼发现，口服生物利用度低(F<10%)，剂量偏大，治疗窗口窄，而且对野生型表皮生长因子受体(EGFR)呈现抑制，引起皮疹和腹泻等不良反应。所以提高口服吸收性和选择性，可降低用药剂量，扩大治疗窗口，减少不良反应作为研发重点。同时还与目标化合物具有不可逆结合的特点，以便提高药物的持久性，减少用药次数。
泽布替尼的分子结构是在全新的母核骨架上安排、调整和优化，走的是创新之路。仅用了7年时间在美国上市，8年时间在国内上市，质量和效率都已达到了国际水平，本文从药物化学视角简要地叙述了研发的脉络，希望对国内新药创制有所启示和示范。
01先导化合物构建

研发之处，研究者仍以竞争激酶ATP 结合腔为作用模式，模拟ATP腺嘌呤环，并变换杂环骨架，同时借鉴伊布替尼和阿卡替尼的疏水芳环结构，设计了一系列氨基咪唑酰胺类衍生物：设计酰胺结构是为了形成分子内氢键，并将形成的假杂环模拟平面性稠合的嘧啶环，或在其他的位置连接迈克尔加成基团，实现不可逆抑制。筛选上千个化合物发现，化合物1对BTK酶和BTK pY223 细胞均具有较强的抑制活性，于是以此为先导化合物。

02氨基咪唑母核结构变换

随后将氨基与吡唑环合得到了吡唑并苯并咪唑的衍生物2-4。没有丙烯酰基的化合物2活性不高，处于7-位的丙烯酰胺取代化合物3活性也很弱，而8-位的活性化合物4显著提高。

将化合物4的苯环部分饱和得到5-7，活性进一步提高；将迈克尔基团自8-位移至7-位时，提高了对BTKpY223细胞的抑制活性。
扩环成卓环得到化合物8-9活性未见提高。
03增加柔性刚性结构药代性质比较差，化合物2-9的基本母核结构均为三环稠合。故研究者将苯环由原来的稠合改为单键连出，合成了一系列衍生物。其中丙烯酰胺是必需基团，而且其连接位置对活性也非常重要，例如化合物11和12的活性显著高于10和13。另外化合物11对EGFR的抑制活性较低，较少脱靶作用，但它抑制细胞活性不如12，不过12的药代性质有缺陷，小鼠一次剂量10 mg·kg^-1，4 h后脾细胞的占有率只有56%，所以仍然有待优化新的母核。

04吡唑并哌啶的母核结构变换哌啶环或许对化合物的生活活性有较大的提高作用，故设计合成了一系列吡唑并哌啶的母核的衍生物。将化合物14的对映异构体拆分后，发现，R构型和构型对BTK酶和BTK pY223细胞的抑制活性相当，且选择性较好，同时改变迈克尔基团位置，则活性显著降低（对映异构体拆分，但没进行确定）。但是N-甲基化的化合物17的活性陡然下降，提示这个位置的空间配置是非常严格的。这几个高活性的化合物的大鼠药代动力学表明口服生物利用度很低(例如14的F值只有1.7%)，因而不值得深入研究。不过以吡唑并哌啶为母核的骨架，连接的苯环邻位有迈克尔侧链的结构是个优化的配置。

05末端侧链的变换将14的母核结构固定，只改变二苯醚结构，也合成了一系列化合物，见下表。苯环用四氢呋喃或环丙甲基替换后，抑酶活性几乎不变，抑细胞活性略有降低，可能与透膜功能有关。将苯环转化为小基团后，活性略有降低，但溶解性增强，肝脏微粒体的代谢稳定性也增强，灌胃大鼠的生物利用度也相应提高，但是对EGFR抑制活性仍比较高，可能存在一定的副作用，需进一步优化。

仍以14为起点，对连接丙烯酰胺的苯环侧链进行优化，提高衍生物对BTK的选择性，也合成了一系列化合物，见下表。
24(S)、25和26的某种构型与14的活性相当，27和28则活性下降，表明环丙基和偕二甲基的位阻效应妨碍了发生共价结合反应，故将活性相当的24(S)、25和26做进一步比较分析。对比发现，化合物24(S)的半衰期、清除率、t_max、C_max、AUC和口服生物利用度（F=23.6%）都优于25（F=8.6%）和26（F=5.7%）。故将24(S)定位候选药物，进入临床试验。
06候选药物比较为了确定化合物24(S)为候选化合物进入开发阶段，除了研究其血浆蛋白结合率，人、犬和啮齿动物的肝微粒体清除率，对重要细胞色素P450的抑制作用以及对小鼠移植性OCI-LY10 DLBCL等肿瘤的体内试验，还与伊布替尼对15种激酶的抑制作用作比较，表明24(S)对多种酶系的作用优于(或不劣于)伊布替尼，见下表。

化合物24(S)定名为泽布替尼，于2014年在包括中国在内的全球进行临床试验，证明是治疗套细胞淋巴瘤和慢性淋巴性白血病/小淋巴细胞淋巴瘤的有效药物，于2019年经FDA批准上市，2020年6月3日NMPA批准上市，百济神州正在协商欧盟，布局欧洲市场。

泽布替尼是继伊布替尼和阿卡替尼之后的第三个BTK抑制剂，在我国本土研发成功。从本文介绍的研发路径来看，泽布替尼拥有全新的母核结构，传统的构效关系研究，是一款完全的创新的药物。最初设定的提高药物的选择性和口服生物利用度，也达到了预期目标。从2012年至2014年的临床前研究阶段，共设计合成了500多个化合物，最终确定了目标产物，用7年的时间创造出一个全新的分子，也证明了国内企业已具有了与国际巨头对垒的研发能力。本文仅从药化的角度阐述了研发历程，在整个研发过程中的艰辛和细节不得而知，但对国内业界的新药创制有一定的启示和鼓舞作用。 

参考文献

[1] Pan Z, Scheerens H, Li S, et al. Discovery of selective irreversible inhibitors for Bruton's tyrosine kinase. ChemMedChem, 2007, 2: 58–61

[2] Wu J, Zhang MZ, Liu DL. Acalabrutinib(ACP-196): a selective second-generation BTK inhibitor. J Hematol Oncol, 2016, 9: 21

[3] WangZW, GuoYH. Protein kinase inhibitors anduses thereof. US Patent US2015005277, 2015-01-01

[4] Guo YH, Liu Y, HuN,et al. Discovery of zanubrutinib (BGB-3111), a novel, potent, and selective covalent inhibitor of Bruton’s tyrosinekinase. J Med Chem, 2019, 62: 7923−7940

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