治疗新冠药物路在何方？

 COVID-19
新冠疫情（COVID-19）目前导致1.1亿人感染，死亡人数超过265万，给全球各地各领域都带来了巨大的冲击。国际货币基金组织（IMF）2021年1发布的《世界经济展望报告》^[1]中：除了中国经济增长了2.3%（此处应该有掌声），全球经济萎缩3.5%，2020年损失11万亿美元，且预测将在2020-2025期间的经济累积损失可能高达28万亿美元，成为二战以来最严重的经济衰退。
通过对人类历史中的大型流行性疾病的处理方式可看出，最有效的方法仍然是“防御+治疗”的组合。尽管各国都积极研发、大量采购疫苗，并采取物理防护、隔离防疫等措施，但是新冠抗疫战斗的最后一个缺角——有效的治疗口服药物，仍未得到完善的解决。 瑞德西韦（remdesivir， 研发号GS-5734，商品名Veklury®）是由美国吉利德科学公司（Gilead Sciences）研发的一种广谱抗病毒药物。它是唯一正式获得美国FDA批准的抗新冠注射药物，更是被给予了“人民的希望”的美名。 这个药真的是所谓“神药“吗？ 

图1：吉利德公司研发的瑞德西韦（Veklury®）注射剂与冻干粉

来源：https://medlibrary.org/lib/rx/meds/veklury-1/

 

Part 1瑞德西韦值几钱？
正是因为新冠疫情的爆发，给了“人民的希望”——瑞德西韦 横空上市的机会。在美国，瑞德西韦一个疗程的定价在3120美元，每瓶520美金。2021年2月4日吉利德公布的全年财务报告中显示^[2]，在HCV等其他抗病毒药物销售额下降的情况下，瑞德西韦不负众望地为吉利德贡献了28亿美元 的销售额，也将吉利德在2020年的总销售额相较2019年提高了10％，增至244亿美元。 

表1：2019和2020年吉利德第四季度与全年销售额情况

来源：吉利德2020年度财务报告

 尽管瑞德西韦已上市，但在很多发展中国家或者医疗条件落后的国家，人们通常用不起或者没的用，甚至在发达国家也不是人人都支付得起如此昂贵的药品。  
Part 2真假“神药”分辨难
能为吉利德带来巨大经济效益的瑞德西韦，作为2020年医药界的当红炸子鸡，自然吸睛无数。然而，政治界、新闻界、经济金融界、医学界与科学界对它从各自不同角度和立场，产生了迥异的态度。多因素混杂的信息导致了药效的不确定性，使得关于瑞德西韦是“神药”的言论严重分裂。 FDA批准——瑞德西韦的几项随机对照临床试验数据，包括轻度至中度的新冠肺炎住院患者，证明瑞德西韦改善患者症状的效果优于安慰剂，故美国FDA在2020年10月22日批准了瑞德西韦的上市。目前有约100万人使用瑞德西韦药物，且无严重不良反应。 临床报告1：2020年10月8日，《新英格兰医学杂志》发布了瑞德西韦临床试验最终报告^[3]数据显示：瑞德西韦10天疗程优于安慰剂；在出现严重症状到需要使用呼吸机之前，患者恢复时间更短，或许可防止呼吸道疾病的恶化；但并未降低患者的死亡率。 临床报告2：2020年12月2日，《新英格兰医学杂志》发布了世卫组织（WHO）的“团结试验”报告^[4]，结果表明：4种试验药物——瑞德西韦、羟氯喹、洛匹那韦/利托那韦和干扰素，均对住院的新冠病毒感染者的总死亡率、机械通气风险和住院时间几乎没有产生改善。 图2：瑞德西韦、羟氯喹、洛匹那韦和干扰素对住院死亡率的影响来源：https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2023184 目前，全球仍有关于瑞德西韦药效的临床试验共76项（数据来源：药渡数据），其中美国48项，国际临床28项，包括对18岁以下的儿童，以及COVID-19妊娠患者中的安全性，有效性的临床试验。 瑞德西韦的在临床中药效意见不一致，可能来自多方原因，例如患者的年龄，性别，病症程度评价的一致性，治疗过程中同时采用的其他方案，死亡统计数字的准确性等都会影响最终报告的结论。因此，关于瑞德西韦在临床中是否有效，需要更多具有严谨科学设计的、具有可比性的临床数据来佐证。 对一个药效并未获得全方位肯定的药，仍在临床中被广泛使用，这既是来自对病毒的恐惧，更是无其他特效药的情势所迫而导致。因此，市场对于一种价格低廉且有良好的抗病毒效果的药物需求极其迫切。 

Part 3原药前药硝烟起 原药是药品中的活性成分。前药是在原药分子本身进行修饰，引入其他化学官能团的化合物。将原药变成前药，是为了更好的解决药物的吸收度、靶向性及作用时间等一些原药可能存在的问题。 如图3所示结构，瑞德西韦是一种核苷类似物。核苷是参与DNA或RNA组成的核苷酸成分之一，由嘌呤或嘧啶碱与核糖缩合而成。瑞德西韦的活性代谢产物——原药GS-441542（蓝色）就是腺嘌呤核苷的类似物，也可以与尿嘧啶核苷形成氢键作用。除去核苷部分（蓝色），剩余黑色部分结构则是瑞德西韦的前药侧链。 

图3：瑞德西韦及其代谢产物GS-441524的化学结构

 由于病毒无法自我提供复制原料，而是完全依赖于周围环境中的物质。因此，瑞德西韦代谢产物GS-441524可以伪装成病毒复制所需要的腺嘌呤核苷（蓝色），装配在正在复制产生的RNA片段中。除了对腺嘌呤碱基的修饰（红色），GS-441524还在引入了直链氰基（绿色），如图4。 图4：瑞德西韦作为核苷类似物的结合模式 单磷酸化后的GS-441524中的氰基将在病毒复制过程中，与RNA聚合酶中的丝氨酸S861侧链产生空间位阻效应^[5]，如图5，可能会导致RNA的位置扭曲，阻碍易位。因此，瑞德西韦代谢物GS-441524的单磷酸化物的混入将会导致复制过程出错，进而阻断病毒的复制，这便是瑞德西韦产生抗病毒活性可能的原理机制。从上可以看出，影响病毒复制的是瑞德西韦的代谢产物GS-441524，而非作为前药的瑞德西韦本身。 

图5：瑞德西韦影响RNA复制的结构论证^[5]

来源：Wang et al, Cell, 2020, 182, 417–428

 实际上，吉利德公司在2012年就已经开展了许多关于GS-441524的抗病毒研究。这个核苷类似物在很多病毒中具有广谱的抗病毒活性，例如丙肝病毒、甲型流感、副流感、冠状病毒等^[6]。 GS-441524的应用最为人熟知的是作为治疗猫的传染性腹膜炎^[7]（由猫冠状病毒引起疾病）的主要药物，俗称“441”。文献中报道的猫传腹药物实验有效剂量在2-4 mg/kg，用药后26只猫中18只没有复发，其他猫病情也得到缓解，治疗效果比预期更好，且安全性尚可。因此，“441”虽未上市，但已经被宠物医院用原料药做成注射剂。市场上“441”注射剂的价格也因尚未批准而通常乱象丛生，5毫升装的价格普遍在200-500元不等，更有甚者将2毫升装的价格卖到700元。关于“441”作为兽药的使用仍在试验阶段。目前，尚未有瑞德西韦在兽药领域的研发被披露。 图6：猫传腹与“441”来源：古安锂 除了猫冠状病毒，很多研究者对瑞德西韦和GS-441524在其他冠状病毒以及不同类型病毒中的抗病毒活性进行了对比研究。例如，吉利德在COVID-19爆发前发表的文献中报道^[8]，在埃博拉病毒、吸道合胞病毒、丙肝病毒、中东呼吸综合征冠状病毒、SARS冠状病毒中，瑞德西韦对病毒的抑制活性优于GS-441524近3-200 倍^[9]。 

表2：瑞德西韦与GS-441524在不同病毒中的抑制活性(EC50)比较8-9

来源：Siegel, et al., J. Med. Chem. 2017, 60,1648−1661；Agostini, et al., mBio.  2018 Mar 6;9(2): e00221-18

 在新型冠状病毒中，GS-441524与瑞德西韦的抗病毒活性近期由南方科技大学张绪穆教授团队在J. Med. Chem.^[10]中报道。在合作方中山大学医学院院长郭德银教授安全等级3级实验室中，测试了两种药物在非洲绿猴肾细胞，人肺癌细胞及人体结直肠癌细胞中的抗病毒活性。其中，瑞德西韦抑制新冠病毒的活性是GS-441524的 0.5 – 6 倍，两者基本处于一个数量级，均可有效抑制新冠病毒在细胞内的复制，且GS-441524不影响细胞增殖，安全性良好。 此外，在合作方国家呼吸疾病重点实验室赵金存教授的安全等级3级实验室中，通过AAV-hACE2小鼠模型，评价了GS-441524与瑞德西韦对新冠病毒感染的治疗效果。实验结果显示，两者都产生抗新冠病毒活性的效果。体重下降是感染新冠病毒后的表现之一。GS-441524可以在给药期间保持小鼠体重不下降，而小鼠在瑞德西韦在给药初期先有下降症状，后期逐渐体重恢复。GS-441524比瑞德西韦在小鼠肺中的病毒滴度更下降了一个数量级。病例切片显示，GS-441524可以有效减轻肺组织炎症及病理损伤，如图7所示。 

图7：GS-441524在AAV-hACE2小鼠模型中抗新冠病毒的效果10

来源：Li, et al., J. Med. Chem. 2021, accepted

 疗效只是药物的重要属性之一，药物的成药性也是将候选化合物推向市场的另一项需要通过的必备特征。成药性包括药物的吸收、分布、代谢、排泄，以及药物安全性（ADME/Tox）性质。 通过吉利德公司提交的药物审批报告中得知，瑞德西韦的溶解度很低，不可口服，生物利用度极低<5%，因此对于药物的使用便捷性、普遍性和可及性产生很大影响。而GS-441524作为瑞德西韦母核，在广东省动监所副所长张钰教授的药代动力学测试中，虽然半衰期比瑞德西韦更长（1小时），可达到27小时，但仍显示出与瑞德西韦类似的低生物利用度的特征。 从原药GS-441524与前药瑞德西韦的对比中可以看出，两者在抗新冠活性的药效类似，GS-441524优于瑞德西韦的几点为：结构简单、生产价格便宜以及合成难度相对较低，更适合作为用于疫情期间的应急药物而大量生产。 

瑞德西韦	GS-441524
有抗病毒（新冠）活性	有抗病毒（新冠）活性
前药形式	体内主要形式
代谢快	代谢慢
低溶解度，低生物利用度	低溶解度，低生物利用度
价格昂贵，不易获得	价廉，可及
结构复杂	结构简单
合成困难（7步）	合成容易（3步）

表3：瑞德西韦与GS-441524的对比  
Part 4 “修”得路现脚步间
虽说瑞德西韦已经获批上市，但是其注射给药的方式，以及低溶解度，影响了使用的地域广泛程度，尤其是在医疗条件不发达的南非等国家，注射用药并非方便有效。任何一个国家的防疫落后都将会降低全球抗疫的速度。
 虽说GS-441524比瑞德西韦在更容易合成，生产成本更低，但它仍然无法解决瑞德西韦溶解度与生物利用度低的痛点，阻碍了研究者对它推进的脚步。 虽说还有其他在研的口服药物正处于临床试验阶段，例如RNA聚合酶小分子核苷类抑制剂：默克与Ridgeback合作开发的Molnupiravir（MK-4482/EIDD-2801），以及罗氏收购获得的AT-527；开拓药业的AR拮抗剂普克鲁胺；以及注射用的3CL蛋白酶抑制剂：辉瑞的小分子药物PF-07304814。然而，这些药物的临床试验样本都无法与已经上市的瑞德西韦的使用人数相比——100万人左右，故前景未知。 图8：处于临床阶段的抗新冠药物 因此，对瑞德西韦或GS-441524的快速改良，尤其是在保持药效和安全性的前提下提高药物溶解度，避免可能产生毒性的辅料，如瑞德西韦中使用的璜丁酰环糊精，显得非常有时效性和重要性。 南方科技大学张绪穆教授团队在对瑞德西韦或GS-441524进行了充分的研究后，开展了目标明确的改良——在同等或高于瑞德西韦药效的前提下，提高生物利用度，降低生产成本，为结束疫情提供有效的可口服的治疗药物。目前，根据瑞德西韦和GS-441524的结构，在张教授团队新设计合成的一批改良型化合物中，已发现候选化合物SHEN26。该化合物合成简单，成本可大幅降低，且生物利用度已达到80%以上（可口服），当下正在紧张的进行临床前灵长类动物实验。 新冠口服药物研发，道阻且长。 不断改进加速研究，行则将至。  

参考资料

1.https://www.imf.org/zh/Publications/WEO/Issues/2021/01/26/2021-world-economic-outlook-update

2.https://www.gilead.com/news-and-press/press-room/press-releases/2021/2/gilead-sciences-announces-fourth-quarter-and-full-year-2020-financial-results

3.https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2007764

4.https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2023184

5.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420306292

6.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960894X12003071?via%3Dihub

7.https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1098612X19825701

8.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.6b01594

9.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29511076/

10.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.0c01929

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