大環(huán)小分子藥物是近20年來藥物化學領域熱點，因為大環(huán)結構在提高藥理活性和選擇性，完善成藥性上效果顯著，并且兼顧了與靶標結合的微觀結構和藥代動力學所需求的宏觀性質。臨床上的大環(huán)小分子藥物大部分由12～20個原子構成的環(huán)肽或內(nèi)酯，主要用于治療感染、炎性和腫瘤等疾病，有口服和注射等劑型。鏈狀肽環(huán)合成環(huán)狀肽后可增加藥物的穩(wěn)定性和生物活性，且主要是人為設計合成；大環(huán)內(nèi)酯多則主要是從天然產(chǎn)物中提取。

 

1、輝瑞的勞拉替尼

 

克唑替尼是由輝瑞針對間變性淋巴瘤激酶研制的一類治療間變性淋巴瘤和非小細胞肺癌藥物，并于2011年上市。但是臨床上發(fā)現(xiàn)克唑替尼使用過程中出現(xiàn)嚴重的耐藥性，且腫瘤細胞常常出現(xiàn)腦轉移現(xiàn)象，這表明克唑替尼難以進入中樞神經(jīng)。為了克服耐藥性和能夠透過血腦屏障，輝瑞通過結構生物學分析發(fā)現(xiàn)，耐受克唑替尼患者的ALK激酶顯示L1196M、G1269A 和G1202R等氨基酸殘基的多位點突變或插入，這些氨基酸是與克唑替尼接觸的殘基；又對ALK空蛋白與ALK-克唑替尼復合物的晶體結構進行比較分析發(fā)現(xiàn)，克唑替尼的2-位氯原子與G1269骨架的羰基過于靠近(3.0 Å)，位阻效應迫使羰基扭轉了30°，因而支付了構象熵的耗能，預示2-氯對結合是不利的因素。

 

故以克唑替尼為起始物，去除2-氯原子發(fā)現(xiàn)活性變強，2位用其他取代基替換仍有活性；另外晶體結構顯示，化合物都呈“U”形結構，提示頭端的氟苯基與尾端的雜環(huán)在空間是接近的，從而設計合成了環(huán)狀的勞拉替尼。成環(huán)后分子中的單鍵轉動也受到限制，從而可彌補簡化結構損失的結合能，也有利于穿越血腦屏障進入腦中，2018年勞拉替尼獲批上市。

 

 

2、勃林格殷格翰的BI-4020

 

表皮生長因子受體（EGFR）若氨基酸殘基Ile19缺失或Leu858突變，都會導致腫瘤細胞增殖，尤其是肺癌。雖然上市的EGFR激酶抑制劑有多種，但是患者用藥兩年后，肺癌復發(fā)率較高，主要是由于EGFR變異導致耐藥所致。

為了尋找有初步選擇性的先導化合物，研究者用突變的EGFR和野生型EGFR蛋白對化合物進行活性篩選，結果顯示，衍生物1對突變型EGFR有較好的抑制活性（IC50=250 nmol/L～2100 nmol/L），而對野生型EGFR或其他激酶未見抑制活性。

去掉化合物的苯環(huán)F原子，酶學和細胞活性并未受到影響；將末端換成了苯基，活性不變，但選擇性更高；共晶結構表明，末端苯環(huán)與羥異丁基靠近是活性構象，從而將其環(huán)合。分子模擬顯示，引入烷基，與酶結合力增強，進一步優(yōu)化得到BI-4020。

 

 

3、強生的伐尼瑞韋

 

治療丙型病毒性肝炎的重要靶標是蛋白酶NS3，其功能是裂解結構性蛋白使成熟化，裂解產(chǎn)物對NS3呈現(xiàn)抑制作用。

 

裂解的連接位點NS5A/5BN端生成的產(chǎn)物六肽2對NS3具有較強的抑制活性，以此為起始物，研制抗丙肝類藥物。在結構和計算生物學指引下，經(jīng)構效關系研究發(fā)現(xiàn)，減少一個肽鍵，N端氨基乙?；儞QC端為環(huán)丙叉甘氨酸和脯氨酸萘甲氧基化得2a；繼之，為了提高親脂性，將脯氨酸母核變換成環(huán)戊二酸，異丙基變成叔丁基，萘環(huán)修飾成取代的喹啉片段和環(huán)丙基的乙烯得2b；P3片段簡化成環(huán)戊脲基成2c；再將2c環(huán)戊基與C端的乙烯基融合連接成大環(huán)化合物2d，同時在環(huán)丙基處引入磺酰氨基團，胺基同時連接磺?；汪驶瑑蛇吚娮邮筃-H有弱酸性，模擬了原來C端的羧基，并調整了化合物的極性，用作鈉鹽；隨后再修飾喹啉環(huán)，得到高活性和選擇性的NS3蛋白酶抑制劑得抗丙肝藥西咪匹韋。

 

 

4、BMS的FXIa抑制劑

 

凝血是個生化級聯(lián)反應，其中一個酶促環(huán)節(jié)是FXIa因子催化，是胰蛋白酶樣的絲氨酸蛋白酶，在凝血酶生成的放大過程起關鍵作用，因而對血栓的發(fā)生和成熟至關重要。血液中高水平的FXIa有發(fā)生心肌梗死和深靜脈血栓的危險，而FXIa低表達引起出血傾向較小，因此，F(xiàn)XIa抑制劑應是出血風險低的抗血栓藥物。BMS公司研究發(fā)現(xiàn)，開鏈分子3對FXIa具有較好的抑制活性，以此為先導物，進一步優(yōu)化活性、藥代和物化性質。共晶結構顯示，3的高活性是由于多個雜原子參與了同F(xiàn)XIa酶活性中心的結合，兩個苯環(huán)空間相隔較近，可作為形成大環(huán)的位點。

 

用亞烷基或氧亞烷基（X=O）連接成12和13元環(huán)（n=1, 2），咪唑環(huán)的R可為H或Cl，所有合成的化合物活性都低于開鏈的先導物3。在大環(huán)中引入雙鍵，化合物3a抑酶活性和抗凝血作用顯著提高；咪唑環(huán)引入氯原子，化合物3b的Ki值達到最小，不過抗凝活性未見提高。

 

 

5、其他

 

環(huán)肽藥物可有不同的結構類型，完全由氨基酸組成的環(huán)肽，可以是N-端與C-端首尾相連的環(huán)肽，例如環(huán)孢菌素A是由11個氨基酸首尾經(jīng)肽鍵相連而形成最大的環(huán)，由于多為N-甲基氨基酸，對蛋白酶比較穩(wěn)定，是少有的可口服環(huán)肽。環(huán)孢菌素A用作器官移植的排異藥物，然而不良反應較大，改構的voclosporin只變換一個氨基酸側鏈。三期臨床表明voclosporin的不良反應顯著低于環(huán)孢菌素A，而且對狼瘡性腎炎有顯著療效。

 

 

30年前，研究肽類化合物大都是聚焦于非肽化和肽模擬物，隨著對許多蛋白的非可藥性和蛋白-蛋白相互作用的深入認識，以及肽化學和生物藥劑學的發(fā)展，直接研制肽類藥物已經(jīng)成為重要領域，其中釘固肽就是近20 年來發(fā)展的平臺技術。

 

在干預MDM2-p53蛋白-蛋白相互作用基礎上，有研究者合成了p5314-29, α-螺旋片段的烴釘固肽，設計烴基釘固的位置避開與MDM2結合位點，烴環(huán)跨越為i, i+7，經(jīng)圓二色譜研究，合成的8個肽中有的可穩(wěn)定α-螺旋構象，其中化合物4與沒有烴基釘固的肽比較，與MDM2結合的α-螺旋構象占85%，活性Kd =55 nmol·L-1，而未釘固化的活性構象只有11%，活性提高了7倍。此外，由于釘固化也提高穿越細胞膜的能力，保護了天然p53的作用，癌細胞呈現(xiàn)凋亡作用。

 

 

第一個進入臨床研究的釘固肽是ALRN-6924，目前在二期階段，是p53-MDM2和p53-MDMX的雙重抑制劑，通過噬菌體展示發(fā)現(xiàn)的活性多肽，經(jīng)第i, i+7的烴基釘固而成的。對MDM2 和MDMX 結合力Ki分別為0.9 和6.8nmol·L-1。由于阻斷了MDM2對p53的結合，促進了癌細胞的凋亡。

 

 

6、小結

 

有機合成反應的進步得以在溫和條件下發(fā)生C-C鍵偶聯(lián)，形成大環(huán)結構，是研究大環(huán)藥物的技術支撐。結構生物學、分子模擬和計算化學則指導大環(huán)的設計，從微觀結構上設計大環(huán)的維持、尺寸和元素組成，從而開辟了藥物創(chuàng)制的新領域，為研發(fā)可藥性差的靶標和干預蛋白-蛋白相互作用的藥物擴大了化學空間，釘固肽作為另類大環(huán)分子，雖然仍有許多技術問題尚待解決，迄今尚無成功的釘固肽上市，但有潛在的發(fā)展優(yōu)勢，是肽類藥物新的生長點，尤其在作用于細胞因子和信號傳導的蛋白-蛋白相互作用中扮演重要的角色。

 

參考文獻

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文 | 劉sir

來源 | 藥渡