手機掃碼訪問本站
微信咨詢
阿哌沙班是直接因子Xa（factor Xa, FXa）抑制劑，作為抗凝劑，用于降低非瓣膜性房顫患者中風和全身性栓塞的風險，也可用于預防深靜脈血栓（deep venous thrombosis, DVT）的形成。阿哌沙班由輝瑞（Pfizer）與百時美施貴寶（Bristol-Myers Squibb，BMS）聯合研發，于2011年5月18日獲歐洲藥物管理局（EMA）批準上市，之后于2012年12月28日獲美國食品藥品管理局（FDA）批準上市，于2012年12月25日獲得日本醫藥品醫療器械綜合機構（PMDA）批準上市，于2013年1月22日獲得中國食品藥品監督管理局（CFDA）批準上市。
阿哌沙班的銷量在2018年超越了同靶點首個藥物利伐沙班，更是一舉獲得2018全球小分子藥物銷售NO.1，如此成績讓業界驚嘆！而在其背后，這個分子是如何得到的，其過程更為精彩！
Xa因子是凝血級聯反應中的一個蛋白水解酶，功能是將凝血酶原轉變為凝血酶，它的重要性在于通過內在機制或外來刺激引發凝血過程的最后環節。FXa作為酶分子具有放大效應，一個FXa分子可以將上萬個凝血酶原經水解而激活成凝血酶，因而， FXa抑制劑也被認為是更有效率的抗血栓藥。FXa是胰蛋白酶樣的蛋白酶，直接抑制FXa的活性，從而抑制凝血酶的生成，阻斷血栓形成和凝血。FXa不影響血小板功能，可降低出血的風險，在作用機制上優于凝血酶抑制劑和抗血小板聚集藥物。
圖1. FXa與阿哌沙班相互作用的X-ray
此外，我們來看看同靶點首個上市藥物-利伐沙班。
利伐沙班，拜耳公司研發的一種口服藥物，2008年在加拿大和歐盟率先上市，2009 年在我國上市，商品名為拜瑞妥?，用于選擇性髖部或膝全替換手術病人VTE的預防等。
結構上，1998年拜耳公司開始組建團隊開發小分子FXa抑制劑（FXa抑制劑最初源于水蛭），通過高通量篩選（數十萬級別），得到苗頭化合物結構，再通過一系列的優化，最終得到利伐沙班。
而進一步對比看伐沙班和阿哌沙班的結構，會發現阿哌沙班在結構上絕對不是很多傳統同類靶點藥物的me-too、me-better，而是經歷了多種結構改造、骨架躍遷等操作，最終得到了新型FXa抑制劑。
圖2.利伐沙班&阿哌沙班的結構差異
從苗頭到候選再到阿哌沙班，這個過程涉及多種原理和方法，如骨架躍遷、電子等排、分子拼合對接等，操作難度大、工作龐雜！前期工作與大部分藥物發現的目的相同，即提高活性！
起初，多家公司報道了針對FXa的雙芳香脒類抗血栓化合物，杜邦公司通過篩選IIb/IIIa受體拮抗劑（該公司曾深入研究）對FXa的活性，發現以下化合物對FXa的Ki值為38.5μmol·L?1，但結構為單芳脒化合物。
圖3.普篩得到的單芳脒結構
在當時，雙芳脒結構為主流結構，通過將右側四氫異喹啉丁酮酸片段換成苯脒，同時進一步考察化合物對凝血酶(越強越好)和胰蛋白酶(越弱越好)的作用，探究選擇性活性。
圖4.單芳脒到雙芳脒結構的演變
為降低分子柔性，將異噁唑環與酰胺之間的亞甲基除去，同時在異噁唑環上引入含羰基的側鏈，但沒有突破性進展。
圖5.引入含羰基側鏈
逆“大流”，將雙芳脒結構改為聯苯，后發現，聯苯基與FXa的結合腔S4是由Trp215、Tyr99和Phe174等氨基酸殘基構成的疏水腔。分子模擬與FXa的結合特征表明，磺酰基的氧原子與Tyr99發生較強的氫鍵結合，且選擇性很高。
圖6.引入聯苯結構
固定間位脒基、異噁唑環的乙酸甲酯基，考察中間的芳環對活性的影響；同時，由于結構中含有酯基，在體內會發生水解，在動物的血漿中有相當比例的游離酸存在，該游離酸對FXa的體內活性顯著低于未水解的酯。
圖7.近端苯環優化+側鏈酯基變換
異噁唑啉不是芳香環，含有手性碳原子，同時證明5-位的碳鏈對活性影響不大，進而用吡唑替換異噁唑，活性未變，同時方便合成。后以吡唑結構為優化新起點（IC50已經達到0.13 nM）。
圖8.吡唑環的引入
3-甲基取代的吡唑化合物，對FXa的抑制活性提高了1個數量級，3-三氟甲基取代的吡唑化合物，活性更強。多數化合物有較低的清除率分布容積和較長的半衰期，但口服生物利用度低于5%，未能達到口服給藥的要求。分子結構中含有堿性較強的脒基(pKa為10.7)，在體內分子帶有正電荷，不易過膜吸收，因而口服吸收差。部分化合物PK/PD數據如下。
圖9.從活性擴展到更多藥學性質
芐胺代替苯脒結構，活性略弱于脒基化合物1-2個數量級，但因脒基具有pM水平的高活性，經得起活性的消減，以彌補過膜吸收性，優化藥代+藥效的總效果。
由于降低了分子的堿性，增加了過膜吸收性。在芐胺化合物中，吡唑環上有三氟甲基取代、聯苯的近端苯環2位被氟取代、遠端苯環4-甲磺酰基取代的化合物的口服生物利用度最佳、半衰期長達7.5 h，用家兔動靜脈分流血栓形成模型測定的ID50= 1.1 μmol·kg?1·h?1，IC50= 0.15 μmol·L?1。給予這些活性數據和藥代動力學性質，杜邦公司確定了候選化合物，編號為DPC-423，進入開發。
圖10.DPC-423化學結構
構效關系研究表明：DPC-423的甲磺酰基變換成氨磺酰基后，其活性未變，選擇性提高了，但過膜性顯著降低，系因增加了分子極性的緣故；遠端苯環換成吡啶環，活性未變，過膜性仍較低；用咪唑、四氫吡咯或嗎啉置換遠端苯環，增加了助溶基團，提高了過膜性，但也因此與血漿蛋白的結合率>97%，也是活性降低的原因；為調整藥代、維持活性強度和選擇性，宜用1-(2-甲基咪唑)基取代；變換咪唑環上的取代基，羥甲基和氨甲基可能因極性強而降低活性；最終發現雷扎沙班（razaxaban），以鹽酸鹽形式進行臨床研究，口服預防和治療深度靜脈栓塞疾病。
圖11.雷扎沙班化學結構
考慮到酰胺鍵可能在體內被水解成吡唑甲酸和聯芳胺，后者具有潛在的致突變作用的風險，因而需要避免產生毒性的警戒結構，基于結構變換最小原則，將酰胺環合到吡唑環上，形成并合的雜環結構，以提高代謝穩定性。
將雷扎沙班的氨基苯并異噁唑與雜環并合吡唑連接，合成了一類新的化合物，構效關系總結如下：（1）變換遠端苯環上的叔胺基，二甲胺甲基和3-R-羥基四氫吡咯活性最強，體內抗凝作用也最強。（2）在近端苯環的鄰位引入氟原子，比相應的化合物活性弱。（3）3-羥基四氫吡咯R構型活性比其S構型強3倍，體內抗凝活性也強于S構型。（4）吡唑環上的三氟甲基用甲基代替，活性降低。比格犬的藥代動力學研究表明，以下化合物具有最好的性質，即BMS740808。
圖12.BMS740808化學結構
候選物為化合物DPC423、雷扎沙班、BMS740808，下一步是將這些片段作進一步的優化組合，從體外 FXa 活性、選擇性、體內抗凝作用和藥代性質等多維度進行優化，以確定更優結構。
將苯甲醚、吡唑并二氫吡啶酮、聯苯叔胺等優勢片段拼接起來，變換吡唑環上的取代基，合成系列化合物。其中化合物如甲磺酰基、氨甲酰基、氰基和四唑基等與三氟甲基化合物相比，都有較高的活性和選擇性，體內抗凝作用顯著強于BMS740808，提示這些基團可以移植在不同的母核上。相對比較，下圖化合物具有良好的藥代動力學性質、較低的清除率(CL = 0.32L·kg?1·h?1)、半衰期t1/2為5.6 h，口服生物利用度F=100%，因而將氨甲酰基固定，進一步優化。
圖13.氨甲酰結構的固定
在進行上述結構優化中，另一個同時研究的是探索遠端苯環取代基的變換對活性影響，發現單苯環的對位N-甲基乙酰氨基取代是獨特的，因為游離氨基或其他相關的基團活性都很差，提示，酰化的仲胺應是參與結合的重要基團。
氨甲酰基取代和候選物的確定糾正了三氟甲基過強的脂溶性，結合遠端苯環對位N-甲基乙酰氨基取代，得到下述化合物，體外抑制FXa和體內抗凝血作用以及選擇性都很強。對人體的蛋白酶和肝臟CYP的活性很弱，如遠端苯環含內酰胺結構化合物與肝微粒體溫孵的半衰期>100 min，Caco-2細胞的過膜性也非常高，血漿蛋白結合率為87%，家兔抗血栓的IC50=329 nmol·L?1，口服半衰期為5.8 h，口服生物利用度F=58%。終于，我們的小分子藥王阿哌沙班，誕生了！
圖14.阿哌沙班終誕生
阿哌沙班的分子結構設計過程，可謂精益求精！在早期獲得多個活性非常非常好的化合物時，并未冒進，急于開發，而是繼續對活性進行研究，以期為后續的成藥性結構改造打下足夠犧牲活性的“量”！
其結構改造的原理和方法看似廣譜，實則表現出很贊的有機結合程度，尤其是跨越了利伐沙班的骨架結構以及早期苗頭化合物的雙脒結構，這種大膽放棄“經典結構”的舉動對于國內藥物分子的開發來說很具有指導意義。
1. Design and synthesis of isoxazolinederivatives as factor Xa inhibitors. J Med Chem.1999. DOI:10.1021/jm980406a.
2. Discovery of 1-[3-(aminomethyl)phenyl]-N-[3-fluoro-2'-(methylsulfonyl)-[1,1'-biphenyl]-4-yl]-
3-(trifluoromethyl)-1H-pyrazole-5-carboxamide(DPC423), a highly potent, selective, and orallybioavailable inhibitor of blood coagulationfactor Xa. 2001. DOI: 10.1016/S0030-
4018(98)00117-5.
3.Structure-based design of novel guanidine/benzamidinemimics:potent and orally bioavailable factor Xa inhibitors as novel anticoagulants. 2003.DOI: 10.1021/jm020578e.
4. Discovery of 1-(4-methoxyphenyl)-7-oxo-6-(4-(2-oxopiperidin-1-yl)phenyl)-4,5,6,7-tetrahydro-1H-pyrazolo[3,4-c]pyridine-3-carboxamide(Apixaban，BMS-562247)，a highly potent，selective，efficacious，and orally bioavailable inhibitor of blood coagulation factor Xa. 2007.DOI: org/10.1021/jm070245n.
5. Discovery of potent, efficacious, and orallybioavailable inhibitors of blood coagulation factorXa with neutral P1 moieties. DOI: 10.1016/j.bmcl.2006.08.027.
6. 阿哌沙班創制的多維優化.郭宗儒
7. 凝血因子Xa直接抑制劑的研究現狀及應用. 2018.