重磅炸弹——索非布韦的研发历程

丙型肝炎（简称丙肝）是由丙型肝炎病毒（HCV）感染引起的病毒性肝炎，全球有超过1.5亿人口感染HCV，我国也有1000万人感染丙肝。该病隐匿性强，感染者往往没有症状或者症状很轻，容易被患者忽视。但它会悄悄侵蚀人们的健康，逐步发展为肝硬化和肝癌。据报道，感染HCV后20年，肝硬化的发生率将近10~15%。每年大约有50万人因为丙肝及其并发症进行肝移植或死亡，因此丙肝也被称为“沉默的杀手”。

目前治疗丙肝的方案有两种：PR方案（聚乙二醇干扰素联合利巴韦林）和DAAs（直接抗病毒药物，direct-acting antivirals）。但PR方案有很明显的缺点，24至48周内注射聚乙二醇干扰素和服用抗病毒药物利巴韦林，但这种疗法费用昂贵且毒副作用强，总体治愈率为54%-56%，且用药时间长，给药不方便。而之后出现的DAAs方案的总体治愈率陡然提高到90%以上，有甚者能够达到100%的治愈率，且服用时间较短，大多为口服，用药方便，使丙肝成为可治愈的疾病。而本文所说的索非布韦（Sofosbuvir），正是DAAs药物之中的佼佼者，自索非布韦被美国FDA于2013年批准上市，即成为该年度获批的最重要的新药之一，并很快成为“重磅炸弹”。

索非布韦化学结构式

HCV的结构与DAAs药物

HCV属于单链正义RNA病毒，主要包含6种基因型。科学家经过大量研究发现，HCV的复制过程中涉及到3个重要的药物作用靶点：（1）NS3/4A蛋白酶——与HCV多聚蛋白转录后加工处理有关；（2）NS5B聚合酶——催化HCV RNA合成的关键酶；（3）NS5A蛋白——与形成复制复合物有关。NS3 /4A蛋白酶抑制剂包括特拉匹韦、波普瑞韦等药物，NS5A蛋白抑制剂包括达卡他韦、雷迪帕韦等。而索非布韦属于NS5B聚合酶抑制剂，与靶点结合后，可以终止病毒RNA复制，是消灭HCV的“终极绝招”。同时，该药也是首个无需联合干扰素治疗丙肝的药物，且对所有基因型HCV均有作用。

膜相关HCV的RNA复制的假设模型

潜在DAAs化合物的设计探索

索非布韦的发现起始于对HCV NS5B RNA依赖RNA聚合酶（HCV NS5B RNA dependent RNA polymerase，简称HCV NS5B RdRp）的研究。HCV NS5B RdRp对于HCV来说是及其重要的酶，而主导HCVNS5B RdRp的Gly317-Asp318-Asp319(GDD)是一种不变的精氨酸残基，且存在于所有HCV基因亚型中。核苷三磷酸（NTP）结合在GDD位点，使HCV RNA链延长。所以HCV NS5B RdRp是不可多得的活性靶点。

靶点有了，接下来就是要设计与靶点结合的抑制剂了。普遍的做法是设计核苷的类似物，所设计的化合物要注意两点：1.与RNA聚合酶脱靶造成的毒性的大小；2.化合物本身活性与是否参与体内核酸代谢。设计出不易脱靶、毒性小且活性高的化合物是DAAs药物的关键所在。

经过科学家的大量实验设计及积累的经验，他们筛选出尿苷的类似物作为潜在药物进行测试。由经验得出，在尿苷的C2′或C4′位的独特取代基会有明显的抗HCV活性。结果显示，作为尿苷类似物的PSI-6130（尿苷的C2′位由F原子与甲基取代原来的基团）显示出对HCV复制有高效的抑制作用。但不幸的是，临床I期试验结果表明，PSI-6130没有很好的药物动力学特征；而对另一个化合物PSI-6206来说，它具有很好的耐受性与高效抑制作用，但是它也有缺点——它的生物利用度太低了，只有25%。于是这两个化合物出局。

为了解决生物利用度与代谢问题，3′,5′-二异丁酸酯前药RG7128 (mericitabine)被设计出来，目的是促进化合物在肠道内的吸收与代谢。结果也确实表明mericitabine提高了药物动力学参数，临床试验也说明了该药具有一定的疗效。但是该药并不是最理想的药物，因为mericitabine药效一般、半衰期较短这些负面状况使其不能成长为一个好药。

RG7128的化学结构式

肝靶向核苷酸前药的设计探索

Mericitabine的药物半衰期较短，需要每日2次服药，而设计药效更强、长半衰期药物则更有利于患者的治疗。出于药物的安全性与高效性考虑，则保留C2′位由F原子与甲基。通过对PSI-6130的代谢产物的观测发现，单磷酸PSI-6130可以转化为三磷酸形式，三磷酸PSI-6130才是活性代谢物，令人惊奇的是，单磷酸PSI-6130也可以进一步转化为三磷酸PSI-6206，并且三磷酸PSI-6206有着很长的半衰期，活性也优于三磷酸PSI-6130。但是PSI-6206却无法转化为三磷酸PSI-6206。

PSI-6130的代谢途径与产物

这是一个重大的发现，说明单磷酸尿苷衍生物可能就是能成长为理想的DAAs药物。现在最大的问题是如何将单磷酸尿苷衍生物传递到体内。含磷酸基团的化合物对人体的吸收相当不友好，因为这类化合物都具有负电性。最终，科学家仍采用前药设计，通过丰富的经验与SAR研究，第一个前药PSI-7672被设计出来。之后，大量的衍生物也被合成，并总结出一些经验。对于R1与R2基团，甲基、异丙基、丁基与苯基是常用的取代基团，而R3基团的取代基大多为苯基及其衍生物。而进一步实验表明，R2位置由甲基取代较为合适，因为其他基团显示出了毒性反应，且是L构型。

对于R1与R3基团的确定也是颇费周折，科学家将候选化合物进行动物实验，只有编号10、11、16的化合物显示出在大鼠肝脏中具有高浓度的聚集，之后进行狗与猴子的实验。在后续实验中，化合物10与16因为毒性反应而被淘汰，而化合物11因良好的安全性、药物动力学参数与较长的半衰期保留下来，是一个高效HCV抑制剂，阻止病毒的复制。

候选化合物的结构式展示

之后，该化合物进行临床试验，I期试验显示出其具有良好的安全性与药物动力学参数，并且可以做到每日一次，病人的耐受程度也很高，是一个成功的药物。但是，对于化合物11来说，它并不是一个单体，而是具有不同手型的混合物。之后科学家发明手性合成方法，发现S构型的化合物才具有活性。S构型化合物就是索非布韦。索非布韦对HCV NS5B RdRp具有很强的抑制作用，其EC90= 0.42 μM，且对所有基因型HCV均有活性。

S构型化合物是索非布韦

小 结

对于靶向HCV NS5B聚合酶的药物，索非布韦成功上市的唯一的药物。同时索非布韦也是第一个不需要联合使用干扰素的药物。成功研制的NS5B抑制剂，也是抗HCV的革命性疗法，它使丙肝治愈成为可能。

参考资料：

1.Sofosbuvir:A novel treatment option for chronic hepatitis C infection.

2.The discovery of sofosbuvir: a revolution for therapy of chronic hepatitis C.

3.Sofosbuvir:The Discovery of a Curative Therapy for the Treatment of Hepatitis C Virus.

4.Sofosbuvir:a novel oral agent for chronic hepatitis C.

5.Structures of hepatitis C virusnonstructural proteins required for replicase assembly and function.

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