撰文| Enron Medicine
小分子藥物的發(fā)展由來(lái)已久，現(xiàn)代制藥行業(yè)從1930s年代脫胎于染料行業(yè)以來(lái)，小分子藥物就占據(jù)了舉足輕重的地位。從抗菌藥物百多息（Prontosil）到今年9月被FDA批準(zhǔn)用于治療非小細(xì)胞肺癌的Pralsetinib，小分子藥物在感染、腫瘤、心腦血管、自身免疫和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了巨大的作用。
大分子藥物（包括多肽類和蛋白質(zhì)類）中多肽類藥物的發(fā)展時(shí)間軸幾乎與小分子藥物并行，其最初主要是從天然來(lái)源中分離出一些活性多肽物質(zhì)（如在1921年從牛的胰腺中提取胰島素用于糖尿病的治療）來(lái)進(jìn)行所謂的“替代療法”，即往體內(nèi)輸入外源性的活性物質(zhì)來(lái)補(bǔ)充體內(nèi)某種活性物質(zhì)的缺乏或缺失的一種療法1。而蛋白質(zhì)類藥物則發(fā)展相對(duì)較晚，但卻發(fā)展迅速。在1970s年代初期，起源于斯坦福大學(xué)的DNA重組技術(shù)使得人們可以將基因引入不相關(guān)的有機(jī)體之中來(lái)表達(dá)目標(biāo)蛋白,而這項(xiàng)技術(shù)也為蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展鋪平了道路2。直到1982年，第一款蛋白質(zhì)類藥物Muromonab CD3才被獲批上市，它是一款鼠源性的、靶向CD3的抗體藥物，用于器官移植時(shí)急性排斥反應(yīng)的治療。
優(yōu)良苗頭化合物一票難求
在新藥研發(fā)的過(guò)程中，小分子藥物相比于大分子藥物而言存在一個(gè)天然的劣勢(shì)，那就是性能優(yōu)良的苗頭化合物的“一票難求”。小分子藥物在發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的苗頭化合物完全依賴于已有的化合物，而已有的化合物庫(kù)都是來(lái)源于天然產(chǎn)物的分離純化或人工合成，它們有很多局限性，化合物的性能質(zhì)量參差不齊，從中找到理想的苗頭分子需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和金錢。而多肽類藥物的苗頭分子大多是基于已知的體內(nèi)活性物質(zhì)（目前也有通過(guò)篩選多肽類分子庫(kù)3或噬菌體展示技術(shù)來(lái)找到苗頭分子的發(fā)現(xiàn)策略），作為一個(gè)苗頭分子，它的性能質(zhì)量很高。
蛋白質(zhì)類藥物，尤其是抗體類藥物，則是通過(guò)模擬自然界的親和力成熟過(guò)程來(lái)主導(dǎo)整個(gè)發(fā)現(xiàn)階段，這個(gè)過(guò)程對(duì)起始抗體的性能質(zhì)量的要求并不是很高，最終抗體分子的成藥性更多是依賴于整個(gè)篩選和評(píng)價(jià)體系。
GLP-1是一類腸促胰島素激素，顧名思義，它是由腸道的內(nèi)分泌細(xì)胞合成釋放并進(jìn)入體循環(huán)的一類多肽類激素，其主要作用靶點(diǎn)是GLP-1R，后者分布于小腸、胰腺、心血管、腦和唾液腺等組織中。GLP-1R屬于GPCR（G蛋白偶聯(lián)受體），可活化多種G蛋白（如Gas, Gi/o, Gq等）從而引發(fā)下游的生物信號(hào)。
如在胰腺中，活化的GLP-1R可促進(jìn)b細(xì)胞的增殖和胰島素的釋放從而起倒降糖的作用。除了G蛋白之外，GLP-1R還可招募b-Arrestin 1分子，其在下游信號(hào)（如ERK活化）和受體脫敏等方面發(fā)揮著重要的作用。由于GLP-1R的廣泛表達(dá)，GLP-1R激動(dòng)劑有許多潛在功能，可用于治療糖尿病、肥胖、心腦血管疾病等多種類型的疾病4。
靶向GLP-1R的策略
由于GLP-1R的下游信號(hào)分子豐富多樣、受體活化形式多樣（比如存在時(shí)空多態(tài)性5）和組織表達(dá)的差異化等因素，目前靶向GLP-1R的策略包括：直接激動(dòng)劑、正向別構(gòu)調(diào)控劑和偏向激動(dòng)劑。其中正向別構(gòu)調(diào)控劑通過(guò)靶向受體的別構(gòu)位點(diǎn)，使得受體轉(zhuǎn)為活性構(gòu)象的能壘降低，從而可以增強(qiáng)內(nèi)源性的低活性GLP-1R激動(dòng)劑（如GLP-1(9−36)NH2）或人工合成的小分子直接激動(dòng)劑的生理活性。偏向激動(dòng)劑的目標(biāo)是得受體活化之后更多的招募Ga蛋白而不是b-Arrestin，從而最大化的增強(qiáng)其促胰島素分泌的能力6。目前，正向別構(gòu)調(diào)控劑和偏向激動(dòng)劑仍處于早期的研究階段，尚沒(méi)有化合物進(jìn)入臨床階段，本文不再贅述，下文專注于GLP-1R的直接激動(dòng)劑。
GLP-1R直接激動(dòng)劑的發(fā)展較早，自從1987年發(fā)現(xiàn)GLP-1可以刺激胰島素的分泌依賴，人們就開(kāi)始嘗試?yán)肎LP-1來(lái)治療2型糖尿病7。然而遺憾的是，GLP-1在體內(nèi)易被DPP-4降解失活，導(dǎo)致其半衰期約為2 ~ 3分鐘，這就限制了其作為藥物的使用。直到1992年，人們從吉拉毒蜥的唾液中分離出了一種GLP-1類似物Exendin-4，它可以激活人體內(nèi)的GLP-1R且不易被DPP-4降解。最終在2005年，人工合成的Exendin-4（也就是Exenatide）被FDA批準(zhǔn)用于輔助治療2型糖尿病的血糖控制8。
至今，共有6款GLP-1類似物被FDA批準(zhǔn)上市，它們?cè)诮o藥周期、安全性和有效性等方面都各有不同。國(guó)內(nèi)方面，仁會(huì)生物在2016年獲批了一款短效的GLP-1R激動(dòng)劑貝那魯肽（其實(shí)就是人工合成的GLP-1(7-36)），用于餐時(shí)的血糖控制。其次就是豪森制藥于2019年獲批的聚乙二醇洛塞那肽，它也是首款國(guó)產(chǎn)的長(zhǎng)效GLP-1類似物。
GLP-1類似物不僅可以降低血糖，還可以抑制胃排空、增加飽腹感、降低食欲，進(jìn)而減輕體重。更重要的是在臨床還觀察到了這類GLP-1類似物可以降低血壓和低密度膽固醇的水平，并且降低心血管不良事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)（包括心血管死亡、非致死性心肌梗死和非致死性卒中等）9。然而在臨床上大約有30%–50%的患者使用GLP-1類似物后會(huì)出現(xiàn)胃腸道副反應(yīng)（如惡心、嘔吐和腹瀉），雖然相比于短效的GLP-1類似物而言，長(zhǎng)效的GLP-1類似物的腸道副反應(yīng)發(fā)生率更低，但是它仍然是限制其使用劑量的關(guān)鍵因素6。
突圍：更優(yōu)安全性和有效性
小分子激動(dòng)劑替代多肽類GLP-1類似物一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)在于它可以口服給藥，從而避免皮下注射的不適感，增加患者的依從性。然而這個(gè)優(yōu)勢(shì)在安全性和有效性面前，患者會(huì)不會(huì)為之買單呢？此外，去年9月份索馬魯肽的口服片劑已上市，增加了這個(gè)優(yōu)勢(shì)能否成立的不確定性。因此，小分子GLP-1R激動(dòng)劑要想在眾多的多肽類GLP-1類似物中突圍成功，就需要從更好的安全性和有效性，或更低價(jià)格（在保證類似有效性和安全性的前提下）上入手。在有效性方面，相比于多肽類藥物而言，小分子藥物更容易透過(guò)血腦屏障，并作用于下丘腦弓狀核中的GLP-1R而降低食欲14，最終可能會(huì)起到更優(yōu)的減輕體重的效果。當(dāng)然，小分子GLP-1R激動(dòng)劑的安全性和有效性，需要更多藥理學(xué)上和臨床數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)。
小分子GLP-1R激動(dòng)劑的開(kāi)發(fā)起步早，但進(jìn)展緩慢。由于GLP-1R屬于B類GPCR，這類GPCR的特點(diǎn)是有一個(gè)較大的N端胞外域，其正構(gòu)位點(diǎn)呈面積較大的、較深的V狀結(jié)構(gòu)，而且受體需要發(fā)生特定的構(gòu)象改變才能活化，因此開(kāi)發(fā)小分子GLP-1R激動(dòng)劑是一件相當(dāng)困難的事情15。如前所述，小分子藥物研發(fā)過(guò)程中的一個(gè)劣勢(shì)就是性能優(yōu)良的苗頭分子的“一票難求”，這在開(kāi)發(fā)小分子GLP-1R激動(dòng)劑上顯得尤為明顯。
進(jìn)入臨床的三款GLP-1R直接激動(dòng)劑
2007年，上海藥物所王明偉課題組篩選了將近5萬(wàn)個(gè)化合物后，得到了首個(gè)體內(nèi)有效的GLP-1R小分子激動(dòng)劑Boc516。然而，這個(gè)化合物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且藥代性質(zhì)不佳，經(jīng)口服給藥（小鼠: 250 mg/Kg; 大鼠: 20 mg/Kg）后，其血藥濃度極低17。而為了開(kāi)發(fā)小分子替代藥物，輝瑞更是在篩選了280萬(wàn)個(gè)化合物之后，才得到了一個(gè)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的候選藥18，其中的艱難可想而知。雖然道路坎坷，目前有3款小分子GLP-1R直接激動(dòng)劑準(zhǔn)備進(jìn)入/進(jìn)入臨床試驗(yàn)。
1. OWL833
OWL833是由日本中外制藥開(kāi)發(fā)的小分子GLP-1R激動(dòng)劑，其預(yù)測(cè)的人體內(nèi)的口服生物利用度為30%，半衰期約為18小時(shí)。此外，經(jīng)口服給藥后，不僅可以降低食蟹猴的血糖水平，并且可以降低其食物的攝入量19。2018年9月27日，禮來(lái)宣布與日本中外制藥達(dá)成一項(xiàng)交易，前者以5000萬(wàn)美元的首付款獲得OWL833的全球開(kāi)發(fā)和商業(yè)化權(quán)益。然而，至今尚沒(méi)有OWL833進(jìn)入臨床試驗(yàn)的消息。
2. PF-06882961
如前所述，輝瑞在付出了巨大的努力之后，最終在2017年將小分子GLP-1激動(dòng)劑PF-06882961推上了臨床試驗(yàn)。在今年6月份的美國(guó)糖尿病協(xié)會(huì)科學(xué)年會(huì)上，輝瑞公布了PF-06882961的一項(xiàng)I期臨床研究結(jié)果（NCT03538743）20。結(jié)果顯示，在患有2型糖尿病的患者中，聯(lián)合二甲雙胍，每天2次給藥PF-06882961（從10 mg/Kg至120 mg/Kg），持續(xù)28天之后，給藥組空腹血糖和24小時(shí)內(nèi)平均血糖水平均有下降。更為重要的是，給藥組的體重有了明顯的減輕（從2.4 Kg到7.9 Kg不等），而且副反應(yīng)都較溫和，最常見(jiàn)的仍是胃腸道副反應(yīng)。粗略的來(lái)看，高劑量組（70 mg/Kg和120 mg/Kg組）僅僅在4周的時(shí)間內(nèi)，減重方面的效果就可以與注射型索馬魯肽（給藥時(shí)長(zhǎng)為30周至104周不等）相媲美21，前景可期。目前，PF-06882961正在開(kāi)展II期臨床試驗(yàn)，期待它的好結(jié)果。
3. TTP273vTv
Theraputics（前身是TransTech Pharma）是一家位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州的臨床研究階段的生物醫(yī)藥公司，公司目前專注于用小分子藥物來(lái)治療未被滿足的臨床需求，包括阿爾茲海默病、糖尿病和炎癥性疾病。早在2012年，這家公司就有一款小分子GLP-1R激動(dòng)劑TTP054進(jìn)入了臨床研究（NCT01665352）。
結(jié)果顯示，每天1次口服給藥（從200 mg至800 mg）后，其HbA1c水平下降1%且整體上TTP054是安全且耐受的。然而在2015年公司戰(zhàn)略性重新評(píng)估后，他們放棄了TTP054，而是選擇將活性和安全性更加優(yōu)異的第二代候選藥TTP273繼續(xù)推上II期臨床試驗(yàn)22。TTP273的II期臨床試驗(yàn)在2017年已經(jīng)結(jié)束。據(jù)C&EN報(bào)道，在試驗(yàn)劑量下，臨床結(jié)果顯示藥物是安全的，然而在降低HbA1c水平和體重方面的結(jié)果并沒(méi)有達(dá)到公司的預(yù)期23。
此外，今年1月份發(fā)表在《自然》（Nature）上的一篇文章顯示，TTP273的臨床阻礙在于難以找到最優(yōu)的給藥劑量24。晶體結(jié)構(gòu)顯示，TTP273類似物TT-OAD2與GLP-1R的結(jié)合位點(diǎn)與GLP-1明顯不同，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和功能實(shí)驗(yàn)顯示TT-OAD2是一個(gè)別構(gòu)的、偏向（cAMP偏向）型GLP-1R激動(dòng)劑。以前的計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示TTP273是一個(gè)別構(gòu)的、偏向型激動(dòng)劑25。2017年12月，國(guó)內(nèi)的華東醫(yī)藥以800萬(wàn)美元的首付款購(gòu)買了TTP273包括中國(guó)和其他16個(gè)環(huán)太平洋國(guó)家在內(nèi)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化權(quán)益。華東醫(yī)藥于2019年在國(guó)內(nèi)將TTP273推進(jìn)了臨床，后續(xù)的結(jié)果尚待公布。
在制藥領(lǐng)域，小分子替代大分子永遠(yuǎn)是一個(gè)時(shí)髦的話題。然而小分子藥物相比于大分子藥物的一些優(yōu)勢(shì)能否真正贏得醫(yī)生和患者的心，還需要每一個(gè)新藥研發(fā)者認(rèn)真對(duì)待。小分子GLP-1R激動(dòng)劑的開(kāi)發(fā)走過(guò)了一段很長(zhǎng)的幽暗歲月，如今隨著PF-06882961的I期臨床試驗(yàn)結(jié)果的公布而曙光乍現(xiàn)。下一步，還在路上……
作者簡(jiǎn)介：
Enron Medicine是一個(gè)初入醫(yī)藥研發(fā)職場(chǎng)的醫(yī)藥人，讀博期間養(yǎng)成了閱讀文獻(xiàn)的習(xí)慣，手上做的是化學(xué)，腦子里想的是信號(hào)通路，說(shuō)出來(lái)的都是前人的足跡。希望有生之年可以做出讓老百姓用得起的好藥。
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110102000668（1）號(hào)