作者：麥積山人

就在情人節當天，中國第一部科幻電影《流浪地球》突破30億票房。影片描述了在不遠的將來太陽急速衰老膨脹，地球面臨被吞沒的滅頂之災，為拯救地球，人類在地球表面建造了上萬座行星發動機，以逃離太陽系尋找新的家園，地球和人類就此踏上預計長達2500年的宇宙流浪之旅。雖然今天的太陽比 45億年前它誕生時要亮 30%，但真正要變成吞沒地球的紅巨星還得20億年！地球滅亡還很遙遠，可是作為藥物研發的ProTide技術才走過24年的光陰，往前走卻面臨很大“專利紅巨星”的吞噬，未來將“流浪”到何方？

01、ProTide技術歷史和現狀——核苷領域已經成為“紅巨星”

1992 年，英國卡迪夫大學藥學院的Christopher McGuigan（1958～2016）教授課題組使用氯代磷酸酯制備齊多夫定(AZT)磷酰胺酯，發現AZT 的這些磷酸鹽衍生物的HIV活性在一些情況下超過母體核苷的抗HIV活性[1,2]。此外, 雖然齊多夫定在細胞系中幾乎無活性(EC50=100μM), 但是取代的磷酰胺酯的活性高10倍（EC50=10μM）。他們把這項技術命名為ProTide（US6455513）。這是一項通用的技術平臺，自公開以后對滲透性差的核苷類藥物研發產生了重大影響，包括誕生了兩個抗丙肝病毒和乙肝病毒的革命化治療的超級重磅炸彈——索非布韋(Sofosbuvir)和替諾福韋艾拉酚胺(Tenofovir Alafenamide)。

利用ProTide技術上市和在臨床的藥物

為何通過由一個芳香取代基模體和一個氨基酸酯組成氨基磷酸酯前藥就能將核苷類似物更加方便和有效地傳輸進入細胞內呢？這要從其作用機制說起：核苷類藥物進入細胞后在酶的作用下經三步磷酸化，得到具有生物活性的三磷酸衍生物而發揮藥效，其中單磷酸化是限速步驟，因此通常在核苷類藥物中直接引入單磷酸或磷酸酯基團[3]。早期設計的磷酸或磷酸酯衍生物因其極性大難以通過細胞膜，磷-氧鍵代謝穩定性較差等限制了應用。而ProTides技術成功的關鍵就是對核苷和核苷酸的母體結構在糖羥基的位置上用磷酸化的方式引入芳氧基和氨基酸(如L-丙氨酸)而形成磷酰胺酯, 即芳氧基磷酰胺三酯(Aryloxy phosphoramidate triesters)。其在體內經兩步酶反應解離釋放原型化合物：首先酯基經酯酶水解，帶負電的羧基親核進攻磷酸基團形成不穩定的五元環中間態；后者在水分子等親核進攻下開環生成磷酰胺代謝產物；隨后組氨酸三聯體核苷酸結合蛋白1（HINT-1）介導該代謝物的磷-氮（P－N）鍵的斷裂釋放單磷酸或磷酸酯原型化合物。

芳氧基磷酰胺酯前藥的作用方式

基于上述特點，從1990年到2018年，學術界和制藥界對于ProTide前藥技術的熱情高漲，包括吉利德、默克、諾華、葛蘭素史克和羅氏等制藥巨頭在內的眾多藥企都在ProTide前藥技術領域進行了專利布局，相關的研究論文數也呈逐年遞增趨勢。但另一方面，由于 ProTide技術過于單純，加之各藥企和科研機構對專利的大量布局，很難在再形成創造性的專利，甚至引發了一些專利糾紛（如Merck&Co訴Gilead Sciences的索非布韋侵權案）。

1992-2018年發表的ProTide文章數

02、流浪到星辰大海——非核苷藥物領域

既然核苷類藥物已經成為應用ProTide技術的一顆“紅巨星”，稍有不慎還會陷入專利官司，再一頭扎進去顯然不是明智之舉。那么路在何方呢？當然是浩瀚如星辰大海的非核苷類藥物領域了，這是避開這些技術壁壘最直接的方式[4]。基于這一思路，近年來許多非核甘酸類ProTide藥物應運而生，包括治療骨關節炎的葡萄糖胺單磷酸1-3 [5]、抗癌小分子單磷酸4-6[6]、泛酸激酶依賴型神經退行性疾病藥物7[7]、S1P受體調節劑8[8]、6-PGDH抑制劑9[9]以及酪氨酸磷酸類似物10[10]。這些藥物的研究數據同樣顯示了其相比原型藥物更好的口服吸收和穩定性。顯然，這些只是非核苷類藥物中的冰山一角，數量龐大的PK不佳的這類藥物和正在研發的化合物將有待ProTide技術去改善。

ProTide技術在非核苷類藥物上的應用

參考文獻：

1.McGuigan, C.; Pathirana, R. N.; Mahmood, N.; Hay, A.J.Bioorg. Med. Chem. Lett. 1992, 2, 701.

2. Cahard, D.;McGuigan, C.; Balzarini, J. Mini. Rev. Med. Chem. 2004, 4,371.

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4. Ashwag S.Alanazi, Edward James, and Youcef Mehellou. ACS Med. Chem. Lett. 2018,DOI: 10.1021/acsmedchemlett.8b00586.

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6. Lentini, N. A.;Foust, B. J.; Hsiao, C. C.; Wiemer, A. J.; Wiemer, D. F. J. Med. Chem. 2018, 61,8658−8669.

7. Elbaum, D.;Beconi, M. G.; Monteagudo, E.; Di Marco, A.; Quinton, M. S.; Lyons, K. A.;Vaino, A.; Harper, S. PLoS One 2018, 13, e0192028.

8. James, E.;Pertusati, F.; Brancale, A.; McGuigan, C. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017, 27,1371−1378.

9. Ruda, G. F.;Alibu, V. P.; Mitsos, C.; Bidet, O.; Kaiser, M.; Brun, R.; Barrett, M. P.;Gilbert, I. H. ChemMedChem 2007, 2, 1169−1180.

10. Miccoli, A.;Dhiani, B. A.; Mehellou, Y. MedChemComm 2018, DOI:10.1039/C8MD00244D.