撰文| Enron Medicine
小分子藥物的發(fā)展由來已久，現(xiàn)代制藥行業(yè)從1930s年代脫胎于染料行業(yè)以來，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批準用于治療非小細胞肺癌的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)等領域內發(fā)揮了巨大的作用。
大分子藥物（包括多肽類和蛋白質類）中多肽類藥物的發(fā)展時間軸幾乎與小分子藥物并行，其最初主要是從天然來源中分離出一些活性多肽物質（如在1921年從牛的胰腺中提取胰島素用于糖尿病的治療）來進行所謂的“替代療法”，即往體內輸入外源性的活性物質來補充體內某種活性物質的缺乏或缺失的一種療法1。而蛋白質類藥物則發(fā)展相對較晚，但卻發(fā)展迅速。在1970s年代初期，起源于斯坦福大學的DNA重組技術使得人們可以將基因引入不相關的有機體之中來表達目標蛋白,而這項技術也為蛋白質藥物的發(fā)展鋪平了道路2。直到1982年，第一款蛋白質類藥物Muromonab CD3才被獲批上市，它是一款鼠源性的、靶向CD3的抗體藥物，用于器官移植時急性排斥反應的治療。
優(yōu)良苗頭化合物一票難求
在新藥研發(fā)的過程中，小分子藥物相比于大分子藥物而言存在一個天然的劣勢，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，而已有的化合物庫都是來源于天然產(chǎn)物的分離純化或人工合成，它們有很多局限性，化合物的性能質量參差不齊，從中找到理想的苗頭分子需要耗費大量的時間和金錢。而多肽類藥物的苗頭分子大多是基于已知的體內活性物質（目前也有通過篩選多肽類分子庫3或噬菌體展示技術來找到苗頭分子的發(fā)現(xiàn)策略），作為一個苗頭分子，它的性能質量很高。
蛋白質類藥物，尤其是抗體類藥物，則是通過模擬自然界的親和力成熟過程來主導整個發(fā)現(xiàn)階段，這個過程對起始抗體的性能質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篩選和評價體系。
GLP-1是一類腸促胰島素激素，顧名思義，它是由腸道的內分泌細胞合成釋放并進入體循環(huán)的一類多肽類激素，其主要作用靶點是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。
如在胰腺中，活化的GLP-1R可促進b細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（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，GLP-1R激動劑有許多潛在功能，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的下游信號分子豐富多樣、受體活化形式多樣（比如存在時空多態(tài)性5）和組織表達的差異化等因素，目前靶向GLP-1R的策略包括：直接激動劑、正向別構調控劑和偏向激動劑。其中正向別構調控劑通過靶向受體的別構位點，使得受體轉為活性構象的能壘降低，從而可以增強內源性的低活性GLP-1R激動劑（如GLP-1(9−36)NH2）或人工合成的小分子直接激動劑的生理活性。偏向激動劑的目標是得受體活化之后更多的招募Ga蛋白而不是b-Arrestin，從而最大化的增強其促胰島素分泌的能力6。目前，正向別構調控劑和偏向激動劑仍處于早期的研究階段，尚沒有化合物進入臨床階段，本文不再贅述，下文專注于GLP-1R的直接激動劑。
GLP-1R直接激動劑的發(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，人們就開始嘗試利用GLP-1來治療2型糖尿病7。然而遺憾的是，GLP-1在體內易被DPP-4降解失活，導致其半衰期約為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批準上市，它們在給藥周期、安全性和有效性等方面都各有不同。國內方面，仁會生物在2016年獲批了一款短效的GLP-1R激動劑貝那魯肽（其實就是人工合成的GLP-1(7-36)），用于餐時的血糖控制。其次就是豪森制藥于2019年獲批的聚乙二醇洛塞那肽，它也是首款國產(chǎn)的長效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)生風險（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類似物后會出現(xiàn)胃腸道副反應（如惡心、嘔吐和腹瀉），雖然相比于短效的GLP-1類似物而言，長效的GLP-1類似物的腸道副反應發(fā)生率更低，但是它仍然是限制其使用劑量的關鍵因素6。
突圍：更優(yōu)安全性和有效性
小分子激動劑替代多肽類GLP-1類似物一個明顯優(yōu)勢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。然而這個優(yōu)勢在安全性和有效性面前，患者會不會為之買單呢？此外，去年9月份索馬魯肽的口服片劑已上市，增加了這個優(yōu)勢能否成立的不確定性。因此，小分子GLP-1R激動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，最終可能會起到更優(yōu)的減輕體重的效果。當然，小分子GLP-1R激動劑的安全性和有效性，需要更多藥理學上和臨床數(shù)據(jù)來證實。
小分子GLP-1R激動劑的開發(fā)起步早，但進展緩慢。由于GLP-1R屬于B類GPCR，這類GPCR的特點是有一個較大的N端胞外域，其正構位點呈面積較大的、較深的V狀結構，而且受體需要發(fā)生特定的構象改變才能活化，因此開發(fā)小分子GLP-1R激動劑是一件相當困難的事情15。如前所述，小分子藥物研發(fā)過程中的一個劣勢就是性能優(yōu)良的苗頭分子的“一票難求”，這在開發(fā)小分子GLP-1R激動劑上顯得尤為明顯。
進入臨床的三款GLP-1R直接激動劑
2007年，上海藥物所王明偉課題組篩選了將近5萬個化合物后，得到了首個體內有效的GLP-1R小分子激動劑Boc516。然而，這個化合物的結構復雜且藥代性質不佳，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。而為了開發(fā)小分子替代藥物，輝瑞更是在篩選了280萬個化合物之后，才得到了一個進入臨床試驗的候選藥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直接激動劑準備進入/進入臨床試驗。
1. OWL833
OWL833是由日本中外制藥開發(fā)的小分子GLP-1R激動劑，其預測的人體內的口服生物利用度為30%，半衰期約為18小時。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，禮來宣布與日本中外制藥達成一項交易，前者以5000萬美元的首付款獲得OWL833的全球開發(fā)和商業(yè)化權益。然而，至今尚沒有OWL833進入臨床試驗的消息。
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激動劑PF-06882961推上了臨床試驗。在今年6月份的美國糖尿病協(xié)會科學年會上，輝瑞公布了PF-06882961的一項I期臨床研究結果（NCT03538743）20。結果顯示，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小時內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），而且副反應都較溫和，最常見的仍是胃腸道副反應。粗略的來看，高劑量組（70 mg/Kg和120 mg/Kg組）僅僅在4周的時間內，減重方面的效果就可以與注射型索馬魯肽（給藥時長為30周至104周不等）相媲美21，前景可期。目前，PF-06882961正在開展II期臨床試驗，期待它的好結果。
3. TTP273vTv
Theraputics（前身是TransTech Pharma）是一家位于美國北卡羅來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激動劑TTP054進入了臨床研究（NCT01665352）。
結果顯示，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22。TTP273的II期臨床試驗在2017年已經(jīng)結束。據(jù)C&EN報道，在試驗劑量下，臨床結果顯示藥物是安全的，然而在降低HbA1c水平和體重方面的結果并沒有達到公司的預期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。晶體結構顯示，TTP273類似物TT-OAD2與GLP-1R的結合位點與GLP-1明顯不同，結合實驗和功能實驗顯示TT-OAD2是一個別構的、偏向（cAMP偏向）型GLP-1R激動劑。以前的計算機模擬和實驗結果也顯示TTP273是一個別構的、偏向型激動劑25。2017年12月，國內的華東醫(yī)藥以800萬美元的首付款購買了TTP273包括中國和其他16個環(huán)太平洋國家在內的開發(fā)和商業(yè)化權益。華東醫(yī)藥于2019年在國內將TTP273推進了臨床，后續(xù)的結果尚待公布。
在制藥領域，小分子替代大分子永遠是一個時髦的話題。然而小分子藥物相比于大分子藥物的一些優(yōu)勢能否真正贏得醫(yī)生和患者的心，還需要每一個新藥研發(fā)者認真對待。小分子GLP-1R激動劑的開發(fā)走過了一段很長的幽暗歲月，如今隨著PF-06882961的I期臨床試驗結果的公布而曙光乍現(xiàn)。下一步，還在路上……
作者簡介：
Enron Medicine是一個初入醫(yī)藥研發(fā)職場的醫(yī)藥人，讀博期間養(yǎng)成了閱讀文獻的習慣，手上做的是化學，腦子里想的是信號通路，說出來的都是前人的足跡。希望有生之年可以做出讓老百姓用得起的好藥。
參考文獻
1. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2018, 26, 2700–2707.
2. Drug Discovery Today. 2015, 20, 393-398.
3. Mol Cancer Ther. 2015, 14, 480–490.
4. Trends Endocrinol metab. 2016, 27, 427-438.
5. Biochem Soc Trans. 2016, 44, 582–588.
6. Nature Communications. 2018, 9:1602.
7. J Clin Invest. 2017, 127, 4217-4227.
8. Nature Reviews Drug Discovery. 2005, 4, 713 - 714.
9. Circulation. 2017, 136, 849–870.
10. N Engl J Med 2015, 373, 2117-2128.
11. N Engl J Med 2017, 377, 644-657.
12. N Engl J Med 2016, 375, 311-322.
13. N Engl J Med 2016, 375, 1834-1844.
14. J Clin Invest. 2014, 124, 4223-4226.
15. J Biol Chem. 2016, 291, 10700–10715.
16. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104, 943-948.
17. Acta Pharmacologica Sinica. 2012, 33, 148–154.
18. Peptides. 2020, 125, 170225.
19. Diabetes. 2018, 67 (Supplement 1), 1118-P.
20. Diabetes. 2020, 69 (Supplement 1), 353-OR.
21. Diabetes & metabolism. 2019, 45, 409–418.
22. Expert Opin Investig Drugs. 2017, 26, 219-225.
23.https://cen.acs.org/pharmaceuticals/biologics/oral-form-blockbuster-diabetes drug-has-arrived/97/web/2019/12
24. Nature. 2020, 577, 432-436.
25. https://vtvtherapeutics.com/wpcontent/uploads/pdf/GLP1_poster_animation_Keystone_CO_FINAL.pdf
110102000668（1）號