GS氨基酸(科学家揭示黑素皮质素受体的激活机制)

科普作家Bethany Halford在博客上详细讲述了辉瑞的重磅COVID-19口服抗病毒药Paxlovid的开发过程，这个发现过程是个精彩绝伦的科学故事。

我一直对抗病毒小分子充满兴趣，所以我十分关注这些药物的开发，并一直在微博上报道。我之前讲过开发历经十几年的HIV重磅抗病毒药—HIV衣壳抑制剂GS-6207的发现过程。而这里的高活性抗病毒药Paxlovid的开发，只用了不到两年。其开发过程可以说是抗病毒小分子药物研发的另一个典范。我虽然对药物化学很感兴趣，但毕竟不是药化出身，希望学药化的同行指正。

Paxlovid可将COVID-19住院或死亡的风险降低88%，并且这是目前唯一可以降低病毒载量的小分子抗病毒药。随着高度传染性Omicron突变株导致COVID-19病例在世界范围内激增，医生们希望Paxlovid能成为一些患者的生命防线。上个月底FDA授权了Paxlovid的紧急使用（EUA），联邦政府立刻购买了2000万个疗程的药物。辉瑞宣布计划在今年进行1.2亿个疗程的生产，并寻求FDA的全部通过。

这个药物开发的故事开始于2020年3月13日，辉瑞美国麻省剑桥分布的英国裔药物化学家Dafydd Owen被要求在家上班（WFH），那时辉瑞关闭了大量办公室和实验室，并要求员工在家上班。而Owen的经理让他在家筹划开发抗病毒小分子，以应对疫情。Owen作为资深的药物化学家从英国剑桥大学获得有机合成博士学位，并在辉瑞公司工作了22年。11年前他移居美国，进入辉瑞的麻省剑桥分部。他擅长药物化学最经典的药物，酪氨酸激酶药物的高通量筛选（HTS）及开发。酪氨酸激酶靶点药物的开发，是药物化学领域最经典的开发案例，Janet Rowley发现慢性粒细胞白血病患者有异位形成的费城染色体表达酪氨酸激酶，瑞士诺华公司的靶向酪氨酸激酶的药物格列卫（Gleevec，imatinib）的开发故事被传颂了几十年

在这里之所以要谈格列卫，是因为开发抗病毒和开发抗肿瘤小分子药物具有共性，就是药物往往针对病毒和肿瘤的异常的酶结构，根据酶分子的构象设计和筛选药物。Owen之前没有开发过抗病毒药，对从头开发一种抗病毒药毫无头绪，但是他的酶化学及HTS经验赋予了他独特的创新视角。在周末疯狂补习抗病毒药物开发的同时，辉瑞公司决定优先开发SARS-CoV-2的主要蛋白酶3CL（Mpro）。

3CL的主要功能是切割病毒的复制酶replicase多蛋白pro-protein，经3CL切割后的replicase才具有功能。辉瑞之所以选择该靶点进行开发，主要是因为在2002-2003年非典疫情中，辉瑞开始开发SARS抗病毒药PF-00835231，PF-00835231的靶点是SARS-CoV的蛋白酶。PF-00835231始终没有进行临床试验，因为PF-00835231临床前开发时，SARS疫情已经结束。

PF-00835231是一个药物化学中的多肽类小分子药物，其富含氢键，具有极性表面，无法被肠道吸收，因此要将其改造成为口服SARS-CoV-2药物需要进行一系列化学修饰。这便是Owen团队面临的最大挑战。Owen最终于2020年4月重返实验室，在之后的13个月，他在家里设置了临时办公室，主要设计和讨论如何使PF-00835231及其抗病毒衍生物获得口服特性，其中一个策略是消除氢键供体，Owen团队由此运用了系统化学修饰，逐一消除氢键供体，再检测消除氢键后的每一个化合物的功能。该团队从PF-00835231中消除的第一个氢键供体是α-羟甲基酮。该位点与3CL中的半胱氨酸发生共价反应，因此药化专家推断他们可以将其替换为不是氢键供体的不同反应基团。他们选择了两个系列的化合物：一个具有苯并噻唑-2-基酮作为反应基团，另一个含有腈的反应基团。 直到药物活性实验接近尾声，化学家才在两者之间进行选择。

另一个重要的氢键供体位于PF-00835231的亮氨酸部分。Owen团队决定用可以消除N-H健的环状氨基酸替换该部分。为了实现类亮氨酸结合，该基序还具有一个带有两个甲基的稠合环丙基环。计算机辅助药物设计表明该结构将插入酶结合位点。而幸好这种设计有个先例：先灵葆雅曾在丙型肝炎（HCV）抗病毒药物boceprevir中使用过它。

这个化学修饰实际上是该工作最关键的部分。Owen评价说环化是有机合成中的大决战，它直接这个药物设计的成败，因为一旦分子环化后，化学修饰无法再改变分子构象。事实证明，这一设计是成功的，但代价是消除氢键后，该分子与蛋白酶口袋中的甘氨酸结合减弱，造成了药物活性的降低。为了恢复与甘氨酸的相互作用，研究团队将PF-00835231的吲哚进行了各种置换尝试，包括甲磺酰胺、乙酰胺和三氟乙酰胺。 这三个分子看起来很相似，但只有三氟乙酰胺的置换产物能被肠道吸收。