作者：强森
阿哌沙班是直接因子Xa（factor Xa, FXa）榨取剂，作为抗凝剂，用于飞扬非瓣膜性房颤患者中风与全身性栓塞的风险，也可用于预防深静脉血栓（deep venous thrombosis, DVT）的形成。阿哌沙班由辉瑞（Pfizer）与百时美施贵宝（Bristol-Myers Squibb，BMS）联合研发，于2011年5月18日获欧洲药物打点局（EMA）批准上市，以后于2012年12月28日获美国食物药品用意局（FDA）批准上市，于2012年12月25日获得日本医药品医疗东西阐发机构（PMDA）同意上市，于2013年1月22日获得中国食品药品照管经管局（CFDA）核准上市。
在刚才过去的2018，环球药品销冠军仍旧是大份子单抗药物修美乐（尽管离200亿美元只差了一点点），Top2种类为小分子药物，但已不再是来那度胺，而是抗凝药物FXa压抑剂阿哌沙班。阿哌沙班不光超越了同靶点首个药物利伐沙班，更是一举获得2018举世小份子药物发卖NO.1，如此成绩让业界受惊！而在其迎面，这个份子是若何获取的，其过程更加卓越！
1、药物靶点FXa
Xa因子是凝血级联反响中的一个卵白水解酶，功能是将凝血酶原更换成凝血酶，它的需要性在于颠末内涵机制或外来刺激激发凝血历程的末了关头。FXa作为酶分子具有缩小效应，一个FXa份子可以将上万个凝血酶原经水解而激活成凝血酶，因而， FXa压榨剂也被以为是更有服从的抗血栓药。FXa是胰卵白酶样的卵白酶，直接压榨FXa的活性，从而压迫凝血酶的生成，阻断血栓形成与凝血。FXa不影响血小板功能，可消沉流血的风险，在浸染机制上优于凝血酶抑制剂与抗血小板结纳药物。
图1. FXa与阿哌沙班相互感化的X-ray
另外，咱们来看看同靶点首个上市药物-利伐沙班。
利伐沙班，拜耳公司研发的一种口服药物，2008年在加拿大与欧盟率先上市，2009 年在我国上市，商品名为拜瑞妥?，用于决意性髋部或膝全替换手术病人VTE的预防等。
组织上，1998年拜耳公司最先组建团队垦荒小份子FXa克制剂（FXa打败剂开头源于水蛭），通过高通量遴选（数十万级别），失去苗头化合物结构，再经由历程一系列的美化，终极得到利伐沙班。
而进一步对比看伐沙班和阿哌沙班的构造，会发现阿哌沙班在结构上相对于不是得多传统同类靶点药物的me-too、me-better，而是阅历了多种布局改造、骨架跃迁等行使，最终取得了新型FXa克服剂。
图2.利伐沙斑&阿哌沙班的布局差异
2、从苗头化合物到候选化合物
从苗头到候选再到阿哌沙班，这个过程触及多种事理与方法，如骨架跃迁、电子等排、份子拼合对接等，利用难度大、任务庞杂！后期工作与大有部分药物创造的指标相通，即前进活性！
普筛→芳脒化合物
起先，多家公司报导了针对FXa的双芳香脒类抗血栓化合物，杜邦公司通过筛选IIb/IIIa受体拮抗剂（该公司曾深刻研究）对FXa的活性，发明以下化合物对FXa的Ki值为38.5μmol·L?1，但机关为单芳脒化合物。
图3.普筛获取的单芳脒构造
单芳脒组织→双芳脒构造
在那时，双芳脒构造为干流组织，经由将左侧四氢异喹啉丁酮酸片段换成苯脒，同时进一步考察化合物对凝血酶(越强越好)与胰蛋白酶(越弱越好)的作用，找寻抉择性活性。
图4.单芳脒到双芳脒机关的演变
双芳脒构造+异噁唑环取代
为低沉份子柔性，将异噁唑环与酰胺之间的亚甲基除去，同时在异噁唑环上引入含羰基的侧链，但不有冲破性进展。
图5.引入含羰基侧链
双芳脒机关→联苯结构
逆“大流”，将双芳脒结构改成联苯，后创造，联苯基与FXa的结合腔S4是由Trp215、Tyr99与Phe174等氨基酸残基构成的疏水腔。分子仿照与FXa的结合特征评释，磺酰基的氧原子与Tyr99发生较强的氢键结合，且决议性很高。
图6.引入联苯布局
联苯片段+近端苯环美化+侧链酯基变换
静止间位脒基、异噁唑环的乙酸甲酯基，考查两头的芳环对活性的影响；同时，由于布局中含有酯基，在体内会发生水解，在植物的血浆中有相称比例的游离酸具有，该游离酸对FXa的体内活性明显低于未水解的酯。
图7.近端苯环美化+侧链酯基变换
异恶唑环→吡唑环
异噁唑啉不是馨香环，含有手性碳原子，同时证实5-位的碳链对活性影响不大，进而用吡唑改换异噁唑，活性未变，同时利便合成。后以吡唑构造为优化新起点（IC50已经到达0.13 nM）。
图8.吡唑环的引入
吡唑-CH3& -CF3化→活性&决意性
3-甲基取代的吡唑化合物，对FXa的打败活性前进了1个数目级，3-三氟甲基取代的吡唑化合物，活性更强。大都化合物有较低的肃清率漫衍容积与较长的半衰期，但口服生物利用度低于5%，未能到达口服给药的申请。份子布局中含有碱性较强的脒基(pKa为10.7)，在体内份子带有正电荷，不容易过膜排汇，因而口服吸收差。一小部分解合物PK/PD数据以下。
图9.从活性扩展到更多药学素质
3、候选化合物的必定
DPC-423
苄胺庖代苯脒布局，活性略弱于脒基化合物1-2个数量级，但因脒基具有pM水平的高活性，经得起活性的消减，以弥补过膜排汇性，美化药代+药效的总成果。
由于低沉了分子的碱性，增长了过膜吸收性。在苄胺化合物中，吡唑环上有三氟甲基取代、联苯的近端苯环2位被氟取代、远端苯环4-甲磺酰基取代的化合物的口服生物利费用最佳、半衰期长达7.5 h，用家兔音讯脉分流血栓形成模型测定的ID50= 1.1 μmol·千克?1·h?1，IC50= 0.15 μmol·L?1。给以这些活性数据和药代动力学性质，杜邦公司必然了候选化合物，编号为DPC-423，进入启示。
图10.DPC-423化学布局
雷扎沙班
构效干系研究解释：DPC-423的甲磺酰基变换成氨磺酰基后，其活性未变，决议性前进了，但过膜性显著飞扬，系因添加了份子极性的来由；远端苯环换成吡啶环，活性未变，过膜性仍较低；用咪唑、四氢吡咯或吗啉置换远端苯环，增进了助溶基团，提高了过膜性，但也因而与血浆卵白的结合率>97%，也是活性飞扬的起因；为调解药代、保持活性强度与选择性，宜用1-(2-甲基咪唑)基取代；变换咪唑环上的取代基，羟甲基与氨甲基梗概因极性强而消沉活性；最终发明雷扎沙班（razaxaban），以盐酸盐模式进行临床研讨，口服预防与医治深度静脉栓塞疾病。
图11.雷扎沙班化学构造
BMS740808
思索到酰胺键可在体内被水解成吡唑甲酸与联芳胺，后者具有隐蔽的致渐变感召的风险，因而需要避免发生发火毒性的警觉布局，基于构造变换最小准则，将酰胺环合到吡唑环上，形成并合的杂环构造，以前进代谢强项性。
将雷扎沙班的氨基苯并异噁唑与杂环并合吡唑毗连，合成为了一类新的化合物，构效相干总结下列：（1）变换远端苯环上的叔胺基，二甲胺甲基和3-R-羟基四氢吡咯活性最强，体内抗凝劝化也最强。（2）在近端苯环的邻位引入氟原子，比响应的化合物活性弱。（3）3-羟基四氢吡咯R构型活性比其S构型强3倍，体内抗凝活性也强于S构型。（4）吡唑环上的三氟甲基用甲基庖代，活性飞腾。比格犬的药代能源学研究解释，以下化合物具有最好的本质，即BMS740808。
图12.BMS740808化学布局
4、阿哌沙班的诞生
候选物为化合物DPC423、雷扎沙班、BMS740808，下一步是将这些片断作进一步的优化组合，从体外 FXa 活性、决定性、体内抗凝劝化与药代素质等多维度发展美化，以确定更优机关。
将苯甲醚、吡唑并二氢吡啶酮、联苯叔胺等上风片段拼接起来，变换吡唑环上的取代基，合成系列化合物。此中化合物如甲磺酰基、氨甲酰基、氰基和四唑基等与三氟甲基化合物相比，都有较高的活性与抉择性，体内抗凝作用明明强于BMS740808，示意这些基团可以移植在分歧的母核上。相对对照，下图化合物具有良好的药代能源学实质、较低的断根率(CL = 0.32L·公斤?1·h?1)、半衰期t1/2为5.6 h，口服生物利用度F=100%，因而将氨甲酰基静止，进一步美化。
图13.氨甲酰组织的静止
在发展上述布局优化中，另外一个同时研讨的是探索远端苯环取代基的变换对活性影响，发明单苯环的对位N-甲基乙酰氨基取代是希奇的，因为游离氨基或其他相关的基团活性都很差，暗指，酰化的仲胺应是参加结合的须要基团。
氨甲酰基取代和候选物的肯定改正了三氟甲基过强的脂溶性，结合远端苯环对位N-甲基乙酰氨基取代，获取下述化合物，体外按捺FXa与体内抗凝血劝化以及抉择性都很强。对人体的卵白酶与肝脏CYP的活性很弱，如远端苯环含内酰胺构造化合物与肝微粒体温孵的半衰期>100 min，Caco-2细胞的过膜性也很是高，血浆卵白结合率为87%，家兔抗血栓的IC50=329 nmol·L?1，口服半衰期为5.8 h，口服生物利费用F=58%。结果，咱们的小分子药王阿哌沙班，诞生了！
图14.阿哌沙班终降生
05小结
阿哌沙班的分子构造设计进程，堪称精益求精！在初期获得多个活性非常非常好的化合物时，并未冒进，急于开拓，而是持续对活性发展钻研，以期为后续的成药性结构改造打下充实捐躯活性的“量”！
其构造改造的道理与办法看似广谱，实则体现出很赞的无机结合程度，尤其是跨越了利伐沙班的骨架布局以趁初期苗头化合物的双脒布局，这类大胆抛却“经典组织”的举止对于国外药物分子的开辟来讲很具有带领意义。
参考：
1. Design and synthesis of isoxazolinederivatives as factor Xa inhibitors. J Med Chem.1999. DOI:10.1021/jm980406a.
2. Discovery of 1-[3-(aminomethyl)phenyl]-N-[3-fluoro-2'-(methylsulfonyl)-[1,1'-biphenyl]-4-yl]-
3-(trifluoromethyl)-1H-pyrazole-5-carboxamide(DPC423), a highly potent, selective, and orally bioavailable inhibitor of blood coagulationfactor Xa. 2001. DOI: 10.1016/S0030-
4018(98)00117-5.
3.Structure-based design of novel guanidine/benzamidinemimics:potent and orally bioavailable factor Xa inhibitors as novel anticoagulants. 2003.DOI: 10.1021/jm020578e.
4. Discovery of 1-(4-methoxyphenyl)-7-oxo-6-(4-(2-oxopiperidin-1-yl)phenyl)-4,5,6,7-tetrahydro-1H-pyrazolo[3,4-c]pyridine-3-carboxamide(Apixaban，BMS-562247)，a highly potent，selective，efficacious，and orally bioavailable inhibitor of blood coagulation fa首席技术官r Xa. 2007.DOI: org/10.1021/jm070245n.
5. Discovery of potent, efficacious, and orallybioavailable inhibitors of blood coagulation fa首席技术官rXa with neutral P1 moieties. DOI: 10.1016/j.bmcl.2006.08.027.
6. 阿哌沙班创制的多维美化.郭宗儒
7. 凝血因子Xa直接克制剂的研究现状及应用. 2018.
