小小的氟,大大的能量——把氟的故事讲给你听

健康   2024-12-20 19:48   北京  



如果不是药物化学家的特殊技能,那么,很多有变革性的治疗药物将不复存在。

通过对药物分子结构的改造使之成为更具有所需活性且副作用更小的新药,是新药研发中的点睛之笔。今天,我们走近一个神奇的原子“氟”,来看看它在药物改造过程中的神奇魔力




氟生偶然




氟的故事,要从萤石说起。

1670年,德国人斯瓦恩哈德无意中将萤石与硫酸混合在一起,结果产生了一种具有刺激性气味的烟雾(即氟化氢)。他发现这种生成物能腐蚀玻璃,从而研究出一种不用金刚石或其他磨料也可以在玻璃上刻蚀图案的方法。直到1810年,法国物理学家、化学家安培根据对氢氟酸性质的研究指出,其中可能含有一种与氯相似的元素,他将这种未知的元素称为“(氟)fluorine”。

经过无数科学家的探索、甚至付出生命,世人也终窥得一二氟的奥秘:

在所有碳-卤键中,C-F键的键能是最大的,键能越大,本身的能量越低,破坏键就需要更大的能量,从而稳定性越好。氟原子的极性很强。在酸性基团附近引入氟原子,能够增强分子的酸性,随着氟原子个数的增多,化合物的酸性逐渐增强;在碱性基团附近引入氟原子,则会降低化合物的碱性,从而可以提高化合物的生物利用度。

(CF4与CH4球棍模型)


(碳-卤键键能一览表)


氟原子用自己的魔力,创造出了环保制冷剂,光导纤维,氟橡胶等,在航空、航天、汽车、石油和家用电器等领域得到了一致好评和广泛应用。



氟的力量




随着越来越多的含氟化合物被合成出来,氟原子在化合物中的独特性质也引起了药物化学家的注意,氟原子也常被药化界认为是万能钥匙。


我们来看一个数据,纵观2020年全年,FDA共批准了40个小分子化合药物,其中有13个化合物带有氟原子,占获批药物的32.5%,可见氟原子在药物化学中应用之广泛。


那为什么那么多药物都含有氟原子呢?


因为在潜在的药物分子中,用C-F键替代C-H键可以显著影响与药物相关的生物化学性质,如增强药效。类似地,氟取代可以改变化合物的理化性质,如水溶性和通过细胞膜的能力,从而影响药被吸收进入体内的方式,最后,强的C-F键可以抵抗代谢分解,使药物在体内可以存在更长的时间,从而增强药效。因此,在当今很多药物,包括一些最广泛应用的药物,都含有一个或者多个C-F键,这一点儿也不奇怪了。


在药物分子中引入氟原子或含氟基团可改变药物分子的渗透性、代谢稳定性,调节其pKa及脂溶性,对药物分子的吸收、分布以及与生物靶点的相互作用造成影响,由此逐步成为药物改构的一种常用手段。


氟代后的氢化可的松乙酸酯的活性是氢化可的松乙酸酯本身的10.7倍。值得一提的是,1955年,氟代氢化可的松成为了首个获FDA批准上市的含氟药物,


1957年,Robert Duschinsky博士等人完成了核酸拮抗剂5-氟尿嘧啶的合成、表征及临床测试等一系列研究,为癌症治疗的突破性进展做出了贡献,氟原子的应用也不断在肿瘤领域深根发芽。


以索拉非尼为例,引入一个氟原子的瑞戈非尼明显改善药物代特征与生物学特性:瑞戈非尼是索拉非尼的氟代药物,可以说是索拉非尼新的衍生物。除了VEGFR1-3靶点之外,该药还可以抑制各种癌和肿瘤微环境中的多种激酶,包括TIE-2,RAF-1,BRAFV600,KIT,RET,PDGFR及FGFR,每种激酶单独和联合调控肿瘤的生长、基质微环境的形成及疾病的进展。仅一个氟原子的改变,就使得瑞戈非尼抗肿瘤靶点更丰富,活性更高。


(瑞戈非尼与索拉非尼靶点、IC50值对比)


RESORCE研究结果显示,瑞戈非尼的ORR达到了10%,而索拉非尼的ORR只有2%。ORR翻了5倍,可以称得上是革命性的突破,纵观肿瘤治疗领域,也很难再有ORR有5倍提升的改变,而这个突破仅仅是因为一个小小的氟原子,小小的氟的确有大大的能力。

瑞戈非尼也因其更优的疗效,成功获批肝癌晚期二线适应症,填补了中国肝癌治疗的临床空白。较索拉非尼,瑞戈非尼也成功拓宽肿瘤适应症,成功获批结直肠癌、胃肠道间质瘤适应症,而结直肠癌则是我国发病率最高的癌症之一,仅因为一个氟原子的改变,瑞戈非尼就惠及了更多的临床患者,氟的力量再次印证。

(瑞戈非尼与索拉非尼获批适应症一览)


氟来居上




2020年,首个国产PARP抑制剂——氟唑帕利问世。

氟唑帕利的故事要追溯到2010年,那时PARP还是一个比较新的靶点,不少公司都在尝试在这方面做研究。如何研发出高活性,优良药代吸收并且具有专利性的新分子实体,成为立项之初的首要目标。

药物分子中药效团对性状的发挥是至关重要的,如果说药物研发的本质好比拿药物这把钥匙去开靶点这把锁,那么药效团就是锁齿,而其他修饰的基团则决定了钥匙的性质,长了短了,太硬太软,最终都会影响药物的活性和安全性。经过调研及测试发现,国外同类PARP抑制剂看似有着不错的药效,但在稳定性上还有提升的空间。

如果一个药物存在比较敏感的基团,那么,这个药物一方面在体内容易代谢,另一方面容易引起较大的个体差异。如果病人体内血药浓度波动比较大,那么在临床上整体疗效的发挥会大受影响。

氟唑帕利立项之初就以改善药代吸收为主攻方向。最终发现,用三氟甲基三氮唑结构取代酰胺基团,在完全保留活性的基础上,血药浓度显著提升了5倍,而且动物个体差异很小,继而在非啮齿类动物上也观察到同样现象。作为临床前研究,研发者意识到这是一个潜在的优效产品,临床前景非常广阔。

经过全方位结构筛选,综合活性、药代、理化性状、毒理等综合评价,最终确定氟唑帕利的结构是最佳分子,氟来居上的故事也由此开始。

从氟唑帕利的药代动力学数据可以看到,其稳态血药浓度的峰值(Css,max值)为8450 ng/ml,是同类药物中最高的;不仅如此,氟唑帕利还拥有同类药物中最低的IC50,表现出其超强的亲和能力。


(不同PARP抑制剂IC50,Cmax值对比)



凭借吴令英教授牵头的FZOCUS-1研究,氟唑帕利一线维持治疗晚期卵巢癌患者的适应症获批。2024年11月28日,氟唑帕利用于晚期卵巢癌一线全人群维持治疗的适应症成功纳入医保,进一步提高了我国患者的用药可及性。




在FZOCUS-1研究中:

  • ITT人群,氟唑帕利单药组、安慰剂组分别中位随访21个月、20.8个月。BIRC评估结果显示,数据截止时,氟唑帕利单药组的mPFS尚未达到(意味着大多数患者尚未进展,mPFS一再延长),安慰剂组的mPFS为11.1个月(HR=0.49),显著降低疾病进展或死亡风险达51%;

  • gBRCA1/2突变人群中,氟唑帕利单药组的mPFS尚未达到,安慰剂组的mPFS为14.9个月(HR=0.40),显著降低疾病进展或死亡风险达60%;



  • gBRCA1/2野生型人群中,氟唑帕利单药组和安慰剂组的mPFS分别为25.5个月和8.4个月(HR=0.53),显著降低疾病进展或死亡风险达47%;



  • 氟唑帕利组最常见的≥3级TRAE是贫血(23.4%)、血小板计数下降(12.3%)和中性粒细胞计数下降(10.8%),尚未发生骨髓增生异常综合征(MDS)、急性髓系白血病(AML)。另外,药物治疗的终止率仅为0.7%,是目前终止率最低的PARP抑制剂。



一个小小的三氟甲基带来了巨大的改变,在氟唑帕利身上,我们看到了中国新药研发实力的进步和崛起,更看到了中国原研药物研发者的匠心与理想。


1945年,美国人研制出了世界上第一支加氟牙膏,“含氟牙膏”或许是我们这一代人对“氟”的第一印象,那时我们很多人还是个孩子,不知其然更不知其所以然。如今,氟元素已广泛应用于各行各业,甚至渗透在我们的日常生活中。作为医药人,能够见证甚至参与“氟”在药物改造中的力量,创造科学价值、推动人类健康的发展,这,正是“氟”给予我们的力量。

参考文献(向上滑动查看全部)
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