礼来重磅药物：替尔泊肽 (tirzepatide) 合成工艺赏析
文摘
科学
2024-07-08 09:15
四川
替尔泊肽（tirzepatide）是礼来公司研发并成功上市的一种新型的GIP（胃抑制多肽）和GLP-1（胰高血糖素样肽-1）双受体激动剂，靶向治疗糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）和慢性体重管理，半衰期为116.7小时。在2022年获批治疗糖尿病后，又于2023年11月在美国获得减肥批准。一项大型临床试验报告称，使用该药的人体重最多减轻了21%。该分子由39个氨基酸的肽骨架和残基Lys20处的侧链组成。在39个氨基酸中，37个是天然存在的（或编码的），两个是非天然存在的，位于位置2和13的非编码氨基异丁酸残基。图片来源：Org. Process Res. Dev. 为了获得双重活性，替尔泊肽不仅融合了来自GLP-1和GIP的氨基酸残基，还使用了一些独特的氨基酸残基。其多肽构建主要来自GLP-1、GIP、艾塞那肽和司美格鲁肽，少数残留是独特的。本期小编就给大家介绍一下最近爆火的礼来重磅药物：替尔泊肽(tirzepatide)的合成工艺研究，目前许多方法已用于制造合成多肽，适当合成方法的选择通常基于分子特征，如非编码氨基酸的存在、非肽侧链的存在和存在的氨基酸数量。生物合成：通常用于大分子（如单克隆抗体）的重组技术也可以应用于较小的肽。在这种方法中，将外部DNA移植到大肠杆菌或哺乳动物（中国仓鼠卵巢，CHO）细胞株中，并由细胞合成肽。开发时间通常比典型的合成方法长，但该方法已成功用于半合成肽（如：semaglutide、insulin degludec和利拉鲁肽）。该方法的两个缺点是：（1）难以引入非DNA序列编码的氨基酸；（2）引入非肽侧链需要重组后的合成修饰。- 固相肽合成（SPPS）。已被证明对许多中分子有效（如：利西那肽和艾塞那肽），包括在合成过程中使用非编码氨基酸。不幸的是，对于较大的肽（通常>30个氨基酸），SPPS通常存在低工艺产率和低纯度的问题，并且由于需要在没有错误的情况下进行大量的连续单元操作（对于>30个核酸的肽，估计失败率为20%），因此具有显著的生产风险。
- 液相肽合成（LPPS）。该方法类似于SPPS，只是生长的肽不与树脂结合，并且肽的C末端是非反应性酰胺或受保护的酯。该方法可以很好地用于较小的肽（≤10个氨基酸）合成，但随着肽变大，产率和纯度迅速下降。
- SPPS/LPPS混合方法。这种方法通过SPPS制造高纯度的较短肽片段以及具有良好特征的沉淀中间体，避免了较长SPPS构建所固有的许多制造风险和纯度问题。然后，将受保护的片段在液相中偶联。
SPPS/LPPS混合方法结合SPPS和LPPS的优缺点，是一个不错的选择。为了实现混合方法过程，首先是选择将通过LPPS合成的适当片段。片段选择的关键考虑因素是肽长度、片段总数、断开点处氨基酸的同一性和侧链。片段的大小和数量是重要的，因为许多较小的片段虽然纯度高，但会导致具有更多LPPS步骤的更繁琐的制造过程。更少的大碎片，同时具有更少的制造负担，本质上更难以以更高的制造风险获得高纯度。平衡这些考虑，礼来的研究人员选择了四个片段用于合成替替尔泊肽。对于断开点，一个关键方面是每个片段中C末端氨基酸的差向异构性，因为与SPPS构建中使用的Fmoc保护的氨基酸相比，酰胺主链使α-立体中心更容易发生差向异构。在探索了各种片段后，选择了四个片段（下图 2−5）。所有四个片段都是通过SPPS合成，是易于分离的固体，可以获得极高纯度（97.5−99.5%纯度）。图片来源：Org. Process Res. Dev. 接下来，通过四步LPPS，将片段2-5偶联到一起。第一步：连接前两个片段2和3，分别代表氨基酸30−39和22−29。预先制备2和3在二甲基亚砜（DMSO）和乙腈（ACN）中的单独溶液、在ACN中的PyOxim和纯二异丙基乙胺，并在进入塞流式反应器（PFR）27之前流动在一起，进行在线混合以确保均匀性；第二步：得到的氨基酸22−39（化合物6）接着与片段4偶联，得到氨基酸15−39（化合物7）；第三步：得到的氨基酸15−39（化合物7）与片段5偶联得到Boc保护的替尔泊肽；图片来源：Org. Process Res. Dev. 纳滤（Nanofiltration）是一种基于膜的技术，其中溶液的溶解物可以根据分子量和疏水性进行分离。粗反应溶液通过膜，去除小分子量杂质（如二苯并富烯（DBF）、二乙胺（DEA）和PyOxim相关副产物（PyO）），同时保留所需肽，其中孔径的选择是非常重要的，并且需要平衡低通量（如果孔径太小）与肽损失（如果孔径过大）。基于这样一种技术，可以大规模生产中简化许多操作。感兴趣的童鞋可以阅读左下方原文链接。图片来源：Org. Process Res. Dev. 由于替尔泊肽是纯化学合成，关于替尔泊肽原料药的相应企业就不少，竞争也较为激烈，目前，替尔泊肽原料药是由合全药业在国内生产，并运往国外制成制剂。由于化学合成的成熟性和大量的CRO厂商，与司美格鲁肽相比，小编相信替尔泊肽将会有更大的产能。参考文献：Org. Process Res. Dev. 2021, 25, 1628−1636
