新型药物模态：共价生物制剂

2024-06-10

上市批准

来源：药渡撰文：哥哈骎编辑：哦呼共价药物并不是新鲜事物，以1899年开始使用的阿司匹林为滥觞，人们就已经开始了对共价药物的上下求索。所谓共价药物，指的是药物配体上存在亲电基团（通常被称作warhead，弹头），与受体上的亲核基团发生共价反应，产生较为稳固的共价键型配体-受体加合物。这个过程既可以是可逆的，也可以是不可逆的。比如阿司匹林，它的乙酰水杨酸结构中的乙酰基团可以与受体丝氨酸蛋白酶中的丝氨酸侧链羟基发生共价反应，产生的乙酰基丝氨酸导致了蛋白酶活性的丧失。共价药物的主要优点在于它的起效快和剂量低。除此之外，很多受体由于不具备良好的口袋结合域，而被认作undruggable（不可成药）。在这种情况下，很难通过合理的非共价结合来靶向这种不可成药的受体。但共价药物的出现，为这些不可成药受体参与的致病过程提供了解决的曙光。关于小分子和多肽类共价药物图1显示了共价药物的发展历程，从1899年开始使用的抗炎药阿司匹林，到2019年批准的镰状细胞并疗法Voxelotor，共价药物在进入新世纪后实现了快速发展，尤其是一干tinib酪氨酸激酶抑制剂抗肿瘤药物，其特征性的丙烯酰胺等亲电弹头结构表明了它们的共价药物身份（图2）。图1. 共价键药物发展历史图（红色结构为亲电弹头）图2. 带有丙烯酰胺亲电弹头结构的“替尼布”类酪氨酸激酶抑制剂药物化学结构（绿色结构为丙烯酰胺亲电弹头）随着小分子共价药物发展壮大的，是多肽类共价药物。以Covid-19药物Paxlovid Covid-19药物Paxlovid中的活性成分nirmatrelvir为代表。nirmatrelvir靶向3C样蛋白酶（3C-like protease，3CLPRO，亦称Mpro），这个蛋白酶对于裂解SARS-CoV-2病毒的刺突S糖蛋白起关键作用。抑制了Mpro蛋白酶的生理功能，就有可能阻断病毒感染健康细胞的途径。Nirmatrelvir上的亲电弹头氰基，可以与Mpro蛋白酶上的Cys145残基侧链的巯基作用，形成thioimidate（硫代亚胺酸酯），从而完成共价键的形成并抑制Mpro蛋白酶的生物活性（图3）。图3. Paxlovid活性成分nirmatrelvir共价抑制剂作用机理示意图多肽共价药物还包括丙肝疗法特拉匹韦（telaprevir）、波西普韦（Boceprevir）和Narlaprevir等（图4）。图4. 共价多肽抗丙肝病毒药物化学结构（红色结构为亲电弹头）共价生物制剂如果说小分子和多肽分别代表共价药物发展历程的第一和第二阶段，那么共价生物制剂的出现则将共价药物推到了一个崭新的阶段。对于分子量相对较小的蛋白质药物（普通抗体的十分之一），它们会较快通过肾脏被清除。对于开发这样的蛋白质药物疗法，共价生物制剂是一种潜在有效的途径。共价生物制剂的设计不仅充分利用了抗体等药物通常具有的选择性和特异性，而且还充分规避了小型生物制剂的致命弱点，即高清除率。尽管抗体在治疗实体瘤方面取得了巨大成功，但它们由于所谓的屏障效应而难以穿透实体瘤。实体肿瘤通常具有致密且复杂的细胞外基质（ECM），这是一种由蛋白质和其他分子组成的网络，为细胞提供结构支持。这种致密的ECM会物理上阻碍抗体在肿瘤组织中的移动。这意味着抗体可能难以渗透到肿瘤部位，它们倾向于与更靠近表面的受体结合。除此之外，肿瘤内部的血管通常结构异常，功能也不正常。这些异常的血管会导致血流不畅，并增加肿瘤内部的间质压力，使得抗体难以顺利到达肿瘤深处。针对这种挑战，研究人员选择较小的蛋白质生物制剂，可以更有效地递送到目标细胞。共价生物制剂融资最新进展 Enlaza Therapeutics最近获得了1亿美元A轮融资，促进其进一步开发专有的共价蛋白技术，并支持其新兴产品线进入临床。Enlaza的目标是就是将共价药物引入生物疗法。Enlaza的融资由摩根大通资产管理公司私募资本部门的生命科学集团牵头，投资者包括Frazier Life Sciences，Avalon Ventures，Lightspeed Venture Partners和Samsara BioCapital等。两年前，Enlaza以6100万美元的种子轮融资首次亮相公众。共价生物制剂未来展望将传统的ADC转化为相应的共价药物模式，正好针对了ADC的主要缺陷，即药物有效载荷不稳定性所导致的提前释放，以及由此产生的不良反应。制药领域主要通过开发专一性更高的接头来解决这一问题，但共价药物也是另外一个维度上的潜在解决方案。 Enlaza希望利用其War-Lock技术将共价因素引入生物制剂。以更安全、更耐受、可以更频繁地用药且剂量更低的下一代蛋白质疗法形象出现。War-Lock技术将具有扩展化学功能的非天然氨基酸融入蛋白质药物中，使药物与其靶点之间形成共价键。这些专有的氨基酸残基可以整合到任何蛋白质形式中，而不会影响所需靶标的治疗特异性。共价生物制剂在循环中不结合时靶标时，它是暂时惰性的。只有在特定靶标参与时，化学反应才会被激活，从而在药物和靶标之间形成共价键。Enlaza为其肿瘤候选药物生成了临床前数据。有效的肿瘤渗透、快速的系统清除、高结合率和低脱靶成为了这些共价生物制剂的背书。Enlaza目前已经开发了一系列共价蛋白药物。除了针对肿瘤学之外，Enlaza 还希望进军自身免疫疾病领域。共价生物制剂可以通过抑制细胞外配体和受体之间的蛋白质-蛋白质相互作用来抑制病原体对细胞的感染并破坏各种信号传导。例如有几种适体靶向检查点蛋白，将共价弹头引入这些适体中可能会产生相应的共价生物药物，这些药物可以干扰癌细胞用来逃避免疫系统清除的免疫检查点机制。这种共价生物药物比传统的抗体小得多，可能能够更好地浸润实体癌，而实体癌对单抗类型的检查点抑制剂疗法反应较差。除了检查点蛋白外，许多在病理上起到关键作用的分子一直是传统单抗疗法的靶标，而许多这些靶标都有相应适体。这些适体尚未应用于转化医学，因为它们在体内易于被核酸酶消化以及快速被肾脏清除，但可以通过引入共价弹头的方式将其转换为有效的共价生物制剂。单抗疗法对许多医学领域产生了巨大影响，尤其是肿瘤学领域。对于抗体药物的改进可以升级此类药物在肿瘤学疗法开发中的地位和作用，同时规避抗体药物的一些内在缺陷（尤其是分子体量造成的问题）。共价生物制剂由于其对目标靶标的高特异性和亲和力，具有替代抗体药物，包括新型的ADC药物的潜力。然而由于可能产生长期和不可逆的副作用，此类模态的药物尚未被广泛接受，目前没有任何一款共价生物制剂药物上市。但由于多点分子识别机制，共价生物药物可以严格结合靶蛋白，并改善小分子共价药物的缺陷。可逆共价生物药物，尤其是适体类药物，应该可以最大程度地减轻不可逆共价键合造成的潜在不良反应。此外，共价生物药物可以像抗体一样提高体内半衰期，这是通过共价结合靶蛋白以及对核酸酶/蛋白酶更高的稳定性所决定的。相信在不久的将来，共价生物药物会作为一种全新的药物模态出现在医药领域，提供与抗体，ADC和其它生物制剂正交的功效，就像替尼布类共价小分子肿瘤药物一样，将生物制剂的功效在原有的基础之上实现升级。编者按：目前，共价生物制剂领域正迎来前所未有的发展机遇。Enlaza Therapeutics等创新型企业纷纷获得大额融资，推动共价药物技术的研发和临床应用。未来，随着共价药物技术的不断成熟和完善，我们有理由相信，这类药物将在更多领域发挥重要作用。参考文献 Enlaza Nets $100M to Advance Covalent Biologics Platform. Inside Precision Medicine. 01. 05. 2024. Peter, R. M. Covalent biologics: a new class of drugs on the horizon. Labiotech. 30. 05. 2024. Yang, J. et al. bioTCIs: Middle-to-Macro Biomolecular Targeted Covalent Inhibitors Possessing Both Semi-Permanent Drug Action and Stringent Target Specificity as Potential Antibody Replacements. nt. J. Mol. Sci. 2023, 24(4), 3525; https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.3390/ijms24043525 专栏作者哥哈骎南开大学本科、硕士，德国比勒菲尔德大学博士。多肽化学、多肽API GMP生产专家、欧洲制药公司首席科学家；拥有Lean Six Sigma黑带认证；著有专著《Side Reactions in Peptide Synthesis》。 *声明：本文仅是介绍医药疾病领域研究进展或简述研究概况或分享医药相关讯息，并非也不会进行治疗或诊断方案推荐，也不对相关投资构成任何建议。内容如有疏漏，欢迎沟通指出！点击下方“药渡“，关注更多精彩内容成药性差? 一文带你了解一种新型强效具口服VHL配体如何杀出重围！难溶性药物增溶的底层逻辑：弹簧与降落伞一文速览：2024年ICH最新指南发布动态及我国适用清单点击蓝字关注我们