作者：强森
阿哌沙班是直接因子Xa（factor Xa, FXa）压制剂，作为抗凝剂，用于飞扬非瓣膜性房颤患者中风与浑身性栓塞的风险，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日获欧洲药物解决局（EMA）容许上市，之后于2012年12月28日获美国食物药品办理局（FDA）准予上市，于2012年12月25日获得日本医药品医疗器械解析机构（PMDA）应允上市，于2013年1月22日获得中国食物药品监视打点局（CFDA）准予上市。
在刚才过去的2018，环球药品销冠军如故是大分子单抗药物修美乐（固然离200亿美元只差了一点点），Top2种类为小份子药物，但已再也不是来那度胺，而是抗凝药物FXa胁制剂阿哌沙班。阿哌沙班不只跨越了同靶点首个药物利伐沙班，更是一举获得2018全世界小份子药物发卖NO.1，云云成绩让业界吃惊！而在其对面，这个份子是如何得到的，其历程更加卓越！
1、药物靶点FXa
Xa因子是凝血级联反应中的一个蛋白水解酶，功能是将凝血酶原转酿成凝血酶，它的必要性在于通过外延机制或外来刺激激发凝血过程的末了枢纽。FXa作为酶分子具有放大效应，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克制剂也被认为是更有用率的抗血栓药。FXa是胰卵白酶样的蛋白酶，直接压制FXa的活性，从而克服凝血酶的天生，阻断血栓形成和凝血。FXa不影响血小板功能，可高涨流血的风险，在感导机制上优于凝血酶按捺剂和抗血小板紧凑药物。
图1. FXa与阿哌沙班彼此感召的X-ray
别的，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?，用于抉择性髋部或膝全变迁手术病人VTE的预防等。
结构上，1998年拜耳公司劈头劈脸组建团队开发小份子FXa榨取剂（FXa压榨剂开首源于水蛭），颠末高通量筛选（数十万级别），失去苗头化合物布局，再经由历程一系列的优化，终极获取利伐沙班。
而进一步对比看伐沙班和阿哌沙班的机关，会发明阿哌沙班在机关上绝对不是得多古板同类靶点药物的me-too、me-better，而是经历了多种机关改造、骨架跃迁等操纵，最终获得了新型FXa按捺剂。
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，这个过程波及多种原理和方式，如骨架跃迁、电子等排、份子拼合对接等，行使难度大、工作繁芜！前期工作与大有部分药物发现的方针不异，即前进活性！
普筛→芳脒化合物
起先，多家公司报道了针对FXa的双馨香脒类抗血栓化合物，杜邦公司经由历程挑拣IIb/IIIa受体拮抗剂（该公司曾深化研讨）对FXa的活性，发明以下化合物对FXa的Ki值为38.5μmol·L?1，但结构为单芳脒化合物。
图3.普筛失去的单芳脒布局
单芳脒结构→双芳脒机关
在其时，双芳脒构造为支流机关，经由将左侧四氢异喹啉丁酮酸片段换成苯脒，同时进一步窥察化合物对凝血酶(越强越好)和胰蛋白酶(越弱越好)的感化，讨论决议性活性。
图4.单芳脒到双芳脒组织的演变
双芳脒组织+异噁唑环取代
为高涨份子柔性，将异噁唑环与酰胺之间的亚甲基拆除，同时在异噁唑环上引入含羰基的侧链，但没有突破性停留。
图5.引入含羰基侧链
双芳脒布局→联苯结构
逆“大流”，将双芳脒机关改成联苯，后缔造，联苯基与FXa的结合腔S4是由Trp215、Tyr99与Phe174等氨基酸残基造成的疏水腔。份子摹拟与FXa的结合特征解释，磺酰基的氧原子与Tyr99发生较强的氢键结合，且抉择性很高。
图6.引入联苯构造
联苯片段+近端苯环优化+侧链酯基变换
固定间位脒基、异噁唑环的乙酸甲酯基，考查中间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，在动物的血浆中有相等比例的游离酸具有，该游离酸对FXa的体内活性显明低于未水解的酯。
图7.近端苯环优化+侧链酯基变换
异恶唑环→吡唑环
异噁唑啉不是芳香环，含有手性碳原子，同时证实5-位的碳链对活性影响不大，进而用吡唑变迁异噁唑，活性未变，同时利便合成。后以吡唑构造为美化新初踪（IC50也曾达到0.13 nM）。
图8.吡唑环的引入
吡唑-CH3& -CF3化→活性&选择性
3-甲基取代的吡唑化合物，对FXa的打败活性提高了1个数量级，3-三氟甲基取代的吡唑化合物，活性更强。少数化合物有较低的断根率散播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。分子组织中含有碱性较强的脒基(pKa为10.7)，在体内分子带有正电荷，不容易过膜吸收，因而口服吸引差。一小部分解合物PK/PD数据以下。
图9.从活性扩大到更多药学素质
3、候选化合物确凿定
DPC-423
苄胺接替苯脒布局，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，优化药代+药效的总成果。
由于低落了份子的碱性，增进了过膜吸引性。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用度最佳、半衰期长达7.5 h，用家兔音讯脉分流血栓形成模子测定的ID50= 1.1 μmol·公斤?1·h?1，IC50= 0.15 μmol·L?1。给予这些活性数据与药代能源学性子，杜邦公司必定了候选化合物，编号为DPC-423，进入开辟。
图10.DPC-423化学组织
雷扎沙班
构效相关研究抒发：DPC-423的甲磺酰基变换成氨磺酰基后，其活性未变，决定性进步了，但过膜性显然消沉，系因增进了分子极性的理由；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，增多了助溶基团，行进了过膜性，但也是以与血浆蛋亮的结合率>97%，也是活性消沉的缘故原由；为调整药代、坚持活性强度与抉择性，宜用1-(2-甲基咪唑)基取代；变换咪唑环上的取代基，羟甲基与氨甲基大概因极性强而消沉活性；最终发现雷扎沙班（razaxaban），以盐酸盐形式进行临床研究，口服预防与医治深度静脉栓塞疾病。
图11.雷扎沙班化学机关
BMS740808
思考到酰胺键可在体内被水解成吡唑甲酸和联芳胺，后者具有潜在的致突变感化的风险，因而需要抗御孕育发生毒性的警醒结构，基于组织变换最小准则，将酰胺环合到吡唑环上，形成并合的杂环构造，以前进代谢不乱性。
将雷扎沙班的氨基苯并异噁唑与杂环并合吡唑毗连，合成了一类新的化合物，构效关系总结下列：（1）变换远端苯环上的叔胺基，二甲胺甲基与3-R-羟基四氢吡咯活性最强，体内抗凝浸染也最强。（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接替，活性低沉。比格犬的药代动力学研讨抒发，以下化合物具有最好的实质，即BMS740808。
图12.BMS740808化学构造
4、阿哌沙班的降生
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美化组合，从体外 FXa 活性、决意性、体内抗凝浸染与药代性质等多维度发展优化，以确定更优组织。
将苯甲醚、吡唑并二氢吡啶酮、联苯叔胺等优势片断拼接起来，变换吡唑环上的取代基，合成系列化合物。个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，都有较高的活性与决意性，体内抗凝感化显著强于BMS740808，示意这些基团可以移植在分歧的母核上。相对对比，下图化合物具有良好的药代动力学素质、较低的断根率(CL = 0.32L·公斤?1·h?1)、半衰期t1/2为5.6 h，口服生物利费用F=100%，因而将氨甲酰基静止，进一步优化。
图13.氨甲酰结构的固定
在发展上述构造优化中，另一个同时钻研的是探寻远端苯环取代基的变换对活性影响，发现单苯环的对位N-甲基乙酰氨基取代是独特的，因为游离氨基或其他相关的基团活性都很差，暗指，酰化的仲胺应是染指结合的须要基团。
氨甲酰基取代和候选物确实定纠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，失去下述化合物，体外降服FXa和体内抗凝血感化以及选择性都很强。对人体的蛋白酶和肝脏CYP的活性很弱，如远端苯环含内酰胺机关化合物与肝微粒体温孵的半衰期>100 min，Caco-2细胞的过膜性也尤为高，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%。终归，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
阿哌沙班的份子机关设计过程，堪称千锤百炼！在初期获得多个活性尤其非常好的化合物时，并未冒进，急于拓荒，而是持续对活性进行研讨，以期为后续的成药性组织改造打下匮乏就义活性的“量”！
其布局改造的情理和门径看似广谱，实则浮现出很赞的有机结合程度，尤其是跨越了利伐沙班的骨架结构以趁初期苗头化合物的双脒构造，这类斗胆摒弃“经典布局”的举止关于海内药物分子的启迪来讲很具有率领含义。
参考：
1. Design and synthesis of isoxazolinederivatives as factor Xa inhibitors. J Med Chem.1999. DOI:10.1021/jm980406a.
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3-(trifluoromethyl)-1H-pyrazole-5-carboxamide(DPC423), a highly potent, selective, and orally bioavailable inhibitor of blood coagulationfa首席技术官r Xa. 2001. DOI: 10.1016/S0030-
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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 factor 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直接打败剂的钻研近况及应用. 2018.
