陸泓雨，張彥

1.北京大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，北京 100871；2.軍事醫(yī)學(xué)研究院 生物工程研究所，北京 100071

瑞德西韋（Remdesivir）是吉利德科學(xué)公司（Gilead Sciences）正在研發(fā)的一種核苷類似物[1]，2012 年報道其具有抗RNA 病毒活性[2]，此后，更多的體外實驗和動物實驗證明其具有治療埃博拉病毒病[3]、中東呼吸綜合征[4]等RNA 病毒感染的應(yīng)用前景，但在埃博拉病毒病治療的臨床研究中效果不如單克隆抗體而被替換[5]。2020 年1 月31日，《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》在線發(fā)表論文，首次介紹了美國新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）患者在使用瑞德西韋后臨床癥狀迅速減輕的情況[6]。我國于2020 年2 月初批準(zhǔn)進行瑞德西韋抗新型冠狀病毒（2019-nCoV）的臨床試驗[7]。2020 年 3 月23 日，瑞德西韋被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)定為“孤兒藥”，涉及適應(yīng)癥為COVID-19[8]，這將有助于加快其審批進程。

本文主要介紹瑞德西韋的作用機理、設(shè)計原理、合成路線和應(yīng)用情況，以期對這一藥物有一個相對全面的認(rèn)識。

1 藥物結(jié)構(gòu)與作用機理

瑞德西韋，分子式C27H35N6O8P，相對分子質(zhì)量602.576，是一種具有廣譜抗病毒活性的核糖核苷類似物[9]，進入人體細胞后被胞內(nèi)脂酶分解為羧基結(jié)構(gòu)，繼續(xù)分解為單磷酸腺苷，磷酸化為三磷酸腺苷，參與并影響病毒RNA 復(fù)制的過程而發(fā)揮抗病毒作用。其結(jié)構(gòu)式及體內(nèi)轉(zhuǎn)化過程見圖1。

瑞德西韋的抗病毒作用原理是通過磷酸化后形成的三磷酸核苷類似物被RNA 聚合酶識別，參與病毒基因組的合成，而瑞德西韋經(jīng)過修飾的糖基會引起病毒RNA 空間空間構(gòu)象的變化，阻止磷酸二酯鍵的形成致使鏈合成的終止[1]，即通過抑制RNA 依賴性的RNA 聚合酶（RNA-dependent RNA-polymerases，RdRp）活性從而發(fā)揮作用，此機制已經(jīng)被證明是其抗埃博拉病毒的原因[4]。

2 合成路線研究

2.1 藥物設(shè)計路線

藥物設(shè)計的第一步是設(shè)計并篩選能與靶向目標(biāo)互作的活性物質(zhì)，具體到病毒則是篩選能抑制病毒生長活性的核苷類似物。目前已可利用人工智能和機器深度學(xué)習(xí)輔助完成這一步[10]。經(jīng)過實驗篩選發(fā)現(xiàn)化合物A（圖2）有抑制活性，其主要結(jié)構(gòu)特征有二：母核為鳥嘌呤類似物，戊糖與母核的C9 經(jīng)C-C 鍵相連[11]。與正常鳥苷的CN 鍵相比，這種C-C 鍵結(jié)構(gòu)既可以使1′位取代的化合物更穩(wěn)定，也可以使其磷酸化后成為RdRp的底物，從而插入病毒的RNA 鏈。經(jīng)過對化合物A 及其結(jié)構(gòu)相似的化合物進行細胞實驗，發(fā)現(xiàn)與其結(jié)構(gòu)相似的化合物對病毒活性較弱，說明化合物A 的活性和選擇性在篩選的化合物中都呈優(yōu)化狀態(tài)，構(gòu)效關(guān)系相對嚴(yán)格[1]。

然后需要對選定的化合物A 進行前藥修飾。核苷類藥物插入RNA 鏈中抑制病毒的復(fù)制需要發(fā)生3 次磷酸化反應(yīng)才能活化，而第1 個磷酸化反應(yīng)是限速步驟，對起效和作用強度影響最大。為此將一個磷酸基團與核糖的5′位相連，這樣有利于直接進行后2 步磷酸化反應(yīng)，利于發(fā)揮藥效。在插入磷酸基團后，其負電荷會影響藥物分子的極性，降低藥物的體內(nèi)運輸能力。為此用非極性前藥進行遮蔽，形成化合物B 的一般結(jié)構(gòu)（圖3）[11]。最后對取代基進行優(yōu)化，經(jīng)過動物實驗篩選，得到了瑞德西韋的最終結(jié)構(gòu)。

2.2 合成路線

目前瑞德西韋主要有2 條合成路線（圖4、5）。2 條線路的前半部分合成核苷類似物（Nuc）的方法相同，都是由帶有保護基團的內(nèi)酯（化合物1）和鹵化的氨基氮雜吲哚（化合物2）為原料反應(yīng)生成化合物3，然后通過一步取代反應(yīng)生成化合物4，去保護基生成核苷。合成的后半部分路線上，第一代直接合成得到的化合物7a 是消旋體，需要高效液相色譜法進行分離才能得到單一構(gòu)型化合物；第二代方法在核苷基礎(chǔ)上先形成縮醛對順式鄰二醇進行保護形成化合物5，再與化合物6 反應(yīng)生成單一構(gòu)型化合物7。

圖1 瑞德西韋結(jié)構(gòu)式及其體內(nèi)轉(zhuǎn)化過程[4]

圖2 化合物A 的結(jié)構(gòu)[11]

圖3 化合物B 的結(jié)構(gòu)[11]

2.3 討論與評價

瑞德西韋上述2 條合成路線的主體思路是相同的，其合成步驟基本相似，第二代合成路線相比于第一代主要是在細節(jié)上的優(yōu)化，包括反應(yīng)條件與催化劑的重新選擇、基團的保護與手性合成的優(yōu)化。

在第一步糖基化步驟中，使用碘代物取代第一代方法中的溴代物，并使用格氏試劑進行鹵素交換，使產(chǎn)率達到40%，并且溫度和試劑選擇更溫和，有利于大規(guī)模生產(chǎn)；第二步反應(yīng)在大于95∶5 的投料比的條件下可以獲得85%的產(chǎn)率，并且加入三氟甲磺酸（TfOH）是促進高產(chǎn)量和高選擇性的關(guān)鍵；BCl3處理對芐基的去保護作用較好，使化合物4 易于結(jié)晶分離；2，2-二甲氧基丙烷在H2SO4存在的情況下可以使羥基化合物的保護率達到90%，并且經(jīng)研究消旋的化合物9 在異丙醚作為溶劑重結(jié)晶的情況下得到單一構(gòu)型化合物6（圖6），高產(chǎn)的化合物5 與單一構(gòu)型的6 進行反應(yīng)，再進行脫保護反應(yīng)就可以順利得到高產(chǎn)率的單一構(gòu)型的最終化合物[3]。上述反應(yīng)條件的優(yōu)化直接導(dǎo)致了產(chǎn)率的提高和產(chǎn)量的增加。

圖4 瑞德西韋的第一代合成路線[3]

圖5 瑞德西韋的第二代合成路線[3]

圖6 制備單一構(gòu)型化合物6 的過程[3]

此外，第二代合成線路通過選擇更優(yōu)質(zhì)和特異性更高的反應(yīng)物、控制反應(yīng)條件（溫度、溶劑等）、進行立體化學(xué)設(shè)計等方法，實現(xiàn)了對合成線路的優(yōu)化，從而提高反應(yīng)選擇性、降低反應(yīng)成本、提高產(chǎn)率，可以在實驗室進行百克級合成[3]，甚至達到了工業(yè)批量生產(chǎn)的要求，為未來的臨床研究和臨床使用做好準(zhǔn)備。

作為一種研究時間較短的在研藥品，目前對瑞德西韋的研究特別是合成研究尚不充分，第二代合成路線還會有改進的空間，如何改進其合成路線也會是一個值得研究的問題。通過不斷優(yōu)化反應(yīng)條件并創(chuàng)造新的半合成、全合成路線，甚至借助人工智能與深度學(xué)習(xí)對藥物的設(shè)計、合成進行優(yōu)化，都會讓合成路線的效率和產(chǎn)率得到進一步提高。

3 藥物應(yīng)用研發(fā)進展

瑞德西韋作為一種具有廣譜抗RNA 病毒活性的藥物，在預(yù)防和治療RNA 病毒病上有著廣泛的應(yīng)用。在COVID-19 出現(xiàn)前，其已經(jīng)完成了多項動物活體實驗和臨床試驗，主要是針對埃博拉、中東呼吸綜合征等病毒。

針對埃博拉病毒，瑞德西韋在體外實驗和靈長類動物實驗中體現(xiàn)出抑制病毒復(fù)制的活性[4]，但在臨床試驗中被單克隆抗體替換，原因是后者死亡率更低[12]。

針對中東呼吸綜合征，小鼠實驗證明瑞德西韋有比較好的對非人哺乳動物的治療效果，預(yù)防性和治療性用藥均可改善肺功能，降低肺病毒載量，減輕肺病理學(xué)損傷[5]。這也是在COVID-19 暴發(fā)后選擇瑞德西韋進行臨床試驗的原因之一。

瑞德西韋已經(jīng)被證明可以在體外有效抑制新近出現(xiàn)的2019-nCoV[13]，并且在美國的1 例COVID-19 臨床治療中產(chǎn)生了一定的效果[6]，證明其可能在人體內(nèi)具有抗2019-nCoV 活性。在中國，瑞德西韋已經(jīng)開始進行針對COVID-19 的臨床試驗，但目前尚沒有結(jié)果證實或證偽其可以作為 抗 2019-nCoV 藥 物 使用[14]。

4 結(jié)語

通過對瑞德西韋分子設(shè)計方法的研究，討論了藥物分子的穩(wěn)定性與化學(xué)鍵、成鍵基團等多種因素的關(guān)系，討論了藥物的體內(nèi)反應(yīng)條件和物理化學(xué)性質(zhì)在藥物設(shè)計中的重要影響，對掌握藥物設(shè)計的一般規(guī)律有指導(dǎo)意義。通過對瑞德西韋2條合成路線的討論，明確了改變反應(yīng)條件和立體化學(xué)在有機合成中間的重要作用，對實驗室有機合成和進行工業(yè)生產(chǎn)都具有重要的指導(dǎo)意義。