曲貝替定：首個來源於海洋的抗腫瘤藥物

上世紀八十年代末，Brian Bingham還在讀博士。他每個月都會背起行囊前往佛羅里達群島。在那些環繞在小島四周的紅樹林里，有著這位海洋生物學家一直在研究的海洋生物海鞘 (sea squirts)，而這裡也是研究海鞘最好的地方。

海鞘能夠在海水中搖曳的紅樹林根繫上繁殖、生長。Bingham小心地將樹木的根系根系用熒光粉色的帶子系好進行標記，以便他下一次來的時候他依然可以找到他們。他每個月都會對樹木的根系進行拍照，記錄該區域海鞘群體的變化。

然而有一天，當Bingham將小船停靠在岸邊時，他發現一群潛水員正忙著打撈海鞘，將它們裝進袋子里。

Bingham覺得很疑惑，當時知道加勒比海鞘 (Ecteinascidia turbinate)這種生物的人並不多，為何現在會有這麼多人開始在紅樹林里搜集這種海鞘呢？

曲貝替定的誕生

上世紀五六十年代，美國國家癌症研究所進行了一系列的篩選項目，對植物以及海洋生物的生物活性進行篩選，而加勒比海鞘提取物的生物活性篩選也是該項目的一部分。

1969年，科學家首次發現加勒比海鞘的乙醇粗提物具有抗腫瘤活性。但由於當時條件的限制，海鞘素(ecteinascidins)的分離和結構鑒定還要等到很多年之後才完成。

1990年，伊利諾伊大學的KL Rinehart實驗室從加勒比海鞘中分離出了六種海鞘素，而其中一種海鞘素曲貝替定的提取產率最高(0.0001%)。

曲貝替定

後續的研究發現曲貝替定作用機制比較獨特。與紫杉醇以及艾日布林抑制微管的作用機制不同，曲貝替定能夠通過結合DNA來阻止細胞分裂：兩個稠合的四氫異喹啉環能夠與DNA小溝的特定序列產生相互作用並與之產生共價結合，使DNA的雙螺旋產生異常，並干擾TC-NER系統中XPG蛋白的正常功能，從而誘發DNA雙鏈斷裂並導致細胞死亡。

曲貝替定與DNA-XPG複合物結合

西班牙製藥公司 PharmaMar 大約在1994年從伊利諾伊大學購買了曲貝替定的專利權。之後他們開始嘗試從養殖的海鞘中提取曲貝替定。PharmaMar養殖了250噸的加勒比海鞘，但由於分離純化過程複雜，這種提取方法的產率極低，每噸加勒比海鞘中只能提取不到一克的曲貝替定。

雖然產率極低，但臨床前研究所需的曲貝替定並不多，因此從養殖的海鞘中提取曲貝替定也能夠滿足當時的需求。然而在1997年，由於PharmaMar決定將曲貝替定推進至臨床研究，他們必須進行更大規模的海鞘養殖才能保證足夠的化合物供應。

與此同時，Rinehart也在考慮如何進行化合物的全合成，因此他請求哈佛大學的化學家E. J. Corey 幫忙。

曲貝替定除了作用機制比較獨特之外，其複雜的三圍分子結構也一直讓化學家們非常著迷。1994年Corey讓他實驗室的博士後David Gin嘗試進行全合成研究。兩年之後，Gin完成了這項工作。

Corey曾經說曲貝替定全合成的成功是一次壯舉，而這項研究也使Gin在學術領域獲得了無限榮耀。

該全合成策略1996年在JACS上發表。該合成路線將曲貝替定的化學結構分成四個片段，並利用曼尼希反應來構建該化合物的骨架結構。全部合成路線包括36步，總收率為0.72%。

曲貝替定逆合成路線分析

之後哈佛大學將全合成相關專利賣給了PharmaMar。對於PharmaMar來說，如果沒有全合成的成功後續的臨床開發將會變得極其困難。

臨床前動物模型實驗顯示曲貝替定具有廣泛的抗腫瘤活性，儘管如此，研究人員當時也並沒有在臨床前研究階段發現軟組織肉瘤對曲貝替定的敏感性。而在臨床I期研究中，研究人員發現軟組織肉瘤患者在使用曲貝替定之後能夠產生應答或者疾病穩定，臨床II期研究也再一次確證了曲貝替定對於軟組織肉瘤治療的有效性。

但到了III期臨床研究的時候，PharmaMar再一次面臨了來自於化合物供應的壓力。雖然Coley實驗室所提供的全合成路線能夠提供足夠的藥物以完成早期的臨床開發，但該合成路線難以放大，即使是供應III期臨床的需求也很困難，更不用提產品上市之後的工業化生產。因此當時的PharmaMar不得不去尋找其他藥物合成方案。

1999年，PharmaMar的科學家Carmen Cuevas團隊找到了一種高效的化合物合成方案。他們使用熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）的生物發酵生產抗生素safracin B，該分子擁有與海鞘素類似的稠環結構。

使用safracin B為起始原料能夠很大程度上簡化Corey合成路線。從safracin B出發，經過21步反應即可得到最終的產物曲貝替定，總收率為0.96%。

艱難的工業化生產

基於safracin B的半合成策略暫時解決了曲貝替定的放大合成過程中所遇到的障礙，為產品上市鋪平了道路。

2007年曲貝替定 (Yondelis)獲得歐盟批准用於治療軟組織肉瘤。軟組織肉瘤發病率大約為1.28/10萬-1.72/10萬，占成人全部惡性腫瘤的0.73％- 0.81％，佔小於15歲的兒童全部惡性腫瘤的6.5％。

外科手術是軟組織肉瘤唯一可獲得根治的，最重要的治療手段，但依然有為數眾多的肉瘤患者需要進行化療。比如病理高級別的軟組織肉瘤患者，初診時10％已發生了轉移，而且即使腫瘤局部控制良好，術後仍有40％ - 50％的患者會出現局部複發，大於50％的患者會發生遠處轉移。

曲貝替定的上市為那些蒽環類和IFO藥物治療失敗的患者，以及不適合這些藥物治療的晚期軟組織肉瘤患者提供了新的治療選擇。

2015年，曲貝替定獲得了FDA批准上市，用於接受過蒽環類藥物治療的患有不可切除或轉移脂肪肉瘤或平滑肌肉瘤患者的治療。除了軟組織肉瘤，曲貝替定也在歐洲，加拿大等地區獲得了監管機構批准用於治療鉑類藥物敏感的複發性卵巢癌。

儘管Cuevas團隊在曲貝替定上市之前通過半合成策略暫時解決了產品放大合成的問題，但在產品上市之後曲貝替定的工業化生產依然面臨很多障礙，依然存在包括質量控制在內的諸多尚未完善解決的技術難點。這也是導致曲貝替定上市之後其全年產量仍然維持在很低水平的重要原因。

除此之外，safracin B的發酵單位低，產品本身穩定性差，每噸發酵液只能提取數百克的safracin B，而且後續的半合成反應路線仍然超過20步，總體合成收率低於1%，因此該半合成策略也同樣存在很大的優化空間。如何提高總收率，縮短反應路線，減少保護基以及n-Bu3SnH等有毒試劑的使用仍然是工業化生產探索過程中需要解決的問題。

博瑞生物醫藥是全球範圍內極少數的幾家在該領域進行探索並克服工業化生產障礙的製藥公司，並將於近期遞交曲貝替定的DMF (drug master file)。

很多來源於海洋的天然產物具有非常新穎的化學結構和獨特的藥理作用機制，但通過天然產物的提取分離來獲得用於藥物開發過程所需的化合物往往非常低效。對於這些結構複雜的天然產物而言，化合物的全合成或半合成很有可能成為制約相關藥物研發的一個很關鍵的因素。

但對於結構複雜的藥物來說，即使打通全合成路線，藥品上市之後的工業化生產往往也需要克服非常多的技術障礙。能夠完成結構如此複雜的藥物的工業化生產，對於製藥公司而言絕非易事。

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