已上市HIV整合酶抑制劑及其合成介紹

徐靖坤，王瑞，陳小峰，田 磊

（安徽貝克聯(lián)合制藥有限公司，安徽阜陽236626）

1981年，美國紐約和舊金山的醫(yī)生同時發(fā)現(xiàn)一種奇怪病癥，患者被誘發(fā)出現(xiàn)一些常見于有免疫缺陷人群的感染和癌癥。因此該病癥被稱為獲得性免疫缺陷綜合癥（Acquired Immune Deficiency Syndrome），簡稱艾滋病（AIDS）[1]。1984年，美國和法國科學家找到了致病的人體免疫缺損病毒（Human Immunodeficiency Virus，簡稱HIV，亦稱艾滋病毒）[2]。AIDS傳播速度快，死亡率高，如何阻止艾滋病毒入侵免疫細胞，恢復艾滋病患者的健康，一直是醫(yī)藥工業(yè)界的重要課題[3]。

自首個治療HIV藥物齊多夫定（Zidovudine）上市以來，目前用于臨床的HIV藥物主要以核苷/非核苷類逆轉錄酶抑制劑、蛋白酶抑制劑、融合酶抑制劑為主。而整合酶是HIV復制過程中的四個關鍵酶之一[4]。HIV-1整合酶是由病毒的3’端pol基因編碼的含288個氨基酸殘基的蛋白質組成，折疊成3個結構域，即N端（N-terminal） 結構域、核心 （core） 區(qū)域和 C端（C-terminal）結構域[5]。整合酶在人體細胞中沒有同源蛋白，所以整合酶抑制劑極有可能無毒副作用[6]。

HIV通過整合酶將自身的遺傳物質整合到受感染的細胞中，病毒脫氧核糖核酸（DNA）進入宿主基因結合為一體，利用宿主細胞基因復制的功能和原料完成HIV的復制和感染[7]。過去十幾年來，以整合酶為靶點的整合酶抑制劑一直是HIV藥物學家們的研究熱點[8]。以整合酶為靶點，艾滋藥物研發(fā)者開發(fā)出了一系列的整合酶抑制劑，臨床表現(xiàn)良好。其通過抑制HIV整合酶，有效抑制HIV在體內復制，具有較高的選擇性和較低的毒性。

圖1 四種已上市的整合酶抑制劑

經查詢，已作為藥物上市的艾滋病毒整合酶抑制劑一共有四種，分別是拉替拉韋、多替拉韋、埃替格韋和最新的bictegravir（圖1），其或作為單方制劑應用于艾滋病患者，或作為雞尾酒療法——多聯(lián)復方制劑應用于HIV的治療。下面將分別介紹這四種整合酶抑制劑的情況及其化工企業(yè)可行的制備方法，旨在為HIV整合酶抑制劑藥物研究和開發(fā)者提供整理資料和參考依據(jù)。

1 拉替拉韋

第一個被美國FDA（美國食品藥品管理局）批準上市的整合酶抑制劑為拉替拉韋（Raltegravir），商品名為Isentress，由Merck公司開發(fā)，是第一個應用于臨床的HIV-1整合酶抑制劑，于2007年10月份被美國FDA批準上市[9]。2009年7月，拉替拉韋被批準作為治療HIV-1的一線藥物[10]。目前市場上在售的處方類型只有拉替拉韋鉀鹽的單方制劑。臨床試驗證明拉替拉韋在治療成人HIV患者時，已體現(xiàn)出迅速、高效的抗病毒特點。拉替拉韋與其他抗逆轉錄病毒藥物聯(lián)用顯示出良好的療效。但是其本身也存在不足之處，服藥需2次/天，與現(xiàn)有的1次/天的抗艾滋病毒藥物相比，患者日常服藥不夠方便[11]。

圖2 拉替拉韋合成路線

拉替拉韋工業(yè)化的合成路線如圖2[12]。起始原料1（1,6-二氫-5-羥基-1-甲基-2-[1-甲基-1-[（芐氧基羰基）氨基]乙基]-6-氧代-4-嘧啶甲酸甲酯）首先溶解在乙醇溶劑里，與對氟芐胺發(fā)生酯的胺解反應，縮合生成中間體1，中間體1的Cbz（芐氧羰基）保護基在鈀碳、氫氣條件下解離脫除。起始原料2的羧酸鉀鹽基團與草酰氯氯化反應生成酰氯中間體3。最后，中間體2與中間體3在NMM（N-甲基嗎啉）堿與THF（四氫呋喃）溶劑作用下，胺基親核取代氯原子，縮合生成拉替拉韋原料藥。該路線的起始原料、反應試劑商業(yè)可得，并且操作簡單，無特殊復雜操作步驟。反應路線含四步操作，其中有三步反應需要分離純化中間體，符合原料藥申報的相關法規(guī)要求。經進一步的優(yōu)化與雜質研究后，可作為工業(yè)生產路線進行該原料藥的批量生產。

有文獻指出[13]，將中間體2上的羥基用PivCl（三甲基乙酰氯）保護后，可以使反應體系的收率提高，反應干凈，減少了中間體3的用量（圖3），并且PivCl保護基也很容易在后續(xù)反應中脫除。

圖3 拉替拉韋合成路線改進

2 多替拉韋

多替拉韋（Dolutegravir）是由葛蘭素史克（GlaxoSmithKline）和ViiV Healthcare共同研發(fā)，于2013年8月12日獲美國FDA批準上市，之后于2014年1月16日獲歐洲藥物管理局（EMA）批準上市，于2014年年3月24日獲日本醫(yī)藥品醫(yī)療器械綜合機構（PMDA）批準上市，2015年12月30日獲中國國家食品藥品監(jiān)督管理總局（CFDA）批準上市，由ViiV Healthcare負責在美國、歐洲和中國上市銷售，由上述兩家公司聯(lián)合負責在日本上市銷售，商品名均為Tivicay。美國FDA官網上顯示，目前市場上在售含多替拉韋的藥物處方有三種，分別是多替拉韋鈉鹽的單方制劑、阿巴卡韋/多替拉韋/拉米夫定三聯(lián)方復方制劑和多替拉韋/利匹韋林二聯(lián)復方制劑。

多替拉韋的作用機理也是通過阻斷HIV病毒DNA整合至人免疫細胞（T細胞）的遺傳物質中，從而限制HIV的復制。這個過程對HIV周期性復制很重要，也是慢性感染建立的重要環(huán)節(jié)[14]。該藥與其他抗逆轉錄病毒藥聯(lián)用，用于治療成人和12歲及以上青少年及體重至少超過40 kg兒童患者的HIV-1感染[15]。

圖4 多替拉韋鈉合成路線

2018年5月，F(xiàn)DA和EMA提出關于Tivicay的安全警告稱：在受孕時或者懷孕初期接受Tivicay治療的HIV-1感染女性患者，其生下的嬰兒有嚴重的先天性神經管缺陷等較高風險。因該原因，多替拉韋未來的市場銷售增長情況存在極大的不確定性。

多替拉韋鈉的合成路線見圖4[16]。首先起始原料1（4-氧代-3-芐氧基-4H-吡喃-2,5-二甲酸二甲酯）與起始原料2（氨基乙醛縮二甲醇）在DIPEA（二異丙基乙基胺）堿作用下，開環(huán)關環(huán)生成中間體1。起始原料3（2,4-二氟芐胺）進攻中間體1的甲酯基團，發(fā)生酯的胺解生成酰胺中間體2。由于中間體1與芐氧基團鄰近的甲酯基團兩側位阻較大，所以反應優(yōu)先進攻位阻較小的酯基，從而主要得到中間體2。縮醛在甲磺酸與醋酸條件下水解生成醛中間體3，中間體3不需要分離，直接與起始原料4（（R）-3-氨基-1-丁醇）反應關環(huán)，生成中間體4。最后通過TFA（三氟乙酸）脫去芐基保護基，與氫氧化鈉反應生成鈉鹽，得到最終的多替拉韋鈉鹽原料藥。該路線使用的起始原料市場可得，各步反應操作溫和，未使用過渡金屬或劇毒試劑，是目前合成多替拉韋原料藥的化工企業(yè)中所選擇的實施方案之一。

3 埃替格韋

埃替格韋（Elvitegravir）是由日本Tobacco公司研制，美國吉利德（Gilead）公司開發(fā)的藥物，于2013年11月13日獲歐洲EMA批準上市，之后于2014年9月24日獲得美國FDA批準上市，由吉利德在歐洲和美國上市銷售，商品名為Vitekta。埃替格韋是美國FDA批準的第一個喹諾酮類HIV藥物，具有良好的耐受性[17]。美國FDA官網顯示，目前市售的含埃替格韋的藥物有三種，分別是Vitekta、Stribild和Genvoya，這三款都是美國吉利德公司的藥物產品。

埃替格韋作為人類免疫缺陷病毒1型（HIV-1）整合酶抑制劑，與蛋白酶抑制劑利托那韋以及其他抗逆轉錄病毒聯(lián)用，用于治療成人患者的無任何已知的埃替格韋抗性相關突變的HIV-1感染。當埃替格韋作為復方制劑Stribild的一部分時，四種藥物分別為：埃替格韋，HIV整合酶抑制劑；Cobicistat，細胞色素P450 3A抑制劑；恩曲他濱（FTC）和富馬酸替諾福韋二吡呋酯（TDF），HIV核苷類逆轉錄酶抑制劑，這四種藥物聯(lián)用是成人HIV-1型感染患者的抗逆轉錄病毒初始治療的完成方案[18]。新一代的雞尾酒藥物Genvoya與Stribild配方基本相同，只是將TDF換為更優(yōu)的替諾福韋艾拉酚胺（TAF）。

埃替格韋原料藥的合成路線如圖5。起始原料1（5-溴-2，4-二氟苯甲酸）上的羧基官能團經二氯亞砜作用生成酰氯。反應不經分離，直接與起始原料2（3-（二甲氨基）丙烯酸乙酯）反應，生成中間體1。手性伯胺起始原料3進攻中間體1得中間體2。中間體2在DBU（1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯）堿的作用下，烯基胺取代氟原子，關環(huán)得到中間體3。為了保證后續(xù)反應的正常進行，中間體3上的羥基通過TBDMSCl（叔丁基二甲基氯硅烷）保護，生成硅基醚中間體4，防止羥基發(fā)生副反應。中間體4與有機鋅試劑起始原料3在零價鈀、三苯基膦為配體的條件下發(fā)生偶聯(lián)，得到中間體5。氫氧化鈉堿性條件下脫除硅保護基，生成的中間體6在甲醇鈉進攻下取代氟原子，最終生成終產物埃替格韋。從反應路線圖可知，埃替格韋的合成路線較復雜，并且反應過程中運用了過渡金屬鈀，涉及到原料藥中重金屬的殘留問題研究，但這是目前工業(yè)主要的合成路線方法，期待有更好的突破性路線出現(xiàn)。

圖5 埃替格韋合成路線

4 Bictegravir

2018年2月8日，吉利德科學（Gilead Sciences）宣布美國FDA批準了其新藥Biktarvy上市，作為每日一次的單片片劑療法，治療HIV-1感染。

Biktarvy 由 bictegravir（50 mg）、恩曲他濱（200 mg）與替諾福韋艾拉酚胺（25 mg）三種成分組成。與吉利德的另一款抗HIV藥物Descovy（恩曲他濱/替諾福韋艾拉酚胺）相比，Biktarvy多了bictegravir這個成分。這是一款全新的無助推（unboosted）整合酶鏈轉移抑制劑（INSTI）。Evaluate Pharma預期bictegravir/恩曲他濱/替諾福韋艾拉酚胺在2022年銷售額將會超過50億美元。該藥物是吉利德科學最新開發(fā)的艾滋病藥物。該公司首席執(zhí)行官John Milligan認為，這將會是有史以來最好的藥物。Milligan稱bictegravir/恩曲他濱/替諾福韋艾拉酚胺組合將成為艾滋病市場“最重要的產品”。總之，吉利德公司以及市場都對該產品極度看好，未來會加大對Biktarvy的銷售推廣。

圖6 虛線框內線體顏色稍淡部分代表結構相同之處

目前市場上關于bictegravir整合酶抑制劑的藥物，只有四聯(lián)復方制劑，沒有bictegravir的單方制劑銷售。該款最新的整合酶抑制劑在結構上與多替拉韋有許多相似之處（圖6），bictegravir應該屬于多替拉韋的me-too藥物。其具體療效與市場情況也有待時間的考驗。

Bictegravir的合成路線如圖7[19]。首先起始原料1在甲磺酸、醋酸兩個酸條件下，縮醛水解，生成醛的水合物。中間體1不經分離，直接加入含兩個手性中心的順式氨基環(huán)戊醇，起始原料2與中間體1先生成縮醛結構，再關環(huán)，得到含四個環(huán)結構的中間體2。中間體2上的羧基和起始原料3（2,4,6-三氟芐胺），在堿二異丙基乙基胺（DIPEA）、多肽縮合試劑（HATU）作用下，生成酰胺中間體3。最后，溴化鎂脫除甲基生成bictegravir原料。比較多替拉韋與bictegravir的合成路線可以發(fā)現(xiàn)，兩者的合成思路基本相同，都是幾個相似的起始物料片段合成，但是在組合順序上有所不同。多替拉韋是先與芐胺生成酰胺后再關環(huán)；Bictegravir是先與氨基環(huán)戊醇關環(huán)后再與芐胺反應。這兩種合成線路方法的區(qū)別主要體現(xiàn)在產物的分離與純度的區(qū)別上。雖然這兩種整合酶抑制劑結構相似，但細微的差別，就會影響到具體的實驗結果。

5 結論

圖7 bictegravir合成路線

HIV整合酶是艾滋病藥物研發(fā)的一個重要靶點，并且未來幾年，以整合酶抑制劑為核心的復方制劑必將成為HIV治療的主流藥物，其主要原因在于：①整合酶是HIV病毒復制機理中的一個關鍵酶；②人體細胞中沒有類似物，從而可以避免對人體的毒副作用[20]；③目前只有少數(shù)幾種整合酶抑制劑進入艾滋藥物市場，并且都有較好的市場表現(xiàn)。

上述四種整合酶抑制劑藥物，拉替拉韋、多替拉韋、埃替格韋和bictegravir，或作為單方制劑，或作為復方制劑出現(xiàn)在艾滋病毒藥物市場上，為艾滋患者以及對逆轉錄酶抑制劑和蛋白酶抑制劑產生耐藥性的艾滋患者帶來了希望。為了使患者能得到更加廉價與優(yōu)質的產品，也為了研發(fā)出對環(huán)境影響最小的工藝路線，國內的化工生產企業(yè)也在不斷地升級改進這些整合酶抑制劑的合成路線。

以這四種整合酶抑制劑為模板，國內抗病毒藥物學家也可以此為參考，設計出me-too，me-better甚至于first-in-class的新型整合酶抑制劑。這需要有機化學工作者、藥物化學工作者、工藝專家等的共同努力，勵志攻克艾滋病，盡早為世界上正在遭受艾滋病痛苦的患者提供治療方案。