药学学报

Compd.	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1		Compd.	Structure	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1
2	3 400		6		27.3
3	1 000	7		2.9
4	15.4	8		1.02
5	22.6	9		7.5% inhibition at 5 μmol·L^-1

Compd.

Structure

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

Compd.

Structure

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

3 400

27.3

1 000

2.9

15.4

1.02

22.6

7.5% inhibition at 5 μmol·L^-1

Compd.	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1		Compd.	Structure	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1
2	3 400		6		27.3
3	1 000	7		2.9
4	15.4	8		1.02
5	22.6	9		7.5% inhibition at 5 μmol·L^-1

Compd.

Structure

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

Compd.

Structure

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

3 400

27.3

1 000

2.9

15.4

1.02

22.6

7.5% inhibition at 5 μmol·L^-1


Compd.	R	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1
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PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

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PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

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Compd.	R₁	R₂	R₃	PKa/IC₅₀ /μmol·L^-1
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0.651

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15		H	H	0.149
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16	H	H		0.710
17		H	H	0.037
18	H		H	0.651
19	H	H		0.006 4

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R₁

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0.149

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0.710

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20		0.231	Not test
21		0.134	1.280
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PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

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0.287

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0.134

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0.009

0.019


Compd.	R	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1	PKa^plasma/IC₅₀/μmol·L^-1
19		0.006 4	0.287
20		0.231	Not test
21		0.134	1.280
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PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

PKa^plasma/IC₅₀/μmol·L^-1

0.006 4

0.287

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R₃

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26	H	H	H	F	0.037 4	> 1.0

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R₁

R₂

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R₄

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

PKa^plasma/IC₅₀/μmol·L^-1

0.037 4

0.300

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Compd.	R	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1	PKa^plasma/IC₅₀/μmol·L^-1
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PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

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(-)-

0.013 9

0.048 1

0.007 2

0.019

首创的防治遗传性血管性水肿病药物贝罗司他的研制

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郭宗儒

药学学报 | 新药发现与研究实例简析 2026,61(4): 1431-1434

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药学学报 |新药发现与研究实例简析 2026 , 61 (4) : 1431 -1434

首创的防治遗传性血管性水肿病药物贝罗司他的研制

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郭宗儒

作者信息

中国医学科学院北京协和医学院, 药物研究所, 北京 100050

Affiliations

出版时间: 2026-04-12 doi: 10.16438/j.0513-4870.2025-1122

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引用本文

郭宗儒. 首创的防治遗传性血管性水肿病药物贝罗司他的研制. 药学学报, 2026 , 61 (4) : 1431 -1434 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2025-1122

. Acta Pharmaceutica Sinica, 2026 , 61 (4) : 1431 -1434 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2025-1122

正文

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1　引言

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遗传性血管性水肿(HAE)是一种罕见的遗传性疾病, 发病率约为五万分之一。该疾病以皮肤、胃肠道、四肢及上呼吸道突发严重肿胀, 以至于危及生命。其病因是SERPING1基因突变, 所编码的蛋白酶C1酯酶抑制剂(C1-INH)表达异常。C1-INH是一种蛋白, 作为一种丝氨酸酶抑制物, 抑制血浆激肽释放酶(PKa)的活性, 从而介导生成缓激肽, 使血管通透性增加和肿胀。缓激肽由高分子量缓激肽原产生, 是通过PKa催化发生的, 所以, PKa成为HAE发作的核心介质。图1是血浆激肽释放酶原(PK)、PKa、高分子量缓激肽(HK)和缓激肽(BK)与C1-INH之间相互制约的生化过程示意图, 可以看出HAE是通过PKa介导发生与发作的, 因而蛋白酶PKa成为研制治疗和预防HAE的药物靶标。

2　前期研发的启示

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目前HAE尚无根治手段, 临床治疗是对急性发作期按病情治疗和预防性治疗, 已获批用于治疗和预防的都是多肽或蛋白类药物, 例如有拉那芦单抗(Lanadelumab, Takhzyro)、皮下注射C1酯酶抑制剂海格达(Haegarda)和静脉注射C1酯酶抑制剂冻干剂Cinryze等, 由于都是注射或输注给药的生物制剂或多肽药物, 患者依从性较差, 而口服用药是个理想途径。

美国BioCryst公司曾研究PKa抑制剂得到高活性化合物阿伏司他(1, avoralstat, BCX4161), 与靶标蛋白PKa的结合力很强, K_i = 0.000 26 μmol·L^-1, 由于化学结构中含有碱性的脒基和酸性的羧基(许多抗凝/抗血栓药物, 靶标属于丝氨酸蛋白酶, 往往含有这两性基团), 两性离子导致生物利用度欠佳, 1曾进入Ⅲ期临床试验, 但未成功(Kotian PL, Krishnan R, Rowland S, et al. Design, parallel synthesis, and crystal structures of biphenyl antithrombotics as selective inhibitors of tissue factor FVIIa complex. Part 1: exploration of S2 pocket pharmacophores. Bioorg Med Chem, 2009, 17: 3934-3958)。

图2是阿伏司他(1)分子对接到PKa活性中心的结合模式, 分子中带负电荷羧酸根结合于连接His57和Gly193残基的氧阴离子空腔。乙烯基进入由Tyr94、Asp59、Gly99和Ser214侧链形成的表浅的S2疏水腔内。末端环丙基嵌入由Phe143、Ile151和Leu41 (S′结构域)形成的疏水腔中。正电荷苄脒基团与Asp189的末端羧基形成盐桥, 1的溶解度低和吸收性能差。本项目的目标是避免两性离子改善溶解性和吸收性, 但并不是对上述作结构优化和改造。

3　起始于苯脒的变换

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文献中报道丝氨酸蛋白酶抑制剂结构中的苯脒是常见片段, 研制者用苄胺替换苯脒, 是由于苯脒与苄胺的pK_a分别为10.5和8.8, 比较接近, 而且形状也有类似性, 有文献证明丝氨酸蛋白酶凝血因子Xa (FXa)抑制剂中的苯脒换作吡唑基苄胺仍保持活性(Pinto DJ, Smallheer JM, Cheney D, et al. Factor Xa inhibitors: next-generation antithrombotic agents. J Med Chem, 2010, 53: 6243-6274), 说明替换的可能性, 因而BioCryst公司在蛋白数据库(PDB)中搜寻含有吡唑基苄胺片段的分子与丝氨酸蛋白酶的晶体结构, 发现吡唑基苄胺确实处于活性中心的S1结构域。遂首轮合成并评价了表1化合物的活性。

化合物4是在化合物3的C5位引入了羧基, 活性提高65倍。为解释4的增强机制, 分子对接提示, 4在PKa S1腔中发生互作: 质子化的苄氨基与Asp189、Gly219和Ala190形成氢键, 吡唑环上的三氟甲基与二硫键(Cys191-Cys220)形成堆积作用。羧基与Gly216的羰基处于氢键结合距离, 取代了原本占据该位置的水分子。羧基经苯胺酰胺化, 消除了负电荷, 5和6的活性变化不大, 但多一个苯环的联苯胺活性却显著提高, 例如联苯衍生物7和8的IC₅₀值分别提高了8倍和27倍, 活性的增强源于联苯结构填充了PKa的S3和S4腔穴(图3紫色结构为化合物7), 而化合物5仅有的苯基只能触及S3腔。换成苯基哌啶环9活性显著降低。

4　结构优化

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4.1　变换联苯片段的构效关系

以化合物7为新的起点, 开展SAR研究, 化合物结构与活性列于表2。在端基苯环基间位引入甲磺酰基化合物10, 活性与7相当; 而在对位引入磺酰胺或酰胺基团(11和12)活性提高3倍。分子模拟显示11和12中对位基团深埋于S4腔内, 而化合物10间位的甲磺酰基朝向溶剂区域, 对结合没有贡献。此外, 较小的环丙基化合物13活性提高2倍。

重要的是化合物14, 它不是共轭的联苯基, 而是由羟甲基桥连接两个苯环, 从而增加了分子的柔性, 图3是化合物14 (白色)和7 (紫色)与PKa分子对接的叠合图, 羟基突入S2腔内。虽然联苯基变换成二苯羟甲基失去了部分活性, 但可与S2/S3/S4三个腔穴结合, 开辟了优化的新路径。

4.2　连接二苯基的含氧原子片段的位置变换

表3中羟甲基苯的取代基分别为R1、R2和R3, 其中15的活性最强, 提示这样的位置配置与PKa活性中心的结合力最强, 与酰氨基对位的14活性最弱, 16的活性居中。若羟基换作环丙甲氧基连接于不同的位置, 化合物17~19的活性普遍提高, 尤其是19的活性最强, 比14提高了110倍。

4.3　环丙甲氧基链的变换

变换环丙甲氧基片段成简单的甲氧基、乙氧基或环丙甲氨基, 表4列出化合物19~22的活性, 还测定了在血浆存在下化合物的抑制强度(PKa^plasma, 模拟口服吸收后的内环境), 结果表明, 22强于19的活性14倍, 而且更拉大了与甲氧基和乙氧基的活性差距。含有氨基侧链的22是优化出的强效化合物。

4.4　氟原子的位置优化

为考察氟原子的位置对活性的影响, 以19为中心, 即固定环丙甲氧苄基在酰氨基的间位, 变换氟原子的位置或去除氟原子, 合成的化合物列于表5。结果表明氟原子处于R1的位置(19)活性最强。

4.5　优化药代和物化性质

以化合物22为模版, 优化结构以增加吸收性, 对末端苯环作修饰, 合成的化合物列于表6。表中的化合物(混旋物或光活物)还测定了大鼠灌胃的C_max和AUC等药代性质(数据从略)。拆分22发现(-)-对映体(22a)活性强于(±)-混旋体和(+)-对映体, 提示苯基的空间取向对活性有显著影响。以不同位置连接的吡啶置换苯基(27~29)活性与22相近, 但大鼠药动学性质不如22。3-氰基苯(30)的活性与22相当, 拆分后的(+)-对映体活性强于(±)-混旋体和(-)-对映体, 30的优映体构型与22相反。

5　候选物的确定和贝罗斯塔批准上市

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30a灌胃大鼠10 mg·kg^-1, 呈现良好的药代动力学特征, 血药浓度峰值242 ng·mL^-1, 24 h药时曲线下面积2 210 h·ng·mL^-1, 因此选作临床候选药物, 定名为贝罗司他(berotralstat, 代码BCX7353), 经系统临床前实验进入临床阶段, 表明30a可预防12岁以上成人和儿童患者的遗传性血管性水肿的发作, 作为首创性药物于2020年经FDA批准上市(Kotian PL, Wu M, Vadlakonda S, et al. Berotralstat (BCX7353): structure-guided design of a potent, selective, and oral plasma kallikrein inhibitor to prevent attacks of hereditary angioedema (HAE). J Med Chem, 2021, 64: 12453-12468)。

6　贝罗司他与PKa蛋白的结合模式

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贝罗司他与PKa复合物晶体结构显示(图4), 分子是以延展的“L”型构象结合于PKa活性中心, 其中苯基吡唑嵌入S1腔内, 分子其余部分填充S2、S3和S4结构域。质子化的苄胺基与Asp189、Ala190及Gly219形成氢键网络, 连接A环和C环的酰胺羰基氧原子与Gly216残基的主链氮原子形成氢键。C环、D环以及连接环丙基的CH₂NH₂片段以“Y”形构象跨越S3、S4和S2区域, 其中C环及连接的手性碳原子堆叠在Trp215残基侧链原子的上方。C环的氟原子位于活性中心之外, 暴露于溶剂中, D环上的氰基经2个水分子介导, 分别与Lys175的羰基氧和-CH₂-NH₂-的氮原子形成氢键网络。

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2026年第61卷第4期

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155

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doi: 10.16438/j.0513-4870.2025-1122

首发时间：2026-09-21
出版时间：2026-04-12

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中国医学科学院北京协和医学院, 药物研究所, 北京 100050

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

Compd.	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1		Compd.	Structure	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1
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3	1 000	7		2.9
4	15.4	8		1.02
5	22.6	9		7.5% inhibition at 5 μmol·L^-1

Compd.

Structure

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

Compd.

Structure

PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

3 400

27.3

1 000

2.9

15.4

1.02

22.6

7.5% inhibition at 5 μmol·L^-1


Compd.	R	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1
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11		0.395
12		0.395
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1.229

0.395

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R₁

R₂

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PKa/IC₅₀ /μmol·L^-1

0.149

1.0

0.710

0.037

0.651

0.006 4


Compd.	R	PKa/IC₅₀/μmol·L^-1	PKa^plasma/IC₅₀/μmol·L^-1
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PKa/IC₅₀/μmol·L^-1

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0.006 4

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Not test

0.134

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0.009

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22
(±)-

0.009

0.019 1

22a
(-)-

0.001 2

0.008 51

22b
(+)-

0.024

0.115

0.010 4

0.026 7

0.01

0.005 2

0.016 7

30
(±)-

0.001 8

0.014

30a
(+)-

0.000 88

0.005 8

30b
(-)-

0.013 9

0.048 1

0.007 2

0.019