01

       發(fā)現與發(fā)展

       要了解阿托伐他汀，那我們首先需要了解膽固醇的發(fā)現史。1816年，法國人Cherzeul率先把在膽結石中發(fā)現的一種具有脂類(lèi)性質(zhì)的物質(zhì)命名為膽固醇。1841年，俄國Vogel證實(shí)動(dòng)脈血管壁粥樣硬化斑塊中存在膽固醇。但此時(shí)，人們仍不知道膽固醇是引起動(dòng)脈血管壁粥樣硬化的罪魁禍首。1910年，被稱(chēng)為“類(lèi)固醇之父”的德國阿道夫·溫道斯（Adolf·Windaus）在研究人體尸體解剖標本中的膽固醇時(shí)，最早發(fā)現動(dòng)脈粥樣硬化與膽固醇異常升高有關(guān)。1913年，俄國病理學(xué)家阿尼茨科夫（Anitschkow），通過(guò)給家兔喂養高膽固醇飲食，從而成功了建立了世界上首 個(gè)動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)物模型，也間接證明了阿道夫·溫道斯的發(fā)現。

       圖1. 膽固醇長(cháng)什么樣？

       動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病、腦梗死、外周血管病的主要原因。脂質(zhì)代謝障礙為動(dòng)脈粥樣硬化的病變基礎。那膽固醇的合成與代謝是如何進(jìn)行的呢？

       關(guān)于膽固醇的代謝與合成的研究均獲得過(guò)諾貝爾獎。1974年，美國科學(xué)家Goldstein和Brown以純合子型FH（家族性高膽固醇血癥）患者的皮膚成纖維細胞為對象，發(fā)現了細胞膜表面有高親和力的LDL（低密度脂蛋白，膽固醇的一種存在形式）受體。他們也因為發(fā)現膽固醇代謝機制獲1985年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎 。

       1942年，布洛赫成功地發(fā)現了膽固醇生化合成的全過(guò)程。這是一套從一個(gè)名為“乙酰輔酶 A”的原料開(kāi)始的、擁有30多步酶催化反應的復雜系統。該過(guò)程在肝 臟里進(jìn)行著(zhù)，其精巧與復雜程度簡(jiǎn)直令人目眩神迷！最終，布洛赫和發(fā)現膽固醇合成的原料——乙酰輔酶A的德國科學(xué)家費奧多?呂南(Feodor Lynen)共享了1964年的諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎。

       圖2. 膽固醇合成機制

       進(jìn)行藥物研發(fā)時(shí)，科學(xué)家都是在膽固醇生成途徑中尋找靶點(diǎn)。

       1959年，Max-Planck研究所首先發(fā)現了HMG-CoA還原酶；20世紀60年代，Siperstein等證明HMG-CoA還原酶的功能是催化HMG-CoA轉化為MVA，抑制該酶的活性會(huì )有效減少膽固醇的生物合成，進(jìn)而降低血漿膽固醇。我們通俗說(shuō)的他汀類(lèi)藥物就是指HMG-CoA還原酶抑制劑。羥甲基戊二酸酯（HMG-CoA）是水溶性的，當抑制HMG-CoA還原酶時(shí)，存在分解代謝途徑的替代途徑，不會(huì )造成積累**。因此，HMG-CoA還原酶是一個(gè)極好的靶點(diǎn)。

       1971年，就職于日本三共公司的微生物學(xué)家遠藤章（Akira Endo），在桔青霉的發(fā)酵液中發(fā)現了對HMG-CoA還原酶具有強大抑制作用的天然產(chǎn)物——美伐他汀。他們確證了美伐他汀結構由六氫萘環(huán)骨架和β-羥基-δ-內酯兩部分組成，其中內酯環(huán)開(kāi)環(huán)后為3,5-二羥基庚酸側鏈，是3-甲基3,5-二羥基戊酸（MVA）的結構類(lèi)似物，所以美伐他汀通過(guò)競爭性阻斷HMG-CoA還原酶而發(fā)揮抑制作用。

       圖3. 美伐他?。ㄗ髠龋┖蚆VA（右側）

       1979年，默沙東在土曲霉的發(fā)酵液中提純了HMG-CoA還原酶的有效抑制劑——后來(lái)命名為洛伐他汀。1982年在美國完成臨床試驗。1987通過(guò)FDA審批，成為第一種上市的他汀類(lèi)藥物，商品名為美降脂 （Mevacor）。

       圖4. 洛伐他汀

       早在美降脂尚未上市的上世紀80年代中期，默克公司已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手開(kāi)發(fā)另一種降脂藥物——后來(lái)于1992年初在美國上市、商品名為舒降之（Zocor）的辛伐他?。⊿imvastatin）片。

       圖5. 辛伐他汀

       02

       阿托伐他汀

       1985年，Bruce Roth首次合成了阿托伐他汀鈣，隨后被輝瑞公司收購，并將商品命名為立普妥。在被首次人工合成后，阿托伐他汀又經(jīng)歷了一系列的發(fā)展，包括針對合成工藝的改良、針對適應癥的積極探索、針對副作用的改良，以及市場(chǎng)的拓寬、仿制藥的誕生等等。

       圖6. 阿托伐他汀

       立普妥中的阿托伐他汀鈣是兩分子阿托伐他汀通過(guò)Ca連接而成的化合物，其優(yōu)點(diǎn)是在體內的藥效維持時(shí)間更長(cháng)，但仍需解離成阿托伐他汀發(fā)揮作用。因此，對該藥物合成路徑的改良，主要集中在針對阿托伐他汀單分子合成的改良。自Bruce Roth后，阿托伐他汀的新合成路徑不斷的被開(kāi)發(fā)出來(lái)，僅僅以起始原料計就有多種分類(lèi)：包括以2-(4-氟苯基)-2-溴-乙酸乙酯為起始原料、以阿托伐他汀醛為起始原料、以苯乙 酸為起始原料、以L(fǎng)-纈氨酸為起始原料等等，也包括以廉價(jià)易得的(R)-2-氯甲基代環(huán)氧乙烷為原料以避免雷尼鎳危險性的合成路徑。

       在適應癥的拓寬方面，阿托伐他汀也表現得非常好。我們知道，阿托伐他汀最初只是一味降血脂藥，可以通過(guò)降低肝 臟的生物合成降低體內的膽固醇。但除了降脂功能外，阿托伐他汀還起到抑制血管平滑肌的增殖、遷移及促進(jìn)其凋亡的作用，能夠改善患者的血流變及血液黏度，從而改善心功能、血管內皮功能及凝血功能，臨床上還可以用來(lái)預防冠心病和心衰等多種疾病，作用可謂廣泛。

       近年來(lái)，有研究指出阿托伐他汀具有抑制腫瘤細胞的增殖、促進(jìn)腫瘤細胞的分化及凋亡， 影響細胞周期及分子信號傳導等作用，且不良反應較常規的化療藥物小，有望將阿托伐他汀用于腫瘤的治療。以p53基因為例，在2016年Nature Review Cancer上一篇綜述詳細的介紹，一條由p53基因控制的信號通路——甲羥戊酸途徑（MVP），與他汀降脂通路完 美重合。野生型p53基因能在早期抑制肝癌的發(fā)生，在這個(gè)抑癌程序啟動(dòng)的過(guò)程中，MVP受到p53的嚴格控制。p53基因突變可上調MVP，從而增加癌細胞侵襲性。MVP途徑既是p53基因的重要下游通路，也是體內膽固醇合成前體的重要來(lái)源。研究表明，他汀類(lèi)藥物在抑制MVP、降低膽固醇水平的同時(shí)，也能抑制p53突變型對MVP的上調，從而抑制癌細胞侵襲性。

       03

       藥理學(xué)與藥代動(dòng)力學(xué)

       在討論阿托伐他汀的藥理之前，有必要闡述一下研究背景：脂肪運輸過(guò)程中膽固醇的轉化和積累。背景研究表明，低密度脂蛋白(LDL)是導致膽固醇在血管壁上累積，引發(fā)心血管疾病的元兇。與之相反的是，高密度脂蛋白(HDL)則能夠去除血管壁上的膽固醇，并將其運輸到肝 臟吸收處理。

       圖7.脂肪運輸過(guò)程與膽固醇轉化和積累（圖片來(lái)源：https://www.straighthealthcare.com/cholesterol-transport-figure.html）

       從背景中可以看出，抑制LDL膽固醇的生成，就能起到降低血脂，從而降低心血管疾病風(fēng)險的效果。研究表明，HMG-CoA還原酶是膽固醇生物合成中的限速酶（多步生物化學(xué)反應中決速步驟的催化酶）。這一步，是HMG-CoA還原酶催化HMG-CoA轉化為MVA（3-甲基-3，5二羥基戊酸）。

       他汀類(lèi)藥物的作用機理與該反應密切相關(guān)。他汀類(lèi)藥物的3，5-二羥基酸側鏈能與HMG-CoA還原酶結合，抑制HMG-CoA還原酶與HMG-CoA的結合，從而抑制膽固醇的合成。他汀類(lèi)藥物的3，5-二羥基酸側鏈部分的取向和鍵合相互作用與HMG-CoA的結合作用非常相似。大量氫鍵作用和離子對的存在導致蛋白質(zhì)和他汀類(lèi)3，5-二羥基酸側鏈部分之間的電荷和形狀互補，產(chǎn)生較強的結合能力。

       與酶結合時(shí)，他汀類(lèi)藥物的疏水環(huán)處于一個(gè)狹窄的疏水袋中。酶蛋白質(zhì)的疏水袋與他汀類(lèi)藥物的疏水環(huán)通過(guò)范德華力結合。阿托伐他汀的疏水基團和其他他汀類(lèi)藥物相比，比較明顯的特征是其酰胺鍵的羰基能與Ser-565位點(diǎn)通過(guò)氫鍵結合，同時(shí)具有2型他汀類(lèi)藥物的共性：氟苯的氟原子與Arg-590位點(diǎn)的胍基產(chǎn)生強烈的極性作用。這些作用使得阿托伐他汀的疏水基同樣能與酶緊密結合。

       另外，阿托伐他汀的藥代動(dòng)力學(xué)(ADME)也已經(jīng)得到了比較充分的研究。

       吸收上，口服阿托伐他汀會(huì )迅速吸收，達到最 大血漿濃度（Tmax）大約需要1至2小時(shí)。藥物的絕 對生物利用度約為14％。此外，阿托伐他汀與食物一同服用，或者在晚上服用時(shí)，吸收率都會(huì )有一定程度降低；

       分布上，阿托伐他汀的平均分布量約為381L。它與蛋白質(zhì)高度結合（≥98％），研究表明它很可能分泌到人乳中；

       代謝上，阿托伐他汀的代謝主要是通過(guò)細胞色素P450 3A4羥基化來(lái)形成活性的鄰羥基和對羥基羥基代謝產(chǎn)物，以及各種β-氧化代謝產(chǎn)物。鄰羥基和對羥基代謝產(chǎn)物占全身HMG-CoA還原酶活性的70％。鄰羥基代謝物通過(guò)葡萄糖醛酸化作用進(jìn)行進(jìn)一步的代謝；

       排泄上，阿托伐他汀主要通過(guò)肝膽汁排泄消除，尿中回收率不到2％，沒(méi)有發(fā)現任何肝腸循環(huán)。阿托伐他汀的消除半衰期約為14小時(shí)。阿托伐他汀還是腸P-糖蛋白外排轉運蛋白的底物，在藥物吸收過(guò)程中將藥物泵回腸腔。

       04

       專(zhuān)利與市場(chǎng)

       談及阿托伐他汀的專(zhuān)利問(wèn)題，其中最 具影響力的阿托伐他汀產(chǎn)品當屬輝瑞公司的立普妥了。立普妥能取得驕傲成績(jì)，療效和營(yíng)銷(xiāo)十分重要，但同樣離不開(kāi)輝瑞公司的專(zhuān)利布局。1996年12月7日，輝瑞公司向FDA提交的立普妥新藥申請正式獲批；2011年底，阿托伐他汀化合物專(zhuān)利權到期，但由于輝瑞公司早從化合物、中間體、組合物、制備方法、晶型等不同角度，申請了一系列專(zhuān)利，為立普妥構建了嚴密的專(zhuān)利保護網(wǎng)，因此仍能在一定程度上延長(cháng)相關(guān)產(chǎn)品的保護期限。2011年，立普妥化合物專(zhuān)利到期，然而其晶型專(zhuān)利需到2016年才到期，成為最初輝瑞保護其產(chǎn)品的核心專(zhuān)利之一。

       這種多主題、多層次的專(zhuān)利保護布局，有效延長(cháng)了其專(zhuān)利技術(shù)的保護周期，值得我國藥企借鑒。從不同角度對企業(yè)研發(fā)的藥品進(jìn)行專(zhuān)利保護，不僅有利于有效且充分地保護技術(shù)成果，也可以延長(cháng)企業(yè)對技術(shù)成果的整個(gè)專(zhuān)利保護期，充分享有專(zhuān)利保護期內藥品銷(xiāo)售市場(chǎng)的獨占性，使收益最 大化。

       作為目前世界上頂級調脂藥物，阿伐他汀自1998年以來(lái)取得了優(yōu)異的業(yè)績(jì)。立普妥（阿托伐他汀鈣片）在上市的當年即占據了新調脂藥處方藥20%的市場(chǎng)份額；從2004年起，連續多年銷(xiāo)售額超過(guò)100億美元；隨著(zhù)各種他汀類(lèi)通用名藥在世界各國陸續上市，這表明他汀類(lèi)藥物有強大的市場(chǎng)生命力。這份成功不只來(lái)源于前期各項研究的完 美結果，后期商業(yè)策略也很重要。

       III期臨床的時(shí)候華納公司認識到自身在市場(chǎng)推廣方面能力的不足，選擇和輝瑞合作，以900億美元價(jià)格被輝瑞收購。在輝瑞介入下，阿伐他汀連續多年保持了良好的銷(xiāo)量。

       為了更閃電般的占有市場(chǎng)，輝瑞在上市時(shí)還做了一個(gè)市場(chǎng)調研，發(fā)現競爭對手疏忽了一個(gè)該藥物的賣(mài)點(diǎn)：醫生推薦的處方是高劑量他汀，一般都在20-40mg之間，這個(gè)發(fā)現使輝瑞向FDA申請立普妥低起始劑量。立普妥在上市前，臨床研究已經(jīng)發(fā)現10mg的劑量就有降脂療效，于是FDA批準了立普妥10-80mg的劑量范圍。這一點(diǎn)是非常明智的，醫生們在批文上看到立普妥最高劑量可以用到80mg，那么10mg無(wú)疑是安全的，這解決了醫生一直以來(lái)對他汀安全性的顧慮。

       當時(shí)輝瑞的市場(chǎng)部還調整了定價(jià)策略，通過(guò)市場(chǎng)分析，以及對醫生和醫療機構的調研，使得立普妥的定價(jià)比默沙東的辛伐他汀低了近一半。立普妥具有降脂效果更好、價(jià)格更親民、更易被消費者接受等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)輝瑞加強對一線(xiàn)醫藥代表的培訓，使他們可以準確把握患者以及醫生等人群的市場(chǎng)。立普妥的銷(xiāo)售團隊帶著(zhù)樣品，多次拜訪(fǎng)心血管醫生和家庭醫生，并且抓住立普妥小劑量藥效等同于競爭藥品高劑量藥效這一優(yōu)點(diǎn)，讓醫生解除了對立普妥安全性的顧慮。

       綜上，在完善的專(zhuān)利布局和杰出的商業(yè)策略的支持下，世界一代暢銷(xiāo)名藥阿托伐他汀的成功推動(dòng)了血脂下調及其他多種適應癥的巨大發(fā)展。當然，現在原研藥專(zhuān)利期滿(mǎn)，也促進(jìn)著(zhù)藥物降價(jià)和國內研究的迅速發(fā)展，推動(dòng)著(zhù)市場(chǎng)的長(cháng)足跨越。

       致謝

       感謝吳興新老師的《新藥研發(fā)策略》課堂，帶給我們關(guān)于新藥研發(fā)的知識及業(yè)內人士的觀(guān)點(diǎn)！感謝我們的指導老師王盛蘭學(xué)姐為我們提供的指導及資料！也感謝“藥渡”平臺為我們提供了展現的舞臺！

       關(guān)于筆者

       尋藥真理團

       他們是南京大學(xué)新藥研發(fā)策略課程的學(xué)生，本篇為該課程中新藥3組學(xué)生成員共同完成。

       他們朝氣蓬勃、他們斗志昂揚，他們腳踏實(shí)地學(xué)習新藥研發(fā)知識，他們堅信吾愛(ài)吾師吾更愛(ài)真理。

       他們是新一代醫藥行業(yè)接班人，他們是新藥研發(fā)領(lǐng)域的未來(lái)之光！

       *本文僅為學(xué)術(shù)內容交流，不構成任何用藥建議！

       參考文獻

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