后來者居上：“一代藥王” 阿托伐他汀的成長之路
2021-12-2901 發(fā)現(xiàn)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(xiàn)史。1816年，法國人Cherzeul率先把在膽結石中發(fā)現(xiàn)的一種具有脂類性質的物質命名為膽固醇。1841年，俄國Vogel證實動脈血管壁粥樣硬化斑塊中存在膽固醇。但此時，人們?nèi)圆恢滥懝檀际且饎用}血管壁粥樣硬化的罪魁禍首。1910年，被稱為“類固醇之父”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，最早發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化與膽固醇異常升高有關。1913年，俄國病理學家阿尼茨科夫（Anitschkow），通過給家兔喂養(yǎng)高膽固醇飲食，從而成功了建立了世界上首個動脈粥樣硬化動物模型，也間接證明了阿道夫·溫道斯的發(fā)現(xiàn)。
動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病、腦梗死、外周血管病的主要原因。脂質代謝障礙為動脈粥樣硬化的病變基礎。那膽固醇的合成與代謝是如何進行的呢？
關于膽固醇的代謝與合成的研究均獲得過諾貝爾獎。1974年，美國科學家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(xiàn)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(xiàn)膽固醇代謝機制獲1985年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎 。
1942年，布洛赫成功地發(fā)現(xiàn)了膽固醇生化合成的全過程。這是一套從一個名為“乙酰輔酶 A”的原料開始的、擁有30多步酶催化反應的復雜系統(tǒng)。該過程在肝臟里進行著，其精巧與復雜程度簡直令人目眩神迷！最終，布洛赫和發(fā)現(xiàn)膽固醇合成的原料——乙酰輔酶A的德國科學家費奧多?呂南(Feodor Lynen)共享了1964年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
進行藥物研發(fā)時，科學家都是在膽固醇生成途徑中尋找靶點。
1959年，Max-Planck研究所首先發(fā)現(xiàn)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，抑制該酶的活性會有效減少膽固醇的生物合成，進而降低血漿膽固醇。我們通俗說的他汀類藥物就是指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，存在分解代謝途徑的替代途徑，不會造成積累毒性。因此，HMG-CoA還原酶是一個極好的靶點。
1971年，就職于日本三共公司的微生物學家遠藤章（Akira Endo），在桔青霉的發(fā)酵液中發(fā)現(xiàn)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(nèi)酯兩部分組成，其中內(nèi)酯環(huán)開環(huán)后為3,5-二羥基庚酸側鏈，是3-甲基3,5-二羥基戊酸（MVA）的結構類似物，所以美伐他汀通過競爭性阻斷HMG-CoA還原酶而發(fā)揮抑制作用。
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——后來命名為洛伐他汀。1982年在美國完成臨床試驗。1987通過FDA審批，成為第一種上市的他汀類藥物，商品名為美降脂 （Mevacor）。
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)開始著手開發(fā)另一種降脂藥物——后來于1992年初在美國上市、商品名為舒降之（Zocor）的辛伐他?。⊿imvastatin）片。
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，以及市場的拓寬、仿制藥的誕生等等。
立普妥中的阿托伐他汀鈣是兩分子阿托伐他汀通過Ca連接而成的化合物，其優(yōu)點是在體內(nèi)的藥效維持時間更長，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發(fā)出來，僅僅以起始原料計就有多種分類：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-纈氨酸為起始原料等等，也包括以廉價易得的(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(xiàn)得非常好。我們知道，阿托伐他汀最初只是一味降血脂藥，可以通過降低肝臟的生物合成降低體內(nèi)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(nèi)皮功能及凝血功能，臨床上還可以用來預防冠心病和心衰等多種疾病，作用可謂廣泛。
近年來，有研究指出阿托伐他汀具有抑制腫瘤細胞的增殖、促進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(guī)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，在這個抑癌程序啟動的過程中，MVP受到p53的嚴格控制。p53基因突變可上調(diào)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(nèi)膽固醇合成前體的重要來源。研究表明，他汀類藥物在抑制MVP、降低膽固醇水平的同時，也能抑制p53突變型對MVP的上調(diào)，從而抑制癌細胞侵襲性。
03 藥理學與藥代動力學
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?shù)礁闻K吸收處理。
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）。
他汀類藥物的作用機理與該反應密切相關。他汀類藥物的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和他汀類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，他汀類藥物的疏水環(huán)處于一個狹窄的疏水袋中。酶蛋白質的疏水袋與他汀類藥物的疏水環(huán)通過范德華力結合。阿托伐他汀的疏水基團和其他他汀類藥物相比，比較明顯的特征是其酰胺鍵的羰基能與Ser-565位點通過氫鍵結合，同時具有2型他汀類藥物的共性：氟苯的氟原子與Arg-590位點的胍基產(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力學(ADME)也已經(jīng)得到了比較充分的研究。
吸收上，口服阿托伐他汀會迅速吸收，達到最大血漿濃度（Tmax）大約需要1至2小時。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，吸收率都會有一定程度降低；
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細胞色素P450 3A4羥基化來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％。鄰羥基代謝物通過葡萄糖醛酸化作用進行進一步的代謝；
排泄上，阿托伐他汀主要通過肝膽汁排泄消除，尿中回收率不到2％，沒有發(fā)現(xiàn)任何肝腸循環(huán)。阿托伐他汀的消除半衰期約為14小時。阿托伐他汀還是腸P-糖蛋白外排轉運蛋白的底物，在藥物吸收過程中將藥物泵回腸腔。
04 專利與市場
談及阿托伐他汀的專利問題，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，療效和營銷十分重要，但同樣離不開輝瑞公司的專利布局。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，申請了一系列專利，為立普妥構建了嚴密的專利保護網(wǎng)，因此仍能在一定程度上延長相關產(chǎn)品的保護期限。2011年，立普妥化合物專利到期，然而其晶型專利需到2016年才到期，成為最初輝瑞保護其產(chǎn)品的核心專利之一。
這種多主題、多層次的專利保護布局，有效延長了其專利技術的保護周期，值得我國藥企借鑒。從不同角度對企業(yè)研發(fā)的藥品進行專利保護，不僅有利于有效且充分地保護技術成果，也可以延長企業(yè)對技術成果的整個專利保護期，充分享有專利保護期內(nèi)藥品銷售市場的獨占性，使收益最大化。
作為目前世界上頂級調(diào)脂藥物，阿伐他汀自1998年以來取得了優(yōu)異的業(yè)績。立普妥（阿托伐他汀鈣片）在上市的當年即占據(jù)了新調(diào)脂藥處方藥20%的市場份額；從2004年起，連續(xù)多年銷售額超過100億美元；隨著各種他汀類通用名藥在世界各國陸續(xù)上市，這表明他汀類藥物有強大的市場生命力。這份成功不只來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期臨床的時候華納公司認識到自身在市場推廣方面能力的不足，選擇和輝瑞合作，以900億美元價格被輝瑞收購。在輝瑞介入下，阿伐他汀連續(xù)多年保持了良好的銷量。
為了更閃電般的占有市場，輝瑞在上市時還做了一個市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)競爭對手疏忽了一個該藥物的賣點：醫(yī)生推薦的處方是高劑量他汀，一般都在20-40mg之間，這個發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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。這一點是非常明智的，醫(yī)生們在批文上看到立普妥最高劑量可以用到80mg，那么10mg無疑是安全的，這解決了醫(yī)生一直以來對他汀安全性的顧慮。
當時輝瑞的市場部還調(diào)整了定價策略，通過市場分析，以及對醫(yī)生和醫(yī)療機構的調(diào)研，使得立普妥的定價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、價格更親民、更易被消費者接受等優(yōu)點。同時輝瑞加強對一線醫(yī)藥代表的培訓，使他們可以準確把握患者以及醫(yī)生等人群的市場。立普妥的銷售團隊帶著樣品，多次拜訪心血管醫(yī)生和家庭醫(yī)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，讓醫(yī)生解除了對立普妥安全性的顧慮。
綜上，在完善的專利布局和杰出的商業(yè)策略的支持下，世界一代暢銷名藥阿托伐他汀的成功推動了血脂下調(diào)及其他多種適應癥的巨大發(fā)展。當然，現(xiàn)在原研藥專利期滿，也促進著藥物降價和國內(nèi)研究的迅速發(fā)展，推動著市場的長足跨越。
