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國家食品藥品監督管理總局藥品審評中心于2016年4月20日公布了雙鷺藥業的Lenalidomide(來那度胺)為“臨床急需或與我國現有治療藥品比較具有明顯的臨床優勢，擬納入優先審評程序”。這一消息在業界引發熱議，本期編者將通過雙鷺藥業與Clegene公司所申請的專利，對比分析這兩家公司的合成工藝路線。
背景介紹：
Lenalidomide(CDC-501和CC-5013)，美國Clegene公司研發的三大明星藥物之一(Thalidomide，Lenalidomide和Pomalidomide，圖1)，屬于TNF-α抑制劑，具有免疫調節，抗血管生成和抗腫瘤特性。首先于2005年12月27日經FDA批準在美國上市，之后分別在歐洲(2007年6月14日)、日本(2010年6月25日)和中國(2013年1月23日)上市，用于治療骨髓增生/發育異常綜合征，套細胞淋巴瘤和多發性骨髓瘤。美國FDA和歐盟EMA又分別在2015年2月17日和2月20日相繼擴展了Lenalidomide的治療適應癥——和地塞米松聯合使用作為一線用藥治療多發性骨髓瘤。根據Celgene公司年報顯示，Lenalidomide 2014年全球銷售額達到49.8億美元，2015年銷售總額58億美元，增長率為16.5%，其全球年銷售額預計5年內將再翻一番，至2020年銷售總額或高達100億美元。
雙鷺藥業的Lenalidomide制劑已經完成了驗證性臨床研究，于2014年11月18日進入CDE進行審評，是國內第一家申請生產的。2016年4月20日又獲得優先審評權，將很快在國內上市。目前，國內除美國Celgene公司的進口產品在銷售及雙鷺藥業獲得優先審評外，還有其他制藥企業申請報批如表1所示。
藥物發現：
Lenalidomide是Thalidomide(沙利度胺)類似物，其藥物發現需要從Thalidomide說起。Thalidomide是一個消旋體，“反應停”事件發現(S)-Thalidomide是引起致畸性的元兇，但是研究表明(R)-Thalidomide在體內很容易發生消旋，對于孕婦服用帶來的致畸性不可避免，1961年11月被強行撤市。但是，科學家并未全盤否定這個藥物，而是進行深入研究，特別是在免疫、抗炎、抗血管生成及一些疑難雜癥上的臨床治療研究。1964年， Thalidomide被發現能夠治療結節性紅斑(ENL)；1991年，其抗炎機制被證實，Thalidomide能夠治療ENL主要原因是選擇性抑制人單核巨噬細胞受到免疫刺激所釋放的腫瘤壞死因子 α (TNF-α )。1998年7月美國生物制藥企業Clegene獲得FDA批準將Thalidomide用于治療ENL的功用在美國重新上市。
基于Thalidomide的臨床活性研究，化學結構和生理效果，Clegene也在研究開發新穎的類似物或者衍生物，期望去除無法避免的胚胎致畸性。于是對Thalidomide進行了結構改造，合成了氨基鄰苯二甲酰基類似物并進行了活性測試。與此同時還測試了異吲哚酮類似物EM-12，發現該化合物具有相同的TNF-α的抑制活性。在后續開發中，考慮到異吲哚酮結構的穩定性要優于鄰苯二甲酰胺環，并有可能提高生物利用度，所以基于EM-12的結構優化，發現了對兔子胚胎沒有致畸性的Lenalidomide。
合成路線：
鑒于Clegene公司沒有申請化合物專利，通過對已公開專利的分析，雙鷺藥業子公司南京卡文迪許生物工程技術有限公司從設計新穎路線和發明新的晶型出發，發明了一條全新路線進行Lenalidomide的合成并申請專利。除獲得國內專利授權外，雙鷺藥業的Lenalidomide已在美國、歐洲、韓國、日本、澳大利亞、印度等國家申請了專利，部分專利已在美國、歐洲、韓國、日本、澳大利亞獲得專利授權。下面編者重點比較一下兩家的合成路線。
Lenalidomide的分子結構共包含兩個部分，分別是異吲哚酮和2,6-哌啶二酮結構。而專利報道合成路線的區別是異吲哚酮環和哌啶環的關環步驟。
首先是Clegene的初始路線，如圖2所示。該路線的設計是先構建哌啶環，再與2-溴甲基-3-硝基苯甲酸甲酯2反應構建哌啶環得到化合物4，然后催化氫化得到Lenalidomide。其中，反應的關鍵中間體2的合成是以2-甲基-3-硝基苯甲酸甲酯1為原料，CCl4為溶劑，紫外光照條件催化溴化得到。另外一個關鍵中間體α-氨基戊二酰亞胺鹽酸鹽3的合成是以N-芐氧羰基-L-谷氨酰胺為起始原料，CDI和THF條件下關環，再催化氫化得到。該方法的缺點：(1)合成化合物2，紫外光照射下催化反應回流反應時間長收率低且工業化困難，對生產人員工作中對催化光源汞燈產生的紫外光的防護比較困難。此外，CCl4毒性大，對臭氧層破壞作用嚴重，現為聯合國環境總署禁止使用的化學品，工業生產時處理困難，對環境極為不利。(2)合成關鍵中間體3，CDI和THF回流反應時間長，高溫回流使得產物純度偏低，分離純化困難；催化氫化反應的加壓使工業化操作時的危險程度大大增加。
然后是Lenalidomide的工藝路線，如圖3所示。2-溴甲基-3-硝基苯甲酸甲酯2與谷胺酰胺甲酯7在堿性條件關環得到關鍵中間體異吲哚酮8，隨后經過兩種策略不同順序關環構建哌啶環合成Lenalidomide。該專利保護合成路線的優點是該路線以天然氨基酸為起始原料，價格低廉。缺點是(1)對反應產物的分離提純至少二次或者二次以上用到柱層析，工業化操作復雜困難，不利于工業化放大生產。(2)在合成中，兩次用到加壓催化氫化，導致工業化操作時的危險程度大大增加。(3)整條合成路線的總收率不足20%。
如圖4所示，雙鷺藥業設計一條不同于原研公司的新路線，一定程度上克服了現有技術上存在的不足。首先是以化合物2為起始原料構建異吲哚酮12，再與α-溴代戊二酸二甲酯13發生親核取代得到化合物14，最后在氨基鈉條件下環合構建哌啶環得到Lenalidomide。
該工藝路線與原研公司路線相比，有以下幾個優點：(1)合成路線簡短，方法簡便；且所需的關鍵底物的制備方法簡單，價格低廉，適于工業化生產的要求。(2)反應條件較為溫和，無需苛刻的長時間回流反應；且各步所用溶劑易于環保處理，對環境友好。(3)反應所得的產物純度高，分離提純簡單，無需柱層析等復雜的分離提純條件。(4)各步反應收率較高，總收率為28%。但是，缺點是路線中涉及不易制備和儲存的氨基鈉為反應試劑，且起始原料也需要前期合成，也將在一定程度上制約該路線大量制備的有效性。
小結：
通過兩條工藝路線的技術性比較(表2)，我們很容易發現這兩條路線的優缺點。比如，雙鷺藥業的工藝路線雖然避免了加壓催化氫化，但是在最后合成Lenalidomide這一步采用自制氨基鈉及不易控制的低溫條件，也存在著一定的不足。著名藥物化學家Jie Jack Li有本書叫《The Art of Drug Synthesis》，闡明路線設計和反應條件選取是一門藝術。如何更好地設計一條合成路線，是我們一直探索和追求的。