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点击蓝字 ↑ 关注药研视角 PharmaView JMC速览 2025.10.01 近日，吉利德团队在药物化学权威期刊 Journal of Medicinal Chemistry 上发表了一篇题为 《发现Lenacapavir：首个HIV-1治疗与暴露前预防的半年一次给药的衣壳抑制剂》 的研究论文，系统阐述了全球首个获批的HIV衣壳抑制剂Lenacapavir的发现全过程。该研究历时十余年，从2006年启动高通量筛选，到最终开发出具有皮摩尔级抗病毒活性、支持每半年给药一次的长效小分子药物，突破了传统“蛋白-蛋白相互作用不可成药”的认知边界。论文详细解析了Lenacapavir如何通过独特的作用机制——加速衣壳异常组装并阻断病毒多阶段生命周期——实现对多重耐药HIV毒株的高效抑制，并兼具治疗与预防双重适应症。其研发历程不仅代表了抗病毒药物设计的里程碑，也为探索超大分子靶点的药物开发提供了范式转移级的科学启示。 1 min速览 研究背景 全球HIV/AIDS疫情依旧严峻：2023年仍有约1.3百万新感染、63万相关死亡，现有每日口服疗法依从性差异大，急需长效、耐药屏障高的新药。 衣壳蛋白(CA)是病毒生命周期核心结构，由约1500个CA单体自组装成锥形衣壳，介导核输入、逆转录、整合等关键步骤，但一直被视为“蛋白-蛋白相互作用不可成药”。 2006年起，吉利德启动CA靶向小分子发现项目，最初目标是寻找可纳入单片的每日一次(QD)口服抑制剂；随着机制与药代认知深入，最终锁定“超长效、半年一针”的开发愿景 重点内容 筛选与表型转向 - 建立高盐诱导CA组装的光学高通量模型，从150万化合物中筛出两类苗头：抑制组装(Site I)与加速异常组装(Site II)。 - Site I系列亲和力提升空间有限；Site II“促进剂”与CA六聚体界面结合，协同质量作用，具备更高成药潜力，遂成为主攻方向。 结构-活性-代谢三维优化 - 以PF-74为先导，通过400余轮迭代合成，逐步解决代谢软点：酰胺键血浆水解、吲哚氧化、葡萄糖醛酸化、CYP3A机制/可逆性抑制。 - 关键突破：  ① 吡啶等芳香杂环替换酰胺，锁定顺式构象并阻断水解；  ② 3,1,0-双氟环丙并吡唑替换吲哚，实现三维芳香电子等排、阻断氧化且增强形状互补；  ③ 丙炔砜侧链提供刚性疏水间隔，进一步降低清除率并提升抗病毒效力。 临床前特征 - 细胞活性：MT4 EC₅₀ 105 pM；蛋白校正后EC₉₅ 4 nM；对多重耐药临床株保持亚纳摩活性。 - PK：人肝微粒体/肝细胞预测CL 0.01 L h⁻¹ kg⁻¹；猴、大鼠口服t₁/₂ 12–28 h；皮下 depot 释放半衰期96天。 - 机制：多阶段干预——(i)病毒组装/释放障碍；(ii)核孔运输阻断(CPSF6/Nup153)；(iii)核内过度稳定导致提前解壳。 临床与监管里程碑 - 2022年欧盟/美国先后批准Lenacapavir用于多重耐药HIV-1感染治疗(CAPELLA试验，52周病毒抑制率83%)。 - 2025年6月FDA再批其“半年一针”用于暴露前预防(PURPOSE 1&2，女性100%、男性和性别多元人群96%感染率降低)。 - 口服周制剂与Islatravir联用、肌注一年一次制剂正处于II/III期，显示≥56周持续药效。 研究总结 Lenacapavir的成功首次证明“病毒衣壳”这一超大、动态蛋白复合体可被小分子精准调控，实现治疗与预防双重适应症的半年一次给药。其发现历程体现了： 靶点结构生物学与高通量表型筛选的深度融合； 对代谢-结构-活性关系的极致打磨与多轮“难题-突破”循环； 临床需求驱动的制剂与给药途径创新。 该范例为攻克其他“不可成药”病毒或宿主蛋白-蛋白相互作用提供了可复制的技术路线，并有望显著改变全球HIV防控格局。 图片来源：ACS 详细阅读 01 INTRODUCTION 从每日单片到半年一针——HIV衣壳靶点的破冰之旅 自1987年首个抗HIV药物齐多夫定获批以来，抗逆转录病毒疗法（ART）已将HIV感染从致死性疾病转变为可控制的慢性病，但全球疫情仍未终结：2023年现存感染者约4000万，新发130万，死亡63万，差异源于医疗资源、社会污名与依从性障碍。长效药物因此被视为突破瓶颈的关键。HIV衣壳蛋白（CA，p24）以1500个单体自组装成37 MDa的锥形衣壳，全程通过蛋白-蛋白相互作用完成核输入、逆转录、整合等必需步骤，却长期被视为“不可成药”。借助多年结构生物学成果，吉利德于2006年启动CA小分子发现项目，初始目标仅是寻找每日一次、<100 mg的口服STR组分；随着对衣壳组装/去组装机制认识的加深，研究逐步转向“加速异常组装”策略，并最终锁定可半年给药一次的首创衣壳抑制剂lenacapavir，为治疗与预防提供全新长效选项。 02 Drug Desigh ①从阻断到借力--Site II促进剂策略 研究伊始，衣壳蛋白（CA）仅被视为包裹病毒RNA的“保护壳”。为系统寻找干预其组装的小分子，作者建立了高盐诱导CA单体形成管状富勒烯寡聚体的高通量光谱模型，在1500余初命中鉴定出两类结合模式：Site I抑制剂占据CA-NTD底部凹槽，阻断单体寡聚；Site II促进剂则嵌于两CA单体界面，优先结合寡聚形式并加速异常组装，生成畸形衣壳。晶体学与SPR证实，Site II化合物与Pfizer报道的PF-74同位点，且残基高度保守，预示潜在宿主功能接口。基于“协同质量作用”思路，团队果断放弃抑制剂路线，聚焦促进剂系列，并由此推测该位点可能被宿主因子CPSF6/Nup153利用以介导核孔运输，为后续靶向干预提供理论依据。 ②从活性突破到代谢困境——杂环替换酰胺的顺势策略 团队最初从约400个Site II促进剂双酰胺类似物中筛选出活性提升至48 nM的化合物6，晶体学显示其吲哚-乙酰胺、3,5-二氟苯甲基和4-甲氧基苯基分别与CA-NTD/CTD界面形成π-堆积、阳离子-π、氢键及疏水填充，奠定后续构效关系。然而6的代谢稳定性极差：人肝微粒体predCLint 0.74 L h⁻¹ kg⁻¹，吲哚和甲氧基位点易被氧化，5-羟基吲哚还遭遇葡萄糖醛酸化，且大鼠血浆中酰胺键水解半衰期<50 min。为提高成药性，作者保留贡献亲和力的3,5-二氟苯甲基，着手用芳香杂环替换易水解的酰胺：N-甲基苯胺的顺式构象是活性必需，而杂环可在锁定该构象的同时继续向N57提供氢键受体。由此开启以“杂环-顺式模拟”为核心的代谢稳定性优化新阶段。 ③吡啶骨架锁定——酰胺等排体开启 N74 新氢键网络 将酰胺键替换为芳香六元杂环后，活性得以保留且显著提升：吡啶、嘧啶与哒嗪都能模拟羰基向N57提供氢键，其中2-吡啶化合物12的共晶结构证实其为优异的酰胺等排体；杂环的刚性不仅阻断血浆水解，还固定了顺式构象和R3取向，并通过Suzuki偶联快速引入3-甲酰胺基，使15与新位点N74形成额外氢键，为后续 potency 提升打开空间。兼具代谢稳定性、合成便利和结构可拓展性的吡啶核心因此被锁定为后续优化的中心骨架。 ④破解CYP3A失活——消除3-烷基吲哚机制依赖性抑制的结构改造 在优化过程中团队发现，含3-烷基吲哚环的类似物会因CYP3A介导的脱氢代谢产生活性中间体，导致对该关键药物代谢酶发生机制依赖性失活（MBI）。为验证并消除这一潜在药物-药物相互作用风险，他们着手对吲哚片段进行结构改造，阻断环上α-位或侧链的氧化活化路径，从而将MBI降至可接受范围。 ⑤翻转四氢吲唑根除MBI——“去亚甲基”锁定人肝稳定性 为验证并消除3-烷基吲哚引发的CYP3A机制依赖性抑制，团队尝试用NH替换亚甲基、引入5-氟或转为N-连接吲哚：20无MBI却活性暴跌百倍，21仅部分减弱MBI，而22完全去除MBI仍伴随32倍效力损失。借鉴平行合成的双酰胺系列，研究者将四氢吲唑24的R1片段移植到吡啶骨架得23，不仅MBI归零，且仅适度牺牲活性；共晶揭示四氢吲唑翻转取向，把饱和环深埋于吲哚从未触及的疏水腔，从而开辟全新结合模式。然而23仍遭CYP介导的环内亚甲基氧化，索性“去亚甲基化”获得吡唑25，人肝微粒体稳定性跃升至检测下限，而LogD几乎不变。后续系统变换并环大小与极性，发现5元或7元环可维持活性却未能进一步提升稳定性，提示剩余亚甲基为关键代谢软点，需彻底屏蔽。 ⑥三维缺电子芳性骨架——3.1.0-双氟环丙并吡唑实现代谢飞跃 由于碎片化MetID无法定位23的亚甲基氧化位点，团队用CrO₃氧化其甲酯前体，证实4-与7-位杂苄基亚甲基最易被攻击；尝试以桥环引入张力限制构象却未能提升稳定性，转而采用“氟堵”策略：4-双氟类似物32代谢改善但活性降8倍，7-双氟33仅保留中等效力。合并两区优势得到的34虽兼具一定稳定与效力，仍因剩余两个亚甲基可被氧化而逊色于全去亚甲基的吡唑25。为此，研究者设计3.1.0-环丙并吡唑体系，用环丙烷桥锁定非连续亚甲基，一次性屏蔽三处C-H；二氟代并环异构体37/38在人肝微粒体中达到检测下限的稳定。拆分37获得的关键物40较起点23的代谢稳定性跃升136倍，且活性同步提高。晶体与电子结构分析揭示，环丙烷与双氟亚甲基形成π-共轭缺电子骨架，电子 withdrawn 效应通过环丙烷远程传递，使整个R1呈现三维芳香性，既填满疏水腔又全面抵抗氧化，为后续lenacapavir的R1模块奠定基础。 ⑦R3锁定N74并抑制葡萄糖醛酸化——用选择性指数驾驭CYP3A风险 共晶显示40的3.1.0-双氟环丙并吡唑R1精准嵌入CA六聚体凹陷，环丙烷与CF₃及骨架形成完美形状互补，并与K70构成π-阳离子作用；相反构型的环丙烷因无法匹配该腔隙而活性骤降，确证该立体化学为关键。随着体外稳定性达标，SAR指标由predCLint改为predCL以对接体内清除。结构进一步向R3延伸：40的甲酰胺与N74氢键结合，但旋转自由度大，于是用双环杂环锁定供体/受体方向，发现3-氨基吲唑53、55因HBD靠近N74而活性最优；N1-甲基化(57)在保持效力的同时阻断葡萄糖醛酸化，却仍在HLM+UDPGA体系中暴露高清除(0.87 L h⁻¹ kg⁻¹)。对57的3-氨基进行空间位阻和吸电子修饰，最终4-Cl-甲磺酰胺59及61兼具高效力与良好代谢稳定性。该系列普遍对CYP3A有可逆、次微摩尔级抑制，且与脂溶性无相关性；团队转而以“CYP3A IC₅₀/抗病毒EC₅₀”选择性指数为优化目标，通过持续提高活性而非单纯降低酶抑制，使61的选择性指数较40提升19倍，同时实现更佳体内稳定，为后续长效候选物奠定R3末端标准。 ⑧二甲基丙炔醇侧链“滑轨”嵌入——67兼具高效力与千倍CYP3A选择指数 在继续优化过程中，研究人员意外发现，在吡啶核心的C6位引入二甲基丙炔醇侧链可让分子沿二聚体界面形成的疏水“峭壁-口袋”顺滑嵌入，带来10倍的活性跃升，并同步改善代谢稳定性。利用该基团替换R1的一个氟原子后，最具代表性的化合物67在保持人肝微粒体检测极限附近稳定性的同时，对CYP3A的可逆抑制显著减弱（IC₅₀ 1700 nM），抗病毒活性提升使其选择性指数达到1000倍。合成上，只需以3,6-二溴吡啶75为共同中间体，经Sonogashira偶联引入炔醇、再Suzuki偶联装配R1片段，即可高效获得67及其类似物，为后续候选药物的放大与系列化提供了简便路线。 ⑨67的PK不确定性暴露临床风险——缩小ΔCL并再增效力成为关键 体外表现优异的67在人血浆蛋白校正后MT4 EC₉₅为71 nM，Caco-2渗透良好且在模拟肠液中溶解度可接受；采用竞争平衡透析法同时校正培养基与血浆蛋白结合，获得可靠的血浆校正活性。凭借这些优势，团队对³H标记的67展开跨物种PK研究，人肝细胞预测CL仅0.06 L h⁻¹ kg⁻¹（肝提取率4.8%），大鼠与犬猴体内t½尚佳，但大鼠和猴均出现显著的“体内-体外清除差值(ΔCL)”，提示存在未明消除途径，导致人体半衰期难以预测。为避免因暴露不足引发病毒学突破和耐药风险，67被认为临床推进风险过高，因此需要进一步缩小清除差异并同步提升活性与代谢稳定性，方能成为合格候选药物。 ⑩R4二甲基丙炔基甲砜——以刚性间隔撬动皮摩尔活性与<2%肝提取的代谢突围 在R4端引入丙炔醇系列后，活性被迅速推向皮摩尔区间：双氟甲基炜醇79使EC₅₀再降2倍且人肝细胞清除不变；磺酰胺82与环状氨基甲酸酯83分别把活性推进至300与200 pM，但后者因predCL逼近肝血流而耗尽代谢优势。甲基砜84以180 pM脱颖而出，人肝predCL仅0.13 L h⁻¹ kg⁻¹；再于R1复归三氟甲基得到的86保持皮摩尔 potency 同时将predCL进一步压至0.02 L h⁻¹ kg⁻¹（肝提取<2%）。末端二甲基丙炔基砜不仅提供刚性间隔，还因偕二甲基与砜基的吸电子/空间屏蔽显著降低乙炔氧化风险，实现61→86的8倍代谢稳定性跃升。围绕该骨架，团队设计>30个皮摩尔、predCL触底类似物，最终包括GS-CA1 (94)在内的16个氚标记化合物进入体内外终轮评价，其中94在人源化小鼠与恒河猴SHIV重复攻毒PrEP模型均显示出卓越保护效力，为临床候选物1（lenacapavir）的R4二甲基丙炔基甲砜单元锁定提供关键依据。 03 RESULTS ①三氟乙基成就lenacapavir——亚纳摩尔活性、低清除与π-三明治锁合共铸半年一针 在R1和R3同时最大化氟代的策略下，将86的N1-甲基换成三氟乙基得到95，活性和人肝细胞清除率同步改善，进一步演化为lenacapavir（1）后，HIV-1 EC₅₀达105 pM，血浆校正EC₉₅仅4 nM；³H-1人肝细胞predCL低至0.01 L h⁻¹ kg⁻¹，大鼠、猴体内清除降低，t½分别达28 h与12 h，且ΔCL最小。综合体外代谢与跨物种胆汁/肠道排泄比例，团队用混合模型预测人总CL为0.06 L h⁻¹ kg⁻¹、Vss 3.2 L kg⁻¹，口服20 mg QD（F≈15%）可稳态维持5× EC₉₅以上。共晶揭示1在CA二聚界面埋表面积>2000 Ų，八根氢键加双吡唑-K70的π-阳离子-π“三明治”将其牢牢锚定，对六聚体解离慢、亲和力比单体高10倍，兼具超长半衰期与极高抗病毒活性。 ②轴手性自优选——LEN.2 构象驱动皮摩尔级多阶段抗病毒活性 Lenacapavir 由于联芳键旋转受限，在溶液中以 LEN.2 与 LEN.1 两种轴手性异构体 4.43:1 的动态平衡存在（半衰期 <2 h），晶体和血浆中均富集更具活性的 LEN.2，这也是与 CA 六聚体共晶所观测到的构象，从而成为首个“自优选对映”的 Class 2 阻转异构药物原型。该化合物在初代人 CD4+ T 细胞和 MT4 细胞中的 EC₅₀ 分别低至 32 pM 与 105 pM（蛋白校正后 3.2 和 10.5 pM），对多种临床分离株及现有药物耐药突变均保持亚纳摩尔活性；它通过在 CA 单体保守界面高亲和结合，稳定衣壳六聚体并阻断核输入、去壳及新病毒颗粒成熟等多个关键步骤。Lenacapavir 细胞毒性极低（治疗指数 >10⁶），且在 HIV-1 复制早期（23 pM）与晚期（439 pM）均维持皮摩尔级抑制，为后续超长给药间隔的临床方案奠定坚实基础。 ③从贮库制剂到半年一针——lenacapavir 开启长效 HIV 治疗与预防新时代 凭借超高活性与代谢稳定性，lenacapavir 的水溶性与膜渗透性却极低，制剂团队通过盐型、晶型、溶剂和辅料的大量筛选，开发出皮下贮库制剂：大鼠/犬内呈现零级释放，预测人吸收半衰期 96 天，900 mg 单次注射即可维持 6 个月血药浓度＞6×EC₉₅，实现“半年一针”长效给药；肌注剂型更将终点推至 56 周。口服利用度虽仅约 15%，但分布容积高达 23 L kg⁻¹，消除半衰期 12 天，支持每周一次口服用药。临床研究显示，单剂 450 mg SC 可在 9 天内把病毒载量降 2.2 log₁₀；Ⅲ期 CAPELLA 试验证实，每半年 927 mg SC 联合背景方案使 83% 多重耐药患者 52 周病毒载量＜50 c mL⁻¹。两项全球多中心 PURPOSE 试验进一步在女性和男性/性别多元人群中分别实现 100% 与 96% 的 HIV 发病率降低，显著优于每日口服 F/TDF，且注射依从性远高于口服 PrEP。2022 年起 lenacapavir 陆续在欧盟、美国等地获批用于耐药治疗，2025 年 6 月 FDA 更将其扩展为唯一“半年一针”的 HIV 暴露前预防选择，欧盟 Med4All 及南非、巴西、加拿大等多国已递交 PrEP 上市申请，标志着长效衣壳抑制剂正式成为全球 HIV 防控新范式。 图片来源：ACS CONCLUSIONS Lenacapavir 的成功证明，曾被视为“不可成药”的超大病毒衣壳蛋白复合体同样可以被小分子精准调控。项目始于对 1500 个 CA 单体自组装机制的基础研究，历经抑制剂—加速器策略转向、Site II 结合模式确立、多轮代谢与毒性优化，最终通过 3.1.0-双氟环丙并吡唑、二甲基丙炔基甲砜、三氟乙基等创新结构组合，实现皮摩尔活性、人肝清除率仅 0.01 L h⁻¹ kg⁻¹、血浆半衰期数十天且对现有耐药株全敏感的卓越 profile。其口服、皮下和肌注多种长效制剂不仅满足每日一次到半年一次的不同临床需求，也在治疗多重耐药 HIV 和预防高危人群感染的两个适应症中取得 83% 病毒抑制和 96%-100% 发病减少的突破性疗效。lenacapavir 的问世为“超越五规则”的大分子量、高卤代药物设计提供了范例，也标志着病毒衣壳靶向治疗从概念走向现实，为全球终结艾滋病流行注入新的科学工具与希望。 文献详细全面信息请跳转原文阅读： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c01625 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓