Verubecestat（MK-8931，圖一）是默沙東的一個新型BACE1抑制劑。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，BACE1酶可以催化淀粉樣前體蛋白（APP）分解成β-淀粉樣蛋白，而β-淀粉樣蛋白是構(gòu)成阿爾茲海默癥患者大腦老年斑的主要物質(zhì)，因此被作為檢測阿爾茲海默癥患病程度的重要指標(biāo)之一，同時也是目前老年癡呆免疫療法的關(guān)鍵靶標(biāo)之一。曾經(jīng)，Verubecestat最為一個BACE1抑制劑，在臨床Ⅰ期試驗中顯示能夠顯著降低患者腦脊液中β-淀粉樣蛋白含量，且具有良好的安全性，引起了業(yè)界非常大的關(guān)注。
圖一 BACE1抑制劑Verubecestat
但是，由于Verubecestat的再臨床III期研究中并未讓患者顯示出明顯的癥狀改善，因此止步于臨床III期研究（圖二）。即便如此，其工藝開發(fā)仍然具有較大價值，主要在于：1. Verubecestat的開發(fā)并未完全停止，其他適應(yīng)癥、衍生物合成開發(fā)正在探索；2. Verubecestat的結(jié)構(gòu)中存在諸多藥物分子中含有的片段，其合成工藝對其他類似小分子藥物具有借鑒意義；3.其化學(xué)鍵的構(gòu)建方法具有通用性，如C-N鍵、胍基環(huán)的構(gòu)建方法對其他藥物分子的合成具有借鑒意義。
圖二 截取自Thomson數(shù)據(jù)庫
圖三是默沙東報道的BACE1抑制劑Verubecestat公斤級合成工藝。在該工藝中，研究人員使用原料亞胺2和磺酰胺底物3通過Mannich-type加成反應(yīng)得到了手性中間體4；水解脫除亞磺酰基團(tuán)后與酸成鹽得到中間體5，中間體5可以與化合物6縮合得到中間體7；中間體7脫除PMB保護(hù)基后與BrCN形成胍基產(chǎn)物9，最后在堿性條件下游離出堿性目標(biāo)產(chǎn)物Verubecestat。該工藝實現(xiàn)了Verubecestat的公斤級合成，總產(chǎn)率高達(dá)61%。
圖三 BACE1抑制劑Verubecestat的公斤級合成工藝（默沙東工藝）
但是，該工藝仍然存在改進(jìn)空間，尤其是在中間體7的合成過程中需要使用高溫（104℃），且會產(chǎn)生化合物10、6的水解產(chǎn)物11等雜質(zhì)（圖四），給收率和產(chǎn)物分離帶來了較大的影響。因此，默沙東最近針對Verubecestat的合成公斤進(jìn)行了再次優(yōu)化改進(jìn)，特別是針對中間體7的合成工藝改進(jìn)。
圖四 中間體7的合成
在優(yōu)化過程中，研究人員首先探索了反應(yīng)試劑對水解雜質(zhì)11產(chǎn)生量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，催化劑CuI的使用量對水解雜質(zhì)11產(chǎn)生量影響較大，表現(xiàn)為正相關(guān)。
圖五 水解雜質(zhì)11形成機(jī)制探索
此外，研究人員還通過核磁（NMR）等分析方法對C-N鍵形成的偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并根據(jù)反應(yīng)結(jié)果提出了圖六所示Cu離子螯合機(jī)制，并指出水解雜質(zhì)11的形成是通過螯合態(tài)D而形成，而雜質(zhì)11的形成則由于螯合態(tài)A的存在。通過圖六我們可以看出，酰胺底物6實際上與二胺配體形成了一個競爭機(jī)制，這里的問題在于：底物6當(dāng)量過大，則會通過D產(chǎn)生較多的水解雜質(zhì)11；而二胺配體當(dāng)量過大，則會通過A產(chǎn)生較多的雜質(zhì)10。而要高產(chǎn)率得到目標(biāo)產(chǎn)物7，則需要更多地以螯合太B的型式存在，因此，必須找到一個合適的當(dāng)量比。
圖六 Cu離子螯合機(jī)制
最后，研究人員根據(jù)以上結(jié)果和推測，通過首先讓0.25當(dāng)量的酰胺底物6與Cu及二胺基配體進(jìn)行預(yù)處理，從而保證了酰胺底物6與二胺基配體的當(dāng)量基本一致，從而可以更多的形成螯合物B。通過條件篩選，成功讓啊反應(yīng)溫度降至100℃以下，產(chǎn)率也保持在90%以上（圖七）。
圖七 中間體7的合成條件優(yōu)化
有人說：Verubecestat雖然不是阿爾茲海默癥治療領(lǐng)域的第一個BACE1抑制劑，但卻是首個進(jìn)入臨床Ⅲ期的BACE1抑制劑；雖然臨床Ⅲ期受挫，但對BACE1抑制劑的研究具有重要意義。在該領(lǐng)域，衛(wèi)材旗下的Elenbecestat和羅氏旗下的Gantenerumab、Crenezumab均已進(jìn)入臨床開發(fā)后期。此外，此次Verubecestat的工藝開發(fā)，有利于Verubecestat的后期開發(fā)，以及對類似分子合成工藝的開發(fā)具有很大的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)：
1. Thomson數(shù)據(jù)庫；
2. A Next Generation Synthesis of BACE1 Inhibitor Verubecestat (MK-8931)，2018；
3. Improved Process for a Copper-Catalyzed C?N Coupling in the Synthesis of Verubecestat， 2019.
作者簡介：云天，藥物化學(xué)博士，主要從事小分子藥物研究，尤其擅長小分子藥物的合成工藝及后期藥物開發(fā)研究，已完成多個抗癌藥物分子的合成和活性評估。
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