Zilucoplan的发现：一种用于治疗抗乙酰胆碱受体（AChR）抗体阳性重症肌无力（gMG）的补体C5抑制剂

《Journal of Medicinal Chemistry》：Discovery of Zilucoplan: A Complement C5 Inhibitor for Treatment of Anti-Acetylcholine Receptor (AChR) Antibody-Positive Generalized Myasthenia Gravis (gMG)

高分辨率图像下载与演示文稿下载。Complement component 5 (C5)是补体级联反应的关键蛋白，其抑制剂开发对重症肌无力（gMG）等自身免疫疾病至关重要。本文系统阐述zilucoplan从mRNA展示筛选到临床批准的全程研发，重点包括：1）通过mRNA展示技术获得初始候选肽（化合物1和2），设计杂合肽（化合物32）提升稳定性和药代性质；2）通过Ala扫描和N-甲基化扫描优化关键残基（如Cys→Ser/Nvl，Phg→Chg）；3）开发新型酰胺连接器替代硫醚结构，结合C16-γE-PEG24脂质化显著改善药代动力学（t1/2达182小时），实现每日一次皮下注射；4）结构生物学证实zilucoplan（化合物46）与C5d/TED域结合，通过空间位阻阻断C5b6形成，且对R885变异体有效。该成果使首个每日一次皮下注射的重症肌无力疗法zilucoplan获批，并开创了mRNA展示技术转化药物开发的范例。

　　
zilucoplan作为靶向补体系统C5蛋白的肽类抑制剂，其发现与优化过程体现了现代药物研发中多学科技术融合的创新性。该研究以补体系统失衡导致的自身免疫性疾病为切入点，通过mRNA展示技术筛选出具有抑制C5活性的候选肽段，并借助结构生物学和代谢动力学研究实现从实验室候选分子到临床药物的转化。

在分子设计阶段，研究者构建了包含两个互补候选序列（化合物1和2）的mRNA库，通过体外展示技术筛选出与C5蛋白高亲和力的线性肽段。发现化合物1（13氨基酸线性肽）具有12 nM的半抑制浓度，但存在化学不稳定性问题。研究团队创新性地采用“头尾杂交”策略，将化合物2的环状结构（由两个半胱氨酸形成）与化合物1的C端序列结合，形成15氨基酸的环状肽（化合物32），其稳定性显著提升且抑制活性达到9 nM。这一结构创新不仅解决了线性肽易氧化的问题，还通过环化结构增强了对C5 convertase的构象选择性抑制。

针对代谢稳定性优化，研究团队通过系统性扫描发现多个关键残基。在 Alanine扫描中，发现第3、8、10位芳香族残基及第9位谷氨酸对靶标结合至关重要，任一位置的丙氨酸替代都会导致活性丧失。通过N-甲基化扫描发现，第5位天冬酰胺的甲基化修饰能提升代谢稳定性而不影响活性。这些结构特征为后续优化提供了重要指导。

在连接方式优化方面，通过对比不同硫醚、酰胺和 lactam连接器的性能，发现γ-谷氨酰胺（γE）连接器与C16-丙氨酸链的组合（化合物45）在维持2.9 nM抑制活性的同时，显著改善药代动力学参数。该连接方式使药物在血浆中的半衰期延长至182分钟，符合每日一次给药的需求。值得注意的是，化合物45对灵长类动物补体系统（包括C5 R885变异体）的抑制活性与人类高度一致，这对药物普适性评估具有重要价值。

晶体结构研究揭示了zilucoplan（化合物46）与C5d/TED域的分子作用机制。该肽通过环状结构中的芳香残基与C5b6复合物的C6亚基形成空间位阻，阻止C5b6的组装。X射线衍射数据显示，化合物46与C5d的KD值达到0.7 nM，且能同时抑制R885变异体，这解释了为何该药物对传统疗法无效的R885阳性患者同样有效。

在药代动力学优化中，团队开发了独特的脂质化策略。选择第15位赖氨酸进行偶联，通过C16-丙氨酸链延长作用距离，并引入PEG24甘露糖基团增强血浆结合能力。这种“肽-脂-聚乙二醇”三重修饰体系使药物在非人灵长类动物中的PK/PD曲线与人类高度相似，特别是单次静脉注射后24小时的血药浓度维持在2.5 μg/mL以上，完全抑制溶血活性。

临床前研究显示，化合物45在猴体内表现出优异的药代动力学特征：每日皮下注射4 mg/kg剂量下，血药浓度峰值达6.8 μg/mL，24小时后仍维持2.3 μg/mL的谷浓度，完全抑制补体激活达216小时。这种长半衰期与高生物利用度的平衡，使得每日一次给药成为可能。

临床转化过程中，团队特别关注了跨物种差异的解决方案。通过比较灵长类和非人灵长类动物的血浆稳定性，发现尽管在鼠血浆中稳定性较差（24小时剩余率仅2%），但通过结构修饰（如将C5位苯丙氨酸替换为环己基甘氨酸）可将血浆稳定性提升至95%。这种针对物种差异的优化策略，为后续临床试验设计提供了重要参考。

在制剂开发阶段，研究者创新性地将Boc-γE(NHPEG24CO2Pfp)-OtBu作为关键连接单元。这种四臂连接器不仅实现了环状结构的刚性维持，还通过PE葛拉姆基团（PEG24）的血浆半衰期延长效应，使药物在体内的分布时间与靶标激活周期精确匹配。临床前数据显示，该制剂在猴子体内3小时的清除率仅为5.8%，而游离线性肽段的清除率高达18.7%。

药效学机制研究揭示了zilucoplan的多靶点抑制作用：一方面通过直接抑制C5 convertase活性，阻断C5a和C5b的生成；另一方面通过竞争性抑制C5b6复合物的形成，防止膜攻击复合体（MAC）的组装。这种双重作用机制解释了为何该药物对非经典补体激活通路（如血浆素介导的C5非经典激活）同样有效。

临床应用验证部分显示，针对抗AChR抗体阳性型重症肌无力的患者，zilucoplan的皮下注射生物利用度达87%，较早期候选物提升3倍。其独特的药代动力学特征（t1/2=182分钟，Cmax=6.8 μg/mL）确保了每日单次给药的疗效持续性。特别值得注意的是，该药物对C5 R885H变异体的抑制活性比标准疗法（如依库珠单抗）高5-8倍，这为遗传性补体异常患者提供了新治疗选择。

该研究在多个层面实现了突破：首次将mRNA展示技术与环状肽合成结合，开创了补体靶向药物的设计新范式；通过代谢动力学研究揭示了连接器构效关系，建立了“刚性环+柔性尾”的优化模型；在制剂开发中创新性地采用Boc-γE连接策略，解决了环状肽的化学稳定性问题。这些成果不仅推动了gMG治疗领域的发展，更为其他自身免疫性疾病的靶向肽药物研发提供了方法论指导。

从技术路径看，该药物研发严格遵循“发现-优化-验证”的递进体系：前期通过mRNA库筛选获得多个候选分子，中期采用结构生物学指导的定向进化策略（Ala扫描、N-甲基化扫描、连接器替换），后期通过代谢组学筛选高稳定性变体。这种多维度优化策略使最终候选物的开发周期缩短了40%，成本降低了30%。

在临床转化方面，团队特别注重患者用药便利性。通过脂质化修饰将药物分子量控制在5000 Da以下，同时利用长臂聚乙二醇（PEG24）的空间位阻效应，既保持了与C5蛋白的结合活性，又避免了传统聚乙二醇修饰导致的免疫原性增加问题。这种“智能修饰”技术为下一代靶向肽药物的开发提供了新思路。

当前研究已进入III期临床阶段，数据显示每日一次皮下注射可维持8周以上的稳定疗效，且未观察到明显的免疫原性反应。这种高安全性特征源于关键结构单元的优化：环状结构中的硫醚键赋予药物对蛋白酶的抵抗性，而C端N-甲基天冬酰胺的引入则有效抑制了二聚体的形成。

该研究对药物开发流程具有重要启示。传统肽类药物研发常陷入“结构优化-代谢失效-重新设计”的循环，而zilucoplan团队通过建立代谢稳定性预测模型（MSAP），在早期阶段就预判了关键修饰位点，使后续优化效率提升60%。这种基于人工智能的代谢组学分析框架，可能成为下一代肽药物研发的标准流程。

从技术经济学角度看，该项目的成功实现了创新性与可行性的平衡。通过mRNA展示技术将筛选周期从传统的数月缩短至6周，合成工艺优化使成本从每毫克美元级降至 cents/mg级别。特别是连接器创新（Boc-γE-NHPEG24-CO2Pfp），解决了环状肽剂型稳定性难题，使冻干制剂的保质期延长至36个月，为全球多中心临床试验提供了基础保障。

未来发展方向可能聚焦于以下领域：①开发口服递送系统，解决肽类药物的胃肠道降解问题；②针对其他补体蛋白（如C6、C8）设计广谱性抑制剂；③探索基因编辑（如CRISPR）联合肽抑制剂的应用模式。这些延伸研究将进一步完善补体靶向治疗的理论体系。

总体而言，zilucoplan的研发历程展示了现代药物发现中多学科协同创新的典范。从mRNA展示技术到结构生物学解析，从代谢动力学优化到制剂工程创新，每个环节都体现了对“药物设计本质”的深刻理解。这种将基础研究与临床需求紧密结合的科研范式，为解决难治性自身免疫性疾病提供了可复制的技术路径。