导读
最近，日本卫材公司（Eisai Co.）研发团队和已故哈佛大学Yoshito Kishi（岸义人）教授的课题组合作，完成了软海绵素类抗癌药E7130的第三代十克级规模全合成。在完成首次毫克级全合成的18个月后，该团队依据第三代合成路线，实现11.5克高纯度E7130的首批制备，为临床实验提供了足够多GMP标准候选药物。相关研究成果发表在近期的Organic Letters上（Org. Lett. DOI: 10.1021/acs.orglett.3c03663）。
背景介绍（Figures 1-2）：
软海绵素（Halichondrins）是具有超级复杂分子结构的聚醚大环内酯类活性天然产物，由Hirata和Uemura等人在1985年从黑色海绵Halichondria okadai Kadota中首次分离得出。该类分子都包含一个大环内酯骨架，该骨架含一个独特的笼状多环体系和一排连续稠合的四氢吡喃和四氢呋喃环。结构不同之处在于笼状结构的C10、C11、C13位氧化态和左侧末端碳骨架。在所有软海绵素类天然产物中，halichondrin B对多种癌细胞株具有强效体外和体内抗癌活性，有望开发成新型抗癌药。然而halichondrin B的天然来源有限，因此利用化学方法实现其全合成具有重要研究价值。
1992年，哈佛大学Yoshito Kishi教授课题组以基于NHK偶联反应的汇聚式合成策略，完成了halichondrin B、norhalichondrin B和homohalichondrin B的首次全合成（J. Am. Chem. Soc.1992, 114, 3162），并在此全合成基础上，测试了合成出的软海绵素和数个中间体的体外和体内抗癌活性。结果显示halichondrin B的右侧片段（1）具有和halichondrin B近乎等同的生物活性（WO93/17690,1993）。基于片段1，卫材公司开展了大范围的抗癌药研究，并最终收获艾立布林（eribulin, Halaven）这一新型抗癌药。
Kishi课题组同时探索了软海绵素类天然产物的更高效和规模化合成方法，并发展出催化不对称NHK偶联反应和更高效的全合成路线。基于这些化学进展，以及以下三方面考虑，卫材公司决定挑战基于完整软海绵素结构的药物发现1）软海绵素天然片段的重要性未知，特别是软海绵素左侧片段的生物功能尚未阐明；2）有报道发现软海绵素是一种新颖的微管动力学抑制剂，但其作用模式和其它微管靶向药物例如紫杉醇明显不同；3）从战略角度来看，基于当代化学的天然产物驱动药物发现可以增强卫材公司的竞争优势。
因此，在2014年，Kishi课题组和卫材公司重新审视和确定了一项基于完整软海绵素结构的药物合作研发项目。在这一合作项目中，Kishi课题组负责前沿化学研究，包括创造新方案和开发新合成路线，卫材公司负责药物化学、工艺化学、药理学和其它药物开发的必要研究。基于此合作，团队在2015年首次合成出一个新的抗癌药候选物E7130 (2)。临床前研究数据表明，E7130不仅是一种微管靶向药物，也是一种新型的肿瘤微环境改善药物。目前，E7130正在开展I期临床试验。
E7130具有软海绵素家族的超复杂分子结构，包括52个碳骨架，其中31个是手性中心，分子质量高达1066，其和天然软海绵素结构不同之处在于末端氨基。基于其超复杂的分子结构，利用化学全合成实现E7130的药物供应具有前所未有的挑战。可喜的是，经过卫材公司和Kishi课题组的共同努力，成功实现了能满足临床需求的E7130第三代十克级规模全合成。
（Figure 1，来源：Org. Lett.）
三代全合成路线对比（Figure 2）：
Figure 2展示了E7130三代全合成路线的关键不同之处：偶联步和脱保护基/环化步。基于Kishi组首次报道的软海绵素全合成路线，研发团队实现了E7130的第一代毫克级制备（1.6 mg）。第一代全合成路线所得化合物虽然能满足体外和体内初始药物分析和筛选，但无法满足进一步的临床前研究以及CMC研究（chemistry, manufacturing, control, 简称CMC）。此外，第一代路线很难放大，主要是因为后期5-6的脱保护基/环化步产率最高只有27%。产率太低的原因有两点：1）TBAF脱TBS步反应时间长，导致生成多个副产物；2）DDQ脱MPM条件太苟刻，反应更杂，使得6成为次要产物。为此，研发团队开发了E7130的第二代克级规模全合成（2-3 g）。主要改变是将C48和C35位TBS保护基替换成更易脱除的TES，C41位MPM保护基替换成TBS，从而实现10-11的脱保护基/环化步的高产率和稳健操作，氨基则通过后期引入。第二代合成路线能满足药理分析、安全性分析以及初始CMC研究，但因为最后一步仍需要HPLC纯化也不适合放大（脱保护基/环化步立体异构体比较多）。因此，研发团队开发了E7130的第三代十克级规模全合成（11.5 g）。主要改进有两点：1）左侧片段改为C40和C44位立体中心已构建的底物12，从而简化后续脱保护基/环化步，避免繁琐的连续环化操作；2）利用Kishi组新开发的Zr/Ni介导酮偶联反应，实现不同于前两代路线的C37-C38偶联，提高左-右侧片段偶联产率。第三代合成路线能显著减少立体异构体生成，从而无需HPLC纯化操作。
（Figure 2，来源：Org. Lett.）
第三代全合成路线（Scheme 1、2）：
Scheme 1简单总结了适合放大生产的第三代全合成路线。基于此路线，卫材公司在位于日本筑波市（Tsukuba）和鹿岛市（Kashima）的实验室和工厂开展大规模合成。从商业可得原料出发，得到超过50克左侧片段和右侧片段，经总共92步反应实现首批次11.5克E7130的制备。相比之下，第一代和第二代路线分别需要109步和110步反应。其中，第三代路线最长的线性步是31步（D-galactal→C30−C37→C27−C37→C20−C37→4c→E7130），第一代和第二代则分别是47步和54步。步骤减少的关键在于Zr/Ni介导酮偶联反应的应用。采取此策略可以避免合成右侧片段时，为了引入C38位碳所必须的增碳步和上保护基/脱保护基等操作。
（Scheme 1，来源：Org. Lett.）
Scheme 2详细介绍了第三代合成路线的最后几步反应。通过Zr/Ni介导酮偶联反应将左侧片段12和右侧片段4c偶联，以85.4%的产率得到产物13。13经TBAF/咪唑盐酸盐条件脱去TES和TBS保护基，再经PPTS条件构建螺环缩酮，以70.1%的两步产率得到产物11。11的C52位羟基经OTs反应、叠氮化、Staudinger还原三步反应转化成氨基，以76.5%的三步产率生成11.5克大于99.8%纯度的E7130。最后一步的纯化通过反相中压色谱分离实现，不需要使用HPLC。
（Scheme 2，来源：Org. Lett.）
最后，展示下E7130成品的核磁氢谱和碳谱，非常非常漂亮，想起博导的谆谆教诲了，哈哈。
（SI，来源：Org. Lett.）
总结
总之，在未依赖HPLC纯化的情况下，日本卫材公司和已故哈佛大学Yoshito Kishi的课题组合作，实现了抗癌药E7130的第三代十克级规模全合成。作者认为能在如此短的时间内（18个月）实现E7130的10克级规模合成，关键在于学术界和工业界之间的紧密合作。同时也证明，当代有机合成的发展，能为药物的发现和发展铺平道路，即使药物来源于极其复杂的软海绵素类天然产物。
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