摘要：本文概述了诺华公司开发的首个获批补体因子（Factor B, FB）抑制剂Iptacopan的先导化合物发现历程。研究团队在优化吲哚-哌啶骨架衍生物过程中，通过解析化合物29与FB的共晶结构（PDB: 6QSX），意外发现结晶缓冲液中的硫酸根离子介导了配体与蛋白活性口袋（Arg192、Val218、Asn220B）之间的氢键网络。受此启发，结合结构叠合分析，团队在苯基哌啶对位引入极性取代基以模拟该相互作用。其中，羧酸取代的化合物35展现出显著提升的FB抑制活性（IC₅₀ = 33 nM，较前体提升近100倍），其共晶结构（PDB 6T8V）证实羧酸基团精准复现了硫酸根的氢键模式。

缓冲剂分子硫酸根的替换设计

补体系统是人体先天免疫防御体系的重要组成部分，不仅在抵御外源性病原体（如细菌和寄生虫）感染中发挥关键作用，还作为连接先天免疫与适应性免疫的桥梁。该系统由一系列血浆蛋白构成，包括可溶性蛋白、膜结合蛋白及补体受体，主要由肝脏合成或在细胞表面表达，并在血浆、组织液及细胞微环境中行使功能。补体系统的激活主要通过三条经典通路实现：经典通路（classical pathway, CP）、凝集素通路（lectin pathway, LP）以及旁路通路（alternative pathway, AP）。

在健康个体的稳态生理条件下，AP通路维持在低水平的基础活化状态，以持续监测潜在的病原体入侵。此时，补体成分可识别并结合至凋亡细胞表面，但其激活受到严格调控，仅限于清除凋亡细胞，而不引发进一步的炎症或适应性免疫应答。然而，在病原体感染等病理状态下，补体系统被显著激活，通过诱导炎症反应、调理作用及促进吞噬等方式清除病原体，并最终桥接并激活适应性免疫。值得注意的是，补体系统的功能不足或过度激活均可能对机体造成损害，并与多种感染性及非感染性疾病（如自身免疫病、慢性炎症、血栓性微血管病、移植排斥反应及肿瘤等）的易感性密切相关。

Iptacopan （LNP023）的化学结构式

图1. Iptacopan （LNP023）的化学结构式

补体因子B（Factor B, FB）是AP通路中的关键丝氨酸蛋白酶。选择性抑制FB活性可有效阻断AP通路的级联放大，同时避免干扰CP和LP通路，从而在抑制补体过度活化的同时保留其他通路介导的宿主防御功能，降低感染风险。诺华公司开发的LNP023（Iptacopan）是首个获批上市（2023年）1的FB抑制剂，目前已获批用于阵发性睡眠性血红蛋白尿症（PNH）、IgA肾病（IgAN）及C3肾小球病（C3G）等补体介导疾病的治疗。

化合物35（图2）的发现是LNP023研发过程中的关键突破，其设计直接源于对前体化合物29（图1）与FB共晶结构的深入解析2。

化合物29与35的化学结构式

图2. 化合物29与35的化学结构式

在早期优化阶段，研究团队基于吲哚母核与哌啶骨架构建了化合物29（图2）。该分子在FB抑制活性（IC50 ≈ 微摩尔级）及药代动力学性质方面均有所改善。更重要的是，其与FB催化结构域的共晶结构（PDB 6QSX）揭示了一个意外发现：哌啶2位的羟基通过结晶缓冲液中的硫酸根离子形成复杂的氢键网络（图3）。该硫酸根进一步与FB活性口袋中的ARG192、VAL218及ASN220B残基相互作用，提示该区域可作为提升配体结合亲和力的关键位点。

化合物29与Factor B共晶结构PDB 6QSX揭示了一个缓冲剂硫酸根离子

图3. 化合物29与Factor B共晶结构（PDB: 6QSX）显示缓冲液中的硫酸根离子与结合口袋形成氢键网络。黄色球棍：化合物29；灰色表面：Factor B。

这一结构观察为后续分子设计提供了重要启示：若能通过化学修饰模拟硫酸根介导的氢键网络，有望显著增强配体与FB的结合亲和力。

初始尝试直接引入模拟硫酸根的基团未能取得理想效果。然而，通过结构叠合分析，研究团队转向了一种更为高效的策略。将化合物29（PDB 6QSX）与早期苯基哌啶衍生物(S)-19（PDB 6T8W）的共晶结构进行比对（图4），发现(S)-19苯环的对位（para位）恰好占据硫酸根结合的空腔。这一空间匹配提示：在苯环对位引入极性取代基，可能直接模拟硫酸根与蛋白残基的相互作用。​

化合物19、29与Factor B共晶结构PDB 6QSX、6T8W的叠合

图4. 化合物19、29与Factor B共晶结构PDB 6QSX、6T8W的叠合。其中黄色球棍：化合物29；棍棒：硫酸根；浅棕色棍棒：化合物19；灰色表面：Factor B

基于此假设，团队合成了一系列对位取代的苯基哌啶衍生物。其中，砜基取代（化合物33）使活性提升约4倍；酰胺基取代（化合物34）提升约8倍；而羧酸基取代（化合物35）效果最为显著，其FB抑制活性提升近100倍（IC50由微摩尔级降至33 nM）。选择羧酸基团是基于其强氢键供体/受体能力，可有效模拟硫酸根与蛋白之间的多重氢键相互作用。

化合物35与Factor B的共晶结构PDB 6T8V

图5. 化合物35与Factor B的共晶结构PDB 6T8V。紫色球棍：化合物35；绿色飘带：Factor B

(-)-35与FB的共晶结构（PDB: 6T8V）验证了上述设计策略：其羧酸基团与Asn220B侧链及Asp218A主链NH形成强氢键（图5），精确复现了硫酸根的结合模式。除显著提升FB抑制活性（IC50 = 33 nM）外，(-)-35还完全消除了对hERG通道及肾上腺素受体（α1a/α2c）的脱靶效应，确立了其作为高质量先导化合物的地位。

综上所述，先导化合物35的发现充分体现了基于结构的药物设计（structure-based drug design, SBDD）与构效关系（SAR）分析在现代药物研发中的核心价值：通过晶体学偶然发现（硫酸根介导的氢键网络）转化为理性分子设计（苯环对位引入羧酸基团），成功突破了活性瓶颈，为后续临床候选物LNP023的诞生奠定了基础。

文献

  1. 中国国家药监局药品审评中心官网. Retrieved October 23, 2025, from https://www.cde.org.cn/main/xxgk/listpage/da6efd086c099b7fc949121166f0130c.
  2. Mainolfi, N. et al. (2020) “Discovery of 4-((2 S ,4 S )-4-Ethoxy-1-((5-methoxy-7-methyl-1 H -indol-4-yl)methyl)piperidin-2-yl)benzoic Acid (LNP023), a Factor B Inhibitor Specifically Designed To Be Applicable to Treating a Diverse Array of Complement Mediated Diseases,” Journal of Medicinal Chemistry, 63(11), pp. 5697–5722. Available at: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.9b01870.