药物设计
1）用芳氧基甲基酮替换羟甲基酮弹头
早期开发过程中的关键优化参数是提高PF-00835231的效力和人微粒体清除率（个人感觉口服利用度也很关键，这也是pfizer的Nirmatrelvir的优化目标，但这篇文章对%F的分析不多）。弹头从PF-00835231中的羟甲基酮更改为芳氧基甲基酮 (1)，导致效能增加约 9 倍。然而，这种弹头的微粒体清除速度很快，导致PK曲线较低。打开吲哚环以获得芳基草酰胺类似物导致效力适度增加，但这使得微粒体清除率更差。筛选了许多其他弹头，包括但不限于腈、酮酰胺、醛和羟甲基酮的前药，但都缺乏效力和所需PK特征。
2）三氟甲氧基甲基酮弹头
因此，决定为该化合物系列开发一种新型共价弹头，从而产生三氟甲氧基甲基酮弹头化合物3。与之前的芳氧基甲基酮类似物2相比，新的弹头类似物3的效力提高了 >3 倍（EC 90 = 17 nM），体外清除率提高了 >30 倍。随后，将新型弹头整合到各种P3-P2组合中，其中在P2处掺入脯氨酸得到lead分子4，它保留了非脯氨酸类似物中获得的大部分效力3。在啮齿动物和狗的 PK 研究中，这种先导化合物也具有远超优越的口服生物利用度，考虑到脯氨酸掺入已知能够增强口服肽模拟物的暴露。
3）用烷基草酰胺替换芳基草酰胺
含有芳基草酰胺的化合物在大鼠/小鼠血浆中不稳定，因此使用仓鼠作为啮齿动物物种来进行此类类似物的PK研究。但由于Ames评估中发现4有与药物相关的致突变性反应，停止了苯胺草酰胺类lead化合物的开发。
改用烷基草酰胺得到的分子5立即减轻了Ames测定结果，表明与苯胺草酰胺有关的阳性Ames信号存在明确的联系。此外，放弃芳基草酰胺有助于提高人微粒体稳定性，再加上P2脯氨酸的进一步SAR，产生了lead6，其在许多方面与nirmatrelvir相似，包括小鼠功效研究。
4）优化P2和P3，提高代谢清除率
烷基草酰胺衍生物6在广泛的安全性分析中具有非常有利的前景，包括与人类蛋白酶交叉反应性的肽酶小组评估。然而，此时nirmatrelvir已经可用于治疗 SARS-CoV-2，而6与nirmatrelvir相比，效力和清除情况并没有足够的差异。这促使进一步筛选P2脯氨酸和P3取代基，最终发现了临床候选药物CMX990，其特征是在P2处具有α-羟基酸P2-cap和4-螺环丙基脯氨酸。
表征了CMX990制造和/或代谢的潜在副产物，均有良好的效力。筛选的替代P3-cap包括其他形式的α-羟基酸以及P3截短的类似物。这些修饰要么损害效力，要么体内清除率较差。
药代动力学
在人肝微粒体中研究了CMX990对CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6和 CYP3A4的直接和时间依赖性抑制潜力，其中CMX990不抑制这些主要CYP亚型 (IC 50 > 50 μM)。预孵育30分钟后， CYP3A4 IC50 (>50 μM)没有明显变化，表明CMX990不是CYP3A4的时间依赖性抑制剂。
CMX990在狗和大鼠体内是中等血浆清除率，在2 mg/kg 静脉注射剂量后，猴子和小鼠中的清除率较高。CMX990 IV给药后，小鼠和猴子的血浆消除半衰期均小于1 小时，大鼠和狗的血浆消除半衰期分别为1.2-1.9小时和2.0小时。该化合物被迅速吸收，不同物种的Tmax在0.33-1.7小时之间。猴子的口服生物利用度较低（1%），小鼠和大鼠的口服生物利用度中等（14-22%），狗的口服生物利用度较高（53%），这与内部比较中观察到的nimatrelvir临床前概况相似。先前的文献已提出此类拟肽化合物在猴子中的口服生物利用度较低。
基于在其他物种清除率的体外与体内相关性，预计人类对CMX990的清除率非常低。这导致人类等效剂量预测（口服，<500 mg/天）为每天一次或两次，无需利托那韦加强即可有效的暴露，这使CMX990与nirmatrelvir显著不同。在狗身上进行的利托那韦加强研究显示，与单一疗法相比，联合治疗的PK曲线没有显著优势。
小结
CMX990具有新型共价弹头、优异的抗病毒特性、临床前物种良好的口服生物利用度和耐受性以及出色的人体体外代谢清除率（Pred. CL(h) < 6 mL/min/kg），CMX990在首次合成后约10个月内进入了1期临床试验。
参考文献：
Arnab K. Chatterjee et al. Discovery of CMX990: A Potent SARS-CoV-2 3CL Protease Inhibitor Bearing a Novel Warhead. J. Med. Chem. 2024.
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