01

       研究背景

       上个世纪 80 年代，辉瑞公司想找到用于治疗包括心绞痛在内的几种心血管疾病的新方法。当时，硝酸酯类化合物是治疗心绞痛发作短期的有效药物，但是这类药物有在短时间内便可产生药物耐受性的缺点。

       硝酸酯类化合物可以作为NO的外源性供体，在平滑肌细胞内经过谷胱甘肽转移酶催化然后释放出 NO，NO 与鸟苷酸环化酶（GC）结合并激活酶活性，催化三磷酸鸟苷（GTP）转变为环磷酸鸟苷（cGMP）并增加细胞内第二信使 cGMP 的含量，减少细胞内 Ca2+释放和细胞外 Ca2+内流，从而松弛血管平滑肌，降低心脏的前、后负荷，改善心肌的供血量。此外，硝酸酯类化合物产生的NO还可以抑制血小板聚集、粘附，也有利于心绞痛的治疗。

       图1. 治疗心绞痛等心血管疾病新机制的探索

       当时研究人员已经发现环核苷酸是由磷酸二酯酶（PDE）降解的。而Francis 等人在 1980 年首次从大鼠的肺中分离纯化得到PDE5。PDE5 集中分布于血管平滑肌和血小板中，选择性抑制 PDE5 可以同时起到血管舒张和抗血小板凝集的作用。因此，PDE5 成为了治疗心绞痛发作的潜在理想靶标。1986 年，辉瑞公司成立了一个研究小组，尝试寻找选择性 PDE5 抑制剂。

       图2. 心绞痛靶点的确定

       世界上第一个被报道的 PDE5 抑制剂是扎普司特。扎普司特起初作为抗过敏药物而被开发，随后利用从兔血小板分离出来的 PDE5 筛选发现其具有舒张血管的作用。研究发现扎普司特与PDE5具有微弱的亲和力，并具有一定的选择性。因此辉瑞公司以该药作为研究对象，进行了一系列改造和筛选，最终成功筛选出来一个比较优秀的化合物，也就是后来的西地那非。

       图3. 扎普斯特结构式

       图4. 西地那非结构式

       02

       西地那非与ED

       1989 年，西地那非以其枸橼酸盐的形式被推入全面临床前研究，并在 1991 年进入临床研究，用于治疗高血压和心绞痛。临床前研究表明，西地那非确实能够同时舒张动、静脉血管，抑制血小板凝集。

       在 1991 至 1992 年间进行的临床研究发现，西地那非口服吸收迅速，服药后约 1 小时就可到达血浆浓度峰值（Cmax），绝 对口服生物利用度因为首过效应明显而只有 41%。药-时曲线下面积（AUC）随 25-200 mg 剂量的增加近似成比例增加，具有简单的线性药代动力学性质。该药进入人体后经细胞色素 P450 同工酶 CYP2C9 和 CYP3A4 去甲基化被代谢，口服给药的平均半衰期为 4 小时，西地那非及其代谢物的血浆蛋白结合率约为 67%，主要以其代谢物的形式经尿和粪便途径排出体外。

       图5. 药代动力学

       此外还发现，西地那非具有一定的血管舒张作用，可以温和地降低健康受试者的血压，但与硝酸甘油相比作用很弱。该药半衰期相对较短，降血压效果持续时间较短，且没有明显的剂量关系，与治疗心绞痛的一线药物硝酸甘油相比，西地那非无论在疗效还是药代动力学性质方面都有明显的缺陷。因此，1993 年，作为治疗心血管疾病的药物，西地那非的临床研究正式宣告失败。

       但是，其中一项副作用引起了研究人员的注意。在一些服用剂量相对较高的志愿者当中，出现了比服药之前阴茎勃起频率较多或持续时间较长的现象。辉瑞研究小组成员假定如果PDE5在阴茎海绵体平滑肌的生理过程中起着重要作用的话，那么很有可能服用西地那非后可以促进对性刺激的勃起响应。在性兴奋状态下，阴茎神经及血管内皮释放 NO，随后扩散至海绵体平滑肌细胞中，增加cGMP水平，西地那非抑制PDE5，减少cGMP的降解，海绵体平滑肌舒张，充血量增加。

       图6. 西地那非的作用机制

       在当时，许多医生认为 ED （勃起功能障碍）是一种比较难以治疗的疾病，主要是由于心理原因造成的。然而，一些致力于研究 ED 的泌尿科医生已经开始在海绵体内注射血管舒张药，通过调节 cAMP 的水平治疗 ED。尽管这些方法是可行的，但是缺点也很明显，注射这种给药方式不可避免地会对身体造成物理性损伤，人工诱导的勃起往往会在性 交之后持续很长时间，会增加局部出血、瘀伤和阴茎异常勃起的风险。

       于是在 1993 年年底，辉瑞开展了一项将该药用于治疗 ED 的初步临床试验。他们在一开始就遇到了急需解决的难题：在性刺激的情况下，如何科学地衡量该药的作用效果。研究小组成员咨询了英国布里斯托尔市 Southmeads 医院长期致力于研究 ED 的泌尿科医生Clive Gingell，最终，他们决定采用Rigiscan检测仪监测勃起程度。

       他们采用随机、双盲、交叉方案， 让心理性ED患者单次服用10mg、25mg、50mg的西地那非或安慰剂。结果显示，经视听觉刺激后，服用不同剂量的西地那非均有促进勃起的效果，而且具有明显的量效关系。在随后的研究中发现，服用该药后患者确实能够改善性生活质量。同时还发现服用西地那非后，受试者会出现头痛、头晕、消化不良、视觉异常等不良反应，这些不良反应来源于它对人体其他部位PDE的抑制作用，大多数都和相应的平滑肌舒张有关，但持续时间较为短暂。

       为了后续研究和药物审批，研究人员邀请外部专家作为顾问，发展出一套科学、可信的调查问卷和日记记录形式。其中最 具代表的是有15 条调查问卷的国际勃起功能指数（International Index of Erectile Function，IIEF）。监管机构接受并认可 IIEF 评价治疗效果的可靠性，不仅如此，IIEF 还成为了 ED 临床研究中评价疗效的黄金标准。为了研究西地那非对不同原因引起的ED是否都有效，辉瑞公司又进行了若干次临床试验。研究结果表明，西地那非对不同原因引起的 ED 都有较好的治疗效果。

       图7. IIEF量表

       截止至1997年，共开展了21个独立的超过4500名受试者的临床试验，结果表明，西地那非在不同的患者人群中都有效果，主要的与剂量相关的副作用包括短暂的头痛、潮红、消化不良和视觉障碍等。辉瑞公司同时向美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲药品评价局（EMEA）提交注册申请。1998年的3月和同年的9月，FDA和EMEA分别批准枸橼酸西地那非上市，商品名为Viagra，用于ED的治疗。西地那非的推荐使用剂量是50 mg，在性生活前一小时口服。万艾可上市之后，立刻在ED治疗领域掀起了一场风暴，唤起了人们对性健康的认识和重视，迅速成为ED治疗的一线药物。

       03

       西地那非的其他临床效应

       NO 的作用几乎遍布机体各个系统，其介导产生的 cGMP 在调控机体生理功能等方面起着重要作用。西地那非在治疗 ED 和 PAH 的临床应用中取得巨大成功，进一步激发了研究者对西地那非其他药理作用的研究热情，并且获得了令人欣喜的结果。研究结果显示，西地那非对多种心血管疾病、神经退行性疾病、消化道疾病等都有一定的治疗作用。

       图8. 西地那非其他临床作用

       04

       思考与启示

       西地那非的研发过程可以很好地启迪每个参与药物研发的工作人员。首先，动物模型与人体疾病的真实情况可能会有很大的不同。尤其是在一些关键靶点上如果存在差异，很可能极大影响药物实际的治疗效果。其次，即使药物在临床实验中出现了一定的问题也不要过早的否定它，或许能发现一些其他的治疗效用。同时我们也要认识到理论基础和临床数据是可以相互促进的。因为一些基础理论我们开展一些实验，而实验结果又能帮助我们完善或发现新的理论。在药物研发过程中应该做到两者并重。

       致谢

       最后感谢吴老师与徐助教的指导与帮助，我们度过了充实的一学期，了解到了新药研发的方方面面，受益匪浅。

       关于笔者

       寻药真理团

       他们是南京大学新药研发策略课程的学生，本篇为该课程中新药6组学生成员共同完成。

       他们朝气蓬勃、他们斗志昂扬，他们脚踏实地学习新药研发知识，他们坚信吾爱吾师吾更爱真理。

       他们是新一代医药行业接班人，他们是新药研发领域的未来之光！

       *本文仅为学术内容交流，不构成任何用药建议！

       参考文献：

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