Paxlovid治疗新型冠状病毒肺炎

孔怡德 朱浩翔 虞惟恩 李发红 韩佳佳 郭艺飞 张继明

复旦大学附属华山医院感染科 上海市传染病与生物安全应急响应重点实验室 国家传染病医学中心,上海市 200040

2022年是全球新型冠状病毒肺炎(Coronavirus disease 2019,COVID-19)大流行的第三年,其病原体是一种新的Sarbecovirus亚属的β冠状病毒——新型冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2,SARS-COV-2)[1]。随着全球COVID-19感染者数量的激增,新的预防和治疗新型冠状病毒肺炎的疫苗和药物也不断进入临床[2]。包括核酸疫苗、病毒载体疫苗和全病毒疫苗在内的多种COVID-19疫苗在真实世界的研究中显现出良好的保护效力[3]。然而,不断出现的SARS-COV-2变异株不仅降低了疫苗接种所提供的保护,还大大减少了部分中和单克隆抗体的治疗作用[4],因此开发疗效稳定的特效药物刻不容缓。

辉瑞公司药物化学家Dafydd Owen研发的口服抗新型冠状病毒药物帕罗韦德(奈玛特韦片/利托那韦片,Paxlovid)临床试验的结果给了我们极大的希望[5]:在未接种COVID-19疫苗且具有较高住院风险的新型冠状病毒肺炎确诊患者中,症状出现3d内接受Paxlovid治疗可以使COVID-19相关住院或任何原因死亡的风险较安慰剂组降低89.1%。该项Ⅱ/Ⅲ期EPIC-HR试验的中期分析共纳入1 361名轻中度COVID-19患者,分析结果获得了全球临床实践指南的认可[6-7]。2021年12月,Paxlovid获得美国食品和药品管理局(FDA)的紧急使用授权,用于治疗12岁以上,体重超过40kg的具有高危风险的轻型和普通型COVID-19患者。虽然这项分析显示该药药效具有压倒性优势,使得Paxlovid在美国、中国和全球其他国家迅速上市,但真实世界的临床研究数据才是客观评价一款新药的最佳依据。本文将从药物研发过程、分子式、作用机制、抗病毒活性、药代动力学、药物相互作用、临床试验及真实世界临床数据等方面,对Paxlovid进行客观的归纳和评述。

1 药物研发过程

Paxlovid由300mg奈玛特韦片和100mg利托那韦组成,其中奈玛特韦是SARS-COV-2主蛋白酶(Main proteinase,Mpro/3CLpro)抑制剂;利托那韦则通过抑制肝脏内的主要药物代谢酶CYP3A4,从而延长奈玛特韦在体内的半衰期[8]。早在2002年,辉端研发的小分子新药——PF-00835231即被鉴定为SARS-COV-1 Mpro的强效抑制剂,分子分析显示,SARS-COV-1和SARS-COV-2的Mpro分子96%的氨基酸相同,100%的药物结合位点相同。PF-00835231在SARS-COV-2 USA-WA1/2020毒株中的24h EC50为0.221μM,低于瑞德西韦的EC50(0.442μM)[9]。

由于PF-00835231的胃肠道渗透性、溶解性较差,加上药物转运蛋白P-糖蛋白(P-gp)和乳腺癌抗性蛋白(BCRP )的外排作用,PF-00835231在猴子中的口服生物利用度为2%[10-11],半衰期仅2h。PF-00835231有5个氢键,影响了药物在消化道内的吸收。辉瑞公司用丁腈取代α羟甲基酮,再用一种环状氨基酸代替原先的亮氨酸,使得氢键的数目减少了2个[5];再使用三氟乙酰胺替换原有的吲哚基,以增加其与Mpro结合位点的谷氨酰胺的结合能力[5],最终得到了抗病毒效力相当且口服生物利用度高的PF-07321332(奈玛特韦/nirmatrelvir)[5,12-13],分子式为C23H32F3N5O4。

2 药物作用机制

Mpro是冠状病毒家族高度保守的一种非结构蛋白(NSP5),在SARS-COV-2的生命周期中也起着至关重要的作用[14]。SARS-COV-2借助刺突蛋白与细胞融合受体结合进入宿主细胞,随后迅速开始翻译病毒蛋白。冠状病毒的基因组编码至少29种蛋白质,包括16种非结构蛋白(NSP),4种结构蛋白和9种辅助蛋白。开放读码框1 (ORF1)又称为复制基因,由开放读码框1a(ORF1a)和开放读码框1b (ORF1b)编码的2种多重蛋白的切割产物——NSP1～16,具有翻译、复制和免疫逃逸功能[15]。16种NSP协作以完成病毒随后的基因组复制、结构蛋白和辅助蛋白翻译的过程[15]。多重蛋白质的切割必须借助2种病毒编码的半胱氨酸蛋白酶的水解作用,以形成对SARS-COV-2复制和翻译至关重要的NSP1～16。PLpro(木瓜样蛋白酶)和Mpro分别切割形成NSP1～3和NSP4～16;如果使用酶抑制剂,则可以完全阻断病毒复制[16]。除此之外,Mpro没有人类同源物,它是理想的抗病毒靶标[14,17]。

奈玛特韦是一种肽衍生分子,能与Mpro特异性结合。轨迹分析试验显示,药物的吡咯烷基首先插入蛋白酶谷氨酸残基(Glu166)和谷氨酰胺残基(Gln189)之间的空间中,然后整个PF-07321332完全插入SARS-CoV-2 Mpro的结合口袋[18]。并通过一系列质子转移和亲核取代反应,实现了对Mpro的抑制作用。利托那韦主要是细胞色素P450 3A4酶(CYP3A4)和细胞色素P450 2D6酶(CYP2D6)的底物和抑制剂[19],通过抑制奈玛特韦的代谢,用以增强奈玛特韦的抗病毒作用,延长其半衰期。

3 抗病毒活性

奈玛特韦与主蛋白酶活性位点结合,可逆性地抑制主蛋白酶的活性。在Vero E6细胞中,奈玛特韦抑制SARS-CoV-2复制的半最大效应浓度(Concentration for 50% of maximal effect,EC50)为74.5nM,EC90为155nM;在人腺癌来源的肺泡基底上皮细胞中, EC50为77.9nM ,EC90为215nM[12]。动物实验方面,以600或2 000mg/(kg·d)剂量的奈玛特韦治疗感染的新型冠状病毒小鼠, 在有效降低SARS-CoV-2 MA10小鼠的肺部病毒载量的同时,也减轻了血管周围组织以及支气管和细支气管上皮的炎症反应。和对照组小鼠体重减轻10%的情况相比,实验组动物体重并无明显下降[12]。奈玛特韦针对不同毒株间的EC50最大波动值<2.5倍,说明药物抗病毒活性保持稳定。

4 药代动力学

奈玛特韦单药在大鼠中的口服生物利用度为50%[12]。奈玛特韦300mg与利托那韦100mg复合给药时,健康受试者血药浓度达峰的中位时间分别为3.00h和3.98h。利托那韦的血浆蛋白结合率(BRPP)为98%～99%,在血浆中远比奈玛特韦更加稳定,后者的BRPP为69%[20]。奈玛特韦在人体内主要经肾脏排泄,使用定量氟核磁共振波谱法测得47.0%和33.7%的奈玛特韦在5d内以原型分子形式从尿液和粪便中被排出[21];利托那韦主要通过肝胆系统消除。奈玛特韦和利托那韦的平均终末半衰期(血药浓度达到分布平衡后下降50%所需的时间)为6.1h,而对于轻度肾功能不全的患者,奈玛特韦血浆浓度—时间曲线下面积相较于健康受试者高出24%[20]。

5 药物相互作用

20世纪40年代人类发现的第一个药代动力学增强剂——丙磺舒通过抑制青霉素的代谢酶来增加后者在体内的浓度;之后,20世纪90年代又证明利托那韦可显著增加多种HIV蛋白酶抑制剂的血浆浓度。利托那韦是有效的CYP3A4、CYP2D6和P-糖蛋白(P-gp)的抑制剂,细胞色素P450同工酶(CYP1A2、CYP2B6、CYP2C9、CYP2C19等)和尿苷二磷酸葡醛酸转移酶(UGT)的诱导剂,常用作药代动力学增强剂。与奈玛特韦合用时,利托那韦对肝脏药物代谢酶的抑制作用需要在停药后72h才能消退[22]。即使Paxlovid的疗程仅为5d,与其他药物如主要由CYP3A4代谢、经P-gp吸收或治疗指数狭窄的药物如环孢素、他克莫司、他汀类药物、钙通道阻滞剂及华法林等合用时,也可能引起显著的药物—药物相互作用(DDI)[23-24]。临床医生在开具处方时,既要警惕潜在的 DDI危险因素,也不能高估DDI发生的可能性[23],及时减用、停用或换用基础疾病药物或者更换COVID-19治疗方案。

6 临床试验

由辉瑞公司发起的临床试验——EPIC-HR和暴露后人群蛋白酶抑制剂保护效果的评估 (Evaluation of Protease Inhibition for COVID-19 in Post-Exposure Prophylaxis,EPIC-PEP),分别于2021年12月14日和2022年4月29日发布了研究结果,且于2022年6月15日宣布标准风险患者群体蛋白酶抑制剂疗效评估(Evaluation of Protease Inhibition for COVID-19 in standard-Risk Patients,EPIC-SR)提前终止。

6.1 EPIC-HR EPIC-HR(NCT04960202)是一项Ⅱ/Ⅲ期双盲随机对照临床试验,纳入的2 246名COVID-19感染者均未接种疫苗且接受院外治疗,经评估具有高度住院风险。受试者被随机分成试验组(1 120名)和对照组(1 126名),分别接受Paxlovid或者安慰剂,1次/12h,疗程持续5d。在症状出现3d内接受Paxlovid治疗的患者中,到第28天时Paxlovid组的COVID-19相关住院或死亡发生率比安慰剂组低6.32%,差异具有统计学意义,相对风险降低89.1%[7]。而在症状出现5d内入组的2 085名患者中,Paxlovid组8名患者(0.77%)和安慰剂组66名患者(6.31%)在28d内因COVID-19住院或死亡(P<0.001),相对风险降低87.8%,显示出巨大的临床潜力[24]。Paxlovid组与安慰剂组相比,主要的不良反应为味觉障碍(5.6%VS 0.3%)和腹泻(3.1%VS 1.6%)。

6.2 EPIC-PEP 随后开展的EPIC-PEP试验表明Paxlovid用于预防SARS-COV-2暴露史的人群罹患COVID-19的效果远低于预期,与安慰剂相比,接受Paxlovid治疗5d或10d没有显著降低受试者接触SARS-COV-2后的COVID-19感染风险。

6.3 EPIC-SR 在50岁以上已接种COVID-19疫苗的标准风险人群(至少具有一个进展为重症COVID-19的危险因素)中,Paxlovid治疗未能显著降低患者住院或死亡的风险(0.83%VS 1.94%), 原因可能在于已注射COVID-19疫苗的患者即便不治疗,住院和死亡的风险也远低于未注射疫苗且有高度住院风险因素者,因此Paxlovid不能显著改善轻症或者中症患者发展为重症或死亡。

7 真实世界临床数据

为了应对新冠大流行的严峻挑战,一系列新药的临床前试验、临床试验周期被大幅缩短,药物疗效可能缺乏长足的观察,上市后潜在的药物不良反应也可能陆续被报道。作为获得FDA的紧急使用授权不久的新药,Paxlovid的真实世界临床数据有限,文献报道了两项规模较大的观察性研究和若干SARS-COV-2复阳的病例报告。

7.1 观察性研究 一项研究收集了美国加利福尼亚州综合医疗保健系统2021年12月31日—2022年5月26日期间的全部健康记录,选择了年龄≥12岁、确诊COVID-19且开具Paxlovid处方的受试者5 287位,中位年龄为61岁。其中72.5%的受试者接种过三剂及以上的COVID-19疫苗,7.8%未接种过COVID-19疫苗。在药物开具后5～15d,共发生6例(0.11%)住院病例和39例(0.74%) 急诊病例,在受试者中占比<1%,住院患者中有2名死亡。研究者认为即便是在当前流行的优势株发生改变的情况下,使用Paxlovid仍可以有效保护COVID-19患者免于疾病进展相关的住院或死亡事件。

一项美国马萨诸塞州和新罕布什尔州的回顾性观察性研究,调取了2022年1—5月州医疗保健系统电子健康记录,纳入了30 322名符合条件的50岁以上的COVID-19患者,其中优势毒株为BA.1.1,BA.2和BA.2.12.1。经统计,全体患者28d内的住院率较低(<1%),这与接种COVID-19疫苗所获得的保护效力有关;在服用Paxlovid的6 036名患者中,本次 COVID-19感染距离上一次疫苗接种越久、患者的BMI值越大,Paxlovid对患者可能的住院风险预防作用越大。相较于对照组,服用Paxlovid的患者28d内住院风险降低45%,因此该疗法在预防该特征的COVID-19病情进展方面具有中等有效性。此外, Paxlovid没有发生死亡事件,而非Paxlovid组有39人死亡[25]。

7.2 存在的问题 自2022年4月以来,世界各地均报道了COVID-19患者使用Paxlovid治疗后数日出现SARS-COV-2转阴后复阳的病例。截至2022年6月,英国卡迪夫和淡水河谷大学健康委员会(NAVS)已收到3名COVID-19患者确诊后1～3d按疗程服用Paxlovid,病毒转阴后数周内复阳的报告[26]。服用Paxlovid可改善早期的疲劳、呼吸系统和(或)神经系统症状等,然而仅2～6d后,症状复现,新型冠状病毒核酸检测也重新呈现阳性。SARS-COV-2复阳的可能性原因很多,如Paxlovid抗病毒疗效不足、病毒再感染、omicron变异株具有耐药性或复阳是SARS-COV-2的自然病程的一种等。

基因组测序显示,同一患者Paxlovid治疗前与症状复发后鼻咽拭子样本中的SRAS-COV-2 RNA序列具有高度相似性,初步排除了再感染的情况。有研究者提出,短期内患者体内SARS-COV-2病毒载量迅速反弹,可能是由于病毒复制被Paxlovid暂时抑制,而病毒未被人体免疫系统完全清除[27]。除Paxlovid以外,其他药物如口服药Molnupiravir(莫努匹韦)也存在着患者核酸检测转阴后复阳的问题,后者的30d内病毒核酸检测复阳率高于前者(8.59%VS 5.40%),这说明该问题不是Paxlovid特有。这究竟是当前omicron变异株的尚未明确的新特征,还是药物疗效不佳,值得更深入的探究。

和许多抗新型冠状病毒药物一样,Paxlovid也面临着耐药危机。一项细胞学实验显示经过12轮Paxlovid治疗后,SARS-COV-2 Mpro在第50、第166和第167位氨基酸发生的变异,可以使得Paxlovid的EC50值升高20倍。而SARS-COV-2 Mpro第166和第167位氨基酸的变异已经在COVID-19患者体内被发现,只是这些突变发生于广泛应用Paxlovid之前。理论上来说,当SARS-COV-2受到的Paxlovid的选择压力足够大且Mpro发生不影响病毒生存的突变时,耐药性就会出现[28]。

8 展望

Paxlovid是目前正在世界范围内广泛应用的治疗COVID-19的口服药物,其真实世界临床研究数据目前正逐步积累。实际使用该药的COVID-19患者与EPIC-HR试验研究对象的风险评估等级有较大不同,首先由于当前COVID-19疫苗接种率较高,新发COVID-19感染者中绝大多数完成了三针COVID-19疫苗接种;其次在一些可及性较好的国家和地区,缺乏住院高危因素的患者也在接受标准疗程的Paxlovid治疗。除了完善普通患者中的疗效评估,还需要进一步明确其适应证范围能否扩大。与此同时,在有其他合并全球优势毒株不断对现有的COVID-19治疗药物发起挑战的情况下,Paxlovid及更多处在研发中的SARS-COV-2 M pro抑制剂能否突出重围、更有效地缓短感染病程及减轻症状,成了一个世界瞩目的问题。