Venetoclax 晶体“首照”问世：为抗癌药物固态研究补全关键拼图

搁浅

Venetoclax 晶体“首照”问世：为抗癌药物固态研究补全关键拼图（Doi:10.3390/cryst11030261）

2021 年 3 月，来自斯洛文尼亚卢布尔雅那大学与 Sandoz 研发中心的研究团队在 MDPI《Crystals》发表封面文章，首次公布了 BCL-2 选择性抑制剂 Venetoclax 的单晶结构。这张迟到五年的“分子**”，不仅填补了该重磅抗癌药在固态化学领域的空白，也为后续制剂开发、晶型保护与联合用药设计提供了精确的立体坐标。
一、为什么“看得见”如此重要
Venetoclax（ABT-199）自 2016 年被 FDA 批准用于慢性淋巴细胞白血病（CLL）以来，全球销售额迅速攀升至 2019 年的 7.35 亿美元。然而在此之前，公开文献中只能找到其与 BCL-2 蛋白结合的复合物结构，游离 API（活**物成分）的单晶数据始终缺席。原因并非忽视，而是“长不出”——分子内可旋转键多达十余个，极易形成油或微晶，难以获得满足单晶 X-射线衍射（SCXRD）尺寸与质量的晶体。没有晶体结构，就无法精准描述分子构象、氢键网络及潜在的多晶型风险，给处方工艺与专利布局带来盲区。
二、60 天“慢蒸发”破解结晶难题
作者沿用前期开发稳定性指示分析方法时的溶剂体系——乙腈-10 mM 碳酸氢铵（8:2），将 100 mg Venetoclax 室温静置 60 天，溶剂缓慢挥发后在玻璃瓶壁长出黄色针状晶体。该条件温和、无剧烈温度梯度，避免了快速沉淀带来的缺陷，最终得到适合 SCXRD 的晶体。
三、晶体学核心信息
晶体属三斜晶系 P-1 空间群，一个不对称单元内含：

• 两株独立分子（A 与 B），构象差异明显；
• 两分子层间水，其中一分子无序（占有率 0.879:0.121）；
• 多个分子内 N–H···O 氢键，使骨架刚性增强。
  主要扭转角对比显示：
  • 磺酰胺段 C–S–N–C 二面角，A 分子 57°，B 分子 –58°；
  • 四氢吡喃末端 C–N–C–C，A 分子 –170°，B 分子 98°；
  • 吡咯并吡啶环相对苯甲酰胺的取向亦相差 30° 以上。
  这种“一晶两构”现象提示：Venetoclax 在固态即可呈现多重构象，为解释其与不同 BCL-2 突变体结合时的柔性适配提供依据。
  

四、与蛋白结合态的异同
对比已报道的 7 组 BCL-2:venetoclax 复合物结构发现：
• 分子内 N–H···O(nitro) 氢键在所有体系中保守存在，是构象“锚点”；
• 晶体中酰胺 NH 指向苯氧的折叠构象（二面角 ≈ –6°）在蛋白复合物中完全打开（140–155°），表明蛋白牵引力足以破坏该分子内氢键；
• 吡咯并吡啶环在晶体中通过 N–H···N 形成二聚体，而在蛋白中则与 Asp 侧链羧基形成 N–H···O 盐桥；
• 氯苯环方向在晶体与蛋白环境中几乎相反，提示该片段在结合通道内需要翻转 180° 才能嵌入疏水口袋。
这些差异说明：固态构象并非简单“预组织”模板，而是与蛋白诱导拟合共同决定了最终药效。
五、超分子架构：水分子是“粘合剂”
晶体堆积由 A、B 两种分子交替层状排列而成：
• A 层通过 N–H···N 形成中心对称二聚体，再沿 a-轴串成链；
• B 层通过 N–H···O(nitro) 沿 b-轴成链，两条链借 C–H···O 磺酰基作用形成“带”；
• 层间由 C–H···O、C–H···π、C–Cl···π 等多种弱作用连接；
• 水分子 O15 同时捐赠/接受氢键，将 A、B 两层“缝合”成三维网络；无序水 O16 亦与磺酰氧、吡咯氮等形成多重接触，起到“柔性铰链”作用。
热分析（DSC/TGA）显示：30 °C 开始失水，64 °C 出现脱水温峰，失重 1.92 %，与理论单水合物 2.03 % 高度吻合，证实晶格水对结构稳定至关重要。
六、对工业界的启示

• 晶型专利：本结构对应的单水合物已在 WO201713136A1 中通过粉末 XRD 报道，但缺乏单晶数据。作者把原子坐标存入 CCDC（2063224），为晶型确权提供终极证据。
• 工艺优化：晶体呈针状，易聚集；了解其层状堆积与氢键网络后，可通过控制过饱和度、添加晶习修饰剂或采用反溶剂结晶调控长径比，改善过滤与流动性。
• 共晶/盐设计：磺酰基、吡啶氮、酰胺基在晶格中暴露充分，可与苹果酸、马来酸等小分子形成新共晶，以调节溶解度或机械性质。
• 稳定性研究：脱水温度仅 49 °C，提示储存与制剂过程需严格控湿；若开发无水晶型，需评估水分子移除后层间塌陷风险。
• 结构-代谢关联：晶体中 Cl 原子指向分子外侧，易被 CYP450 攻击导致氧化脱氯；通过构象锁定或盐型包埋可降低首过代谢。
  

七、结语
Venetoclax 单晶结构的解析，让这款重磅抗癌药首次拥有了“高清立体照片”。它不仅回答了“游离分子长什么样”这一基础问题，更把固态氢键、晶格水、构象柔性等微观信息摆上制剂科学家的工作台。随着 Venetoclax 适应症拓展至 AML 一线及多种联合方案，对其晶型、稳定性及工艺稳健性的要求将愈加严苛。这张迟到五年的结构，恰逢其时地为下一代晶型设计与专利布局点亮了灯塔。