多靶點作用藥物及其設(shè)計

1、多靶點作用藥物及其設(shè)計姜鳳超華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，武漢，430030摘要：疾病起因的多因素性導(dǎo)致單靶點作用藥物活性的降低或副作用的增加，利用多靶點作 用藥物的可解決這些問題，本文就多靶點作用藥物設(shè)計所存在的問題和解決方法進(jìn)行了探 討，提出利用藥效團(tuán)模型法設(shè)計多靶點作用藥物的理念。關(guān)鍵詞：多靶點作用藥物，受體，計算機輔助藥物設(shè)計隨著化學(xué)、生物學(xué)、分子病理學(xué)、分子藥理學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，對于疾病 產(chǎn)生的機制、受體及各種內(nèi)源性生理活性物質(zhì)、生物信號及其傳導(dǎo)途徑等有了更深刻的認(rèn)識， 藥物研究已經(jīng)進(jìn)入到理性設(shè)計時代，許多選擇性的作用于特殊靶點的藥物不斷的被發(fā)現(xiàn)。然 而研究發(fā)現(xiàn)，對于某些疾

2、病，即使靶點選擇得很好，化合物的選擇性也很強，但最終對于疾 病的療效卻難以達(dá)到目的，并且副作用較多，究其原因，除了經(jīng)常談到的ADME等方面的 因素外，疾病的多因素起因也具有重要的作用。疾病的多因素起因；許多常見的疾病，如心血管疾病、腫瘤及神經(jīng)退行性疾?。―egenerative diseases of the central nervous system， ND）等均屬多因素疾?。╩ulti-factorial diseases）方面疾病的產(chǎn) 生是由多種因素共同所致的，如通過對早老性癡呆病理機制研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致AD產(chǎn)生的原因， 包括神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞不能提供充分的營養(yǎng)、軸突傳遞功能受損、谷氨酸

3、受體活性過高、 活性氧水平過高、代謝通路受損、線粒體能量產(chǎn)生減少、折疊錯誤的蛋白質(zhì)形成增加或降解 不充分、炎癥過程、病毒感染、細(xì)胞核或線粒體DNA突變以及RNA或蛋白質(zhì)的加工過程 不正確所致的特殊蛋白質(zhì)或脂質(zhì)部分功能的損失或增加等因素。雖然誘發(fā)AD的病因和病變 部位不盡相同，但它們都有一個共同的特征，即發(fā)生神經(jīng)元的退行性病變和凋亡，并最終導(dǎo) 致細(xì)胞個體死亡（見圖1）?？寡趸瘎┛固腔瘎?抗炎劑 免疫調(diào)節(jié)劑I神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)劑糖基化 炎癥-皮質(zhì)神經(jīng)元減少淀粉樣蛋白團(tuán)塊聚集神經(jīng)纖維纏結(jié)|、一早老性癡呆（AD ）.皮下神經(jīng)元系統(tǒng)功能衰退及擴散聚集:質(zhì)細(xì):胞激!活-磷酸化蛋白加一諫細(xì)施凋亡AB 40 or

4、A B 42& -或-Y-分-泌-酶-分-解激活a分泌酶或抑 制P （或Y）-分泌酶膽堿攝取能力下降異常卜抑制某些 蛋白激酶阻止膽堿代謝增加 遞質(zhì) 的釋 放膽堿酯酶激活抑制膽堿受體劑膽堿乙酰轉(zhuǎn)I .移酶活性降低】B -淀粉樣蛋白前體蛋白APP圖1 AD的病理機制及治療另一方面，在疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中，可能存在不同的信號傳導(dǎo)途徑和旁路系統(tǒng)，如 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（ACE inhibitor，ACEI）可以減少血管緊張素AII的生成，降低血 壓，并能減少尿蛋白和改善腎功能，是長用的降壓藥物，但ACE本身是非特異性蛋白酶，對緩激肽、腦啡呔、P物質(zhì)、神經(jīng)降壓素等均有一定的影響，因此，當(dāng)ACE抑制

5、后，可能 會引起一些副作用如咳嗽等。并且除了 ACE外，催化A I轉(zhuǎn)化為All過程的還有糜酶、組 織蛋白酶等，因此ACEI的長期應(yīng)用，可能導(dǎo)致反饋性激活旁路途徑產(chǎn)生All，導(dǎo)致對RAS 系統(tǒng)的抑制不完全。藥物設(shè)計的發(fā)展隨著分子病理學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的飛速發(fā)展，與疾病相關(guān)的靶點不斷的被發(fā)現(xiàn)和 證實。然而，對于疾病的靶點還應(yīng)該分為必要靶點和非必要靶點，針對必要靶點的特異性抑 制劑可能具有較窄的治療領(lǐng)域，而作用于非必要靶點則可能具有較好的耐受性，但作用效能 較差。從靶點角度來看，新藥的設(shè)計有三種不同的層次，非選擇性藥物、選擇性藥物以及多 靶點作用藥物。固然，單一靶點選擇性藥物比非選擇性藥物在藥效學(xué)

6、和提高安全性方面有很 大的進(jìn)展，但是即使是選擇性很好的單靶點藥物，也極其可能干擾體內(nèi)不同的生物化學(xué)反應(yīng) 機制并具有新的化學(xué)反應(yīng)類型(產(chǎn)生相應(yīng)的后續(xù)效應(yīng))，對于這些非預(yù)期的或者未知功能的 作用，可能產(chǎn)生作用于靶點以外的毒性，藥物分子所損傷的生物功能越多，相應(yīng)的副作用增 加越多。由于疾病產(chǎn)生的多因素性等原因，因此單一靶標(biāo)藥物往往難以奏效，有可能即使對 某一種酶或受體具有較強的作用，也不一定能夠真正的達(dá)到治療相關(guān)疾病的目的，只有通過 多靶標(biāo)調(diào)節(jié)才可能產(chǎn)生最佳的治療效果及最少的副作用5。因此，根據(jù)病理學(xué)和分子生物 學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的研究結(jié)果，通過結(jié)合疾病發(fā)生的機制以及靶點的結(jié)構(gòu)，綜合分析，合理設(shè)計 出具有

7、選擇性的能夠作用于多靶標(biāo)、多途徑的藥物，在不同的靶點和位置，阻止疾病信號的 產(chǎn)生、傳遞和作用，從而達(dá)到治療疾病的目的，這是藥物設(shè)計的發(fā)展方向，也備受人們的重 視。相對而言，臨床醫(yī)生更喜歡對疾病產(chǎn)生較強作用的多靶點藥物，而藥物研究者則傾向于 效果更易預(yù)測的特異性藥物，選擇性較低的藥物難以解釋產(chǎn)生活性的起因。實際上現(xiàn)在人們 已經(jīng)認(rèn)識到中藥尤其是復(fù)方制劑的多靶向性，并且已經(jīng)有人做了大量的研究工作，雖然患有 許多工作要做，卻也為中藥的應(yīng)用提供了相應(yīng)的理論支持依據(jù)。實際上已經(jīng)有許多相應(yīng)的多靶點作用藥物被發(fā)現(xiàn)，如能夠同時作用于 TXA2受體和 TXA2受體合成酶的抗哮喘藥物terbogrel，活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過

8、只作用于單個受體的化合物；可同 時作用于AChe和腦MAO等靶點的抑制劑(如拉多替吉ladostigil、雷伐斯的明rivastigmine 等)等，為多靶標(biāo)多功能藥物的研制提供了先例。因為作用目的不同，因此有許多種多靶點作用藥物，多靶點作用藥物的類型如果按照作用機制對其進(jìn)行分類，可以分為下述幾種；不同類型的多靶點作用藥物，即使對同一種疾病，選擇的靶點也不相同。、根據(jù)疾病的起因，針對相應(yīng)的靶點作用，例如，具有血管擴張功能的肼基噠嗪骨架 和普萘洛爾結(jié)合后得到的普齊洛爾(Prizidilol)既可以作用于8 -受體，具有強的8 -受體阻 斷作用，同時也是磷酸二酯酶的抑制劑，具有擴張血管作用，二者結(jié)

9、合降壓作用明顯。血栓素A2 (TxA2)受體拮抗劑具有潛在的抗哮喘作用，組胺受體拮抗劑具有抗過敏作用。同時抑制兩個受體(TxA2受體k=0.7nmol L-i, H1受體k= 20 nmol L-i)可具有 更好的抗哮喘作用(如KF 15766)。血管舒張作用P -受體阻斷作用PrizidilolKF 15766、針對信號傳導(dǎo)途徑這一類的多靶點作用藥物，可以是作用于主要靶點和與其相關(guān) (同一信號傳導(dǎo)通路的上游或者下游)的靶點，也可能是不同信號傳導(dǎo)途徑的靶點。過氧化物酶體增生物激活受體(PPARs)是核受體超家族的成員，而類固醇受體、類視色 素受體、甲狀腺激素受體等均屬PPARs。降血脂的氯貝特

10、類(fibrate)和胰島素敏化劑格利 酮類分別是通過PPARa和PPARy調(diào)節(jié)生物活性的，雙效的PPARa/y激動劑芳香嗯唑 (aryloxazole)衍生物適用于治療高血糖癥，從而為預(yù)防II型糖尿病患者的心血管疾病提 供了好的藥物。另外，作用于PPARa /P的雙重抑制劑Netoglitazone也是較好的II型糖尿 病的治療藥物。PPARy agonistPPARa agonistAryloxazoleNetoglitazone又如，作用于與葉酸系統(tǒng)相關(guān)靶酶的培美曲塞(臨床用其二鈉鹽，pemetrexed disodium)， 對胸腺嘧啶脫氧核苷酸合成酶(TS)、二氫葉酸還原酶(DHFR

11、)、甘氨酸甲酰轉(zhuǎn)移酶(GRAFT) 以及5-氨基咪唑-4-甲酰氨基轉(zhuǎn)移酶(AICARFT)等酶具有抑制作用，可很好的抑制嘌吟及 嘧啶的生物合成途徑，影響DNA的合成，因此活性高、抗瘤譜廣，對許多腫瘤具有作用。 也是世界上唯一治療惡性胸膜間皮瘤(MPM)的藥物。OHClN NOF3OHNCH3H3Cso3hSorafenibPemetrexed通過抑制RAF/MEK/ERK信號傳導(dǎo)通路(包括RAF激酶、FLT3和KIT受體酪氨酸激 酶)的以及血管內(nèi)皮生長因子受體(VEGFR)、血小板衍生生長因子受體(PDGFR)，既能 抑制血管的形成又能直接抑制腫瘤細(xì)胞增殖的多靶點抗腫瘤藥索拉菲尼(Sorafe

12、nib)已于 2005年12月被FDA批準(zhǔn)用于臨床，成為第一個上市的多靶點抗腫瘤藥物3。與此類似的 還包括蘇尼替尼(Sunitinib)以及范德它尼(Vandetanib)等都屬于通過阻滯在同一疾病的 不同信號通路上信號傳遞而得到治療疾病的目的。、同一靶標(biāo)的不同位點，例如乙酰膽堿酯酶抑制劑1是由雪花蓮胺和鄰苯二甲酰通過 一個中間連接基連接起來形成的，其中前者作用于AChE的催化部位，后者作用于AChE的 周邊部位，二者的結(jié)合使活性增加，研究發(fā)現(xiàn)二者之間的連接基的長度對活性影響很大。嚴(yán) 格來講，該類化合物應(yīng)該屬于單靶點作用藥物。另外，酶的多底物類似物抑制劑也可以歸結(jié)到這一類。抑制AChE催化位點

13、連接基 與AChE外圍結(jié)合乙酰膽堿酯酶受體抑制劑1多靶點作用藥物的設(shè)計方法及存在問題雖然具有不少成功的例證，但多靶點作用藥物的設(shè)計仍然存在著許多問題，由于缺乏相 應(yīng)的理論依據(jù)，多數(shù)此類藥物都是在利用篩選法偶然發(fā)現(xiàn)的，也有部分是利用拼合法（也稱 藥效團(tuán)結(jié)合法）得到的，偶然性依然很大，因此尋找能夠設(shè)計作用于多靶標(biāo)作用藥物的方法 顯得非常必要。計算機輔助藥物設(shè)計近年來發(fā)展迅速，已廣泛用于藥物設(shè)計中，有很多成功的例證。其 中作為間接藥物設(shè)計的藥效團(tuán)模型法（pharmacophore modeling）是對一系列活性化合物進(jìn) 行3D-QSAR分析研究，并結(jié)合構(gòu)象分析總結(jié)出一些對活性至關(guān)重要的原子和基團(tuán)以

14、及空間 關(guān)系，反推出與之結(jié)合的受體的立體形狀、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，推測出靶點的信息，得到虛擬受體 模型，再依此來設(shè)計新的配基分子。按照藥效團(tuán)模型的概念，化合物如果能夠符合藥效團(tuán)模 型，就有可能具有相應(yīng)的藥理活性。以此類推如果該化合物能夠同時符合兩個以上的藥效團(tuán) 模型，則有可能同時作用于兩個以上的靶點，因此藥效團(tuán)模型法可以被用來設(shè)計多靶點作用 藥物。已經(jīng)利用藥效團(tuán)模型法設(shè)計出一些可以作用于多靶點的化合物，如同時作用于GSK3 受體和PARP-1受體的新型化合物囹。同時該法還具有活性預(yù)測能力，有助于提高設(shè)計的成 功率，減少盲目性。雖然如此，但是設(shè)計多靶點作用藥物時仍然存在一些問題，主要包括：藥物類型的選擇

15、，是選擇作用于同一疾病的不同起因還是選擇相應(yīng)的信號傳導(dǎo)途徑 等；靶點的選擇，即使在同一信號傳導(dǎo)通路上也有不同的靶酶（包括上游和下游的），選擇 那種酶作為主靶標(biāo)，那些酶作為輔助靶標(biāo)是多靶點作用藥物設(shè)計成功與否的一個關(guān)鍵。雖然多靶點作用藥物可同時作用于不同的靶點，但仍然應(yīng)該具有選擇性，也就是說 指對于相對的靶點具有選擇性，因此有必要對相應(yīng)的靶點的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（相互作用形式、位 阻敏感區(qū)域，局部親水性和疏水性區(qū)域等）有較為充分的了解?；钚詮姸鹊钠ヅ涑潭葐栴}時多靶點作用藥物設(shè)計的關(guān)鍵，有些的靶點，很少量的藥 物就足以滿足要求，如果藥物對不同靶點的Ic50相近，則問題相對較??；如果它們的ic50 相差較遠(yuǎn)

16、（如二者比值大于1000），則應(yīng)考慮設(shè)計的化合物是否是合適的多靶點作用藥物。 可以利用結(jié)構(gòu)修飾的方法盡量的使它們的ic50預(yù)測值接近，甚至可以從藥物動力學(xué)角度考 慮改進(jìn)進(jìn)行修正。如果對兩個受體分別呈激動或拮抗作用的多靶點作用藥物（如作用于乙酰 膽堿酯酶和乙酰膽堿受體的多靶點作用藥物的設(shè)計），設(shè)計時要達(dá)到作用強度的適配的難度 就更大一些?？傊?，作用強度的適配性仍然是多靶點作用藥物設(shè)計的瓶頸問題之一。作用于不同靶點時，藥物的藥代動力學(xué)（如代謝速率、轉(zhuǎn)運方式、生物利用度等） 存在著差異，并且多靶點作用藥物的作用機制可能與選擇性的單靶點藥物不一致，因此應(yīng)該 在對多靶點作用藥物進(jìn)行SAR、QSAR、作用

17、機制、代謝等方面的研究，利用研究結(jié)果，充 分利用這些差異，進(jìn)一步設(shè)計新型的多靶點作用藥物。固然存在著很多困難和問題，但多靶點作用藥物的有效性引起人們的特別關(guān)注，在充分 利用現(xiàn)有的生物信息學(xué)、計算機輔助藥物設(shè)計等技術(shù)后，解決了設(shè)計中的瓶頸問題，多靶點 作用藥物的設(shè)計和應(yīng)用必將會取得更大的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：Zimmermann GR, Lehar J, Keith CT, Multi- target therapeutics: when the whole is greater than the sum of the parts. Drug Discovery Today , 12(1&2)： 34-42(2006).1-1曹力，多重靶標(biāo)治療神經(jīng)神經(jīng)退行性疾病的多功能藥物，國外醫(yī)學(xué)藥學(xué)分冊， 32(4):267-269(2005)Olognesi ML，Minarini An，Tum