價結合藥物的設計與開發
序
圖1經典* * *價結合藥物
長期以來，親電基團壹直是藥物開發中的雷區。因此，總是建議避免在藥物的分子結構中引入這類官能團，如環氧基、吖啶基、邁克爾受體等。，由於其高反應性，可能與多種生物大分子相互作用，引起嚴重的毒副作用。較早的阿司匹林、蘭索拉唑、氯吡格雷(圖1)等都是近年來發現的，都是以* * *價鍵的形式作用於靶點。受此啟發，* *價藥物的開發逐漸進入人們的視野，在抗癌、抗病毒、糖尿病等諸多領域顯示出非* *價藥物不可比擬的優勢。如療效更持久、治療劑量更低、耐藥性更小。
由於* * *價結合機制不同於非* * *價結合機制，用傳統的評價指標，如解離常數、IC50、EC50等，很難真實反映其療效和安全性。，主要是因為藥物分子與靶標之間* * *價鍵的形成受反應速率的影響，而非* * *價鍵結合只是壹個熱力學平衡過程，可以在短時間內表現出來。
* * *價結合藥物和天然產物。
圖2具有親電活性的天然產物
從天然產物中發現新藥是新藥開發項目中常用的策略，很多藥物都是通過這種方式發現的，如紫杉醇、喜樹堿、嗎啡等。另壹種方法是修改天然產物的結構，以獲得更好的化合物，如水楊酸到阿司匹林，嗎啡到美沙酮。據統計，臨床上約有60%的藥物是基於上述策略獲得的。雖然* * *價結合藥物是近幾年才流行起來的，但這個概念在自然界並不少見。壹些抗生素如青黴素、土黴素和磷黴素都以* * *價鍵的形式與細菌中的靶目標相互作用。Lipstatin是分離自鏈黴菌的胰脂肪酶的不可逆抑制劑。基於這種天然產物，羅氏研發了壹種新的減肥藥奧利司他，這樣的例子還有很多。
以上眾多天然產物的例子證明，化合價結合是藥物設計中被忽視的寶藏！大部分藥物靶點是蛋白質，其中絲氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、組氨酸等殘基含有親核官能團(羥基、巰基、氨基等。).因此，蛋白質可以作為優良的親核試劑，可以與親電基團相互作用形成價鍵。對於這類化合物的設計，最大的難點在於選擇性，否則容易引起嚴重的副反應，導致開發失敗。
圖3 * *市場上的價結合藥物(活性反應位點用黃色標記)
目前，約30%的靶向酶的藥物是以* * *價結合的形式存在，主要是因為這種設計理念是近年才被接受的。在此之前，活性反應基團是藥物設計中盡量避免的結構。特拉匹韋由默沙東公司研發，於2011獲得FDA批準。與HCV蛋白酶中具有催化作用的絲氨酸殘基(羥基)形成半縮醛，從而抑制其活性，從而達到抗病毒作用。起初，在標準的IC50測試中，該化合物的活性很差，幾乎放棄了。不過，在特別設計的活動測試中，它表現不錯。trapivil的研發過程深刻地反映出，在* * *價結合藥物的研發中，需要壹套不同於傳統非* *價結合藥物研發的評價方法。
另壹個經典的例子是不可逆EGFR受體抑制劑阿法替尼的研發(2013上市)。其結構中的親電活性基團丙烯酰胺與EGFR活性位點的半胱氨酸殘基(巰基)形成價鍵，克服了第壹代EGFR(吉非替尼、厄洛替尼等)的耐藥問題。)受體抑制劑，並且還顯示出對非抗藥性EGFR受體的良好抗性。以上兩個成功的例子證明了* * *價結合藥物的潛力。另壹方面，其研發過程也為* * *價結合藥物的研發提供了寶貴的經驗！
藥物-靶標結合過程
圖4 * * *貴重藥物的結合過程
與非* *價結合藥物壹樣，* * *價結合藥物首先與靶標相互作用，形成藥物-靶標綴合物。由於這壹過程屬於熱力學過程，可以很快達到平衡，其親和力可以用解離常數Ki或IC50等參數來描述。不同的是，第二步* * *價鍵的形成，與第壹步相比，* * *價鍵的形成速率相對較慢，存在壹個反應平衡常數Ki*。因此，* *價結合藥物的整體組合需要考慮Ki和Ki*兩個參數。當krea遠大於krev-rea時，反應平衡常數趨於無窮大，可視為不可逆價結合。當krea和krev-rea相差不大，即Ki*在合理的數值範圍內時，可視為可逆的價態組合。
打捆機構
圖5常見的活性官能團
藥物作用靶點多為蛋白質，其結構中富含羥基、巰基、氨基等官能團，本質上可作為親核試劑。* *價結合化合物的結構中通常含有親電官能團，如邁克爾受體、環氧、鹵素、羰基、異腈等結構(圖5)，可作為親電試劑，它們相互反應形成新的* * *價鍵。涉及的反應類型主要有:酰化反應、烷基化反應、邁克爾加成反應、二硫鍵反應、平納反應等。采用哪種* * *價鍵形成方法取決於靶結合位點的性質。總的來說，選擇的余地很大。
圖6埃索美拉唑的作用機制
2014美國十大暢銷藥物中，有壹種是埃索美拉唑(外消旋奧美拉唑)。奧美拉唑於1970年代開發，經過多次優化和臨床研究後於1988年上市。兩年後才發現它的質子泵抑制作用是基於* * *價鍵。奧美拉唑在酸性條件下在目標附近被活化形成活性亞磺酰胺衍生物，然後與目標中的半胱氨酸殘基(巰基)形成* *價鍵。
圖7氯吡格雷的作用原理
另壹種暢銷藥物是氯吡格雷，它需要在肝臟中被P450氧化酶激活生成含硫化合物，然後與P2Y12受體中的半胱氨酸殘基形成二硫鍵，從而抑制血小板聚集。目前廣泛使用的是上述兩種藥物，最初設計時並不是以* * *價鍵的形式存在，但在後期的機制研究中發現它們通過* * *價鍵與靶點結合，產生不可逆的抑制作用。
圖8沙格列汀作用機制
含氰基的化合物通常與蛋白質中的親核官能團反應，如羥基、巰基等，形成亞胺酯鍵，通常是可逆的。成功的例子，如saxagliptin和Viglitazone，用於治療DPP4 II型糖尿病。此外，還有ondancatex，用於治療絕經後婦女的骨質疏松癥。然而，由於其潛在的中風風險，默克公司於2016宣布放棄這種化合物。
至於其他* * *價結合機制，如烷基化、酰化、邁克爾加成等。，這裏不壹壹列舉。它們的本質是生物大分子中的親核基團與藥物分子中的親電基團之間的相互作用。
選擇性控制
圖9奧西替尼(特蕾莎)的開發
* * *價結合藥物的選擇性很重要！在選擇性問題上，目前常用的策略是設計壹種對目標具有高選擇性的非價鍵聯前驅體，然後在此化合物的基礎上優化設計活性官能團，即先找到合適的“殼”，再加入合適的“彈頭”。壹個典型的例子是奧昔替尼的開發。初始先導化合物1在體外靶標結合實驗中表現出優異的結合能力，但在細胞實驗中親和力驟降近70倍，這可能是由於細胞內高濃度ATP與其競爭靶標結合所致。因此，采用不可逆價結合策略，成功研制出第三代肺癌靶向藥物——奧西替尼，並於2065438發布。除了上面提到的策略，還可以通過人體不同組織的理化特性來實現選擇性，比如奧美拉唑，因為需要在強酸條件下激活，所以可以選擇性作用於質子泵。
圖10具有穩定非* *價效應的* * *價藥物設計
此外，選擇性也可以通過精心設計的親電子基團來實現。如圖10所示，α-氰基取代的丙烯酰胺與巰基的邁克爾加成是壹個可逆過程。在特定的靶標中，加成產物可以由於其他氨基酸殘基的非共價而穩定，而其他非靶標靶標則不能達到這種效果，從而達到選擇性。當然，這個策略需要非常強大的生物信息學支持，否則很難實現。
毒性問題
雖然目前* * *價結合的藥物設計策略日趨成熟，但其風險不容小覷，尤其是不可逆的* * *價結合。因為小分子化合物與靶標形成新的價鍵，會導致蛋白質結構的變化，以及免疫反應的可能性，但這類報道很少。脫靶效應也是毒性的重要原因。為了解決這個問題，提高化合物的選擇性和降低治療劑量是有效的解決方法。
總結
目前* * *價結合藥物大多集中在抗癌領域，但隨著技術和理論的成熟，此類藥物將在越來越多的疾病領域大顯身手。
參考數據
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