郭宗儒:药物创新与反向思维 构不变。实验表明4没有a-阻断作用,但仍保持抗凋 统计学表明对抑制hERG通道的化合物大大多 亡活性,说明3不是经阻断a受体的机制起作用的。于激动剂,这是因为抑制剂大都结合于通道的内腔 中,而且亲和力强,阻止了钾离子的传输。而激活剂则 o结合于通道的门控处,是个取决于电压的迅速去活 化过程,调节钾的内流,对分子结构有特异的要求 人们由于惯性思维,往往期盼化合物远离对 hERG通道作用,避免对该通道的作用,以至于较少 从激活hRG通道入手,研究治疗心律失常的药物, 用生化方法证明特拉唑嗪结合并激活了磷酸甘例如治疗QT延长综合征等。不过一些公司已经注 油酸激酶Pgk1,促进ATP的释放,ATP提高了HSP90意到hERG激活剂的研究,如安万特公司研究了化合 的伴侣蛋白(ATP酶)活性,导致HSP90促进了对应物RPR260243(5),通过减低去活化和显著减缓通 激因子的抵抗。特拉唑嗪对果蝇、小鼠和大鼠的氧化道关闭速率而加强了电流。用丙氨酸扫描突变技术证 应激和脑缺血都有保护作用。这个实例说明了基于对明化合物5结合的位点是胞浆末端的S5域的Leu553 热休克蛋白研究的反向思维,从基因谱比对到动物和Phe57以及S6域的Asp658和Va659残基。分子 实验的概念验证,涵盖了蛋白表达、酶动力学、细胞模拟提示其结合模式与抑制剂显著不同。此外,辉瑞 生物学、探针合成、晶体结构解析(图1)等内容,作公司研究的化合物PD-118057(6和雅培公司研究 了大胆的假设和科学的求证。由于特拉唑嗪已是临床的CA-105574(7)等都是hERG通道的激活剂。虽 常用的药物,或许直接成为治疗或缓解脑卒中引起然迄今未见有临床研究的报道,但循此反向路径不 的损伤的药物。当然,也可以作为高起点的先导物,失为创新领域的探索 保持活性的同时,优化结构以利于进入中枢神经系 统的药代动力学性质。 胃动素激动剂的研究 图1特拉唑嗪与HSP90结合的模式 胃动素( motilin)是由十二指肠和空肠黏膜的内 分泌细胞合成的内源性激素二十二肽,通过作用于 3激活ERG钾通道一治疗心律失常的潜在靶标幽门窦和十二指肠道细胞的胃动素受体,引起平 心肌细胞膜上由HERG基因表达的钾通道在心滑肌收缩,并且通过周期性释放胃动素调节胃肠移 脏动作电位的去极化过程起关键作用,这在很大程行性复合波(MMC) 度上是由于该通道有独特的门控特征,即较慢的活 大环内酯类抗生素红霉素(8)的不良反应是刺 化和迅速的电压控制去活化过程。化合物抑制hRG激胃肠道的蠕动、引起恶心与呕吐等,因而后继的大 钾通道可引起心律失常,心电图呈现QT波延长,表环内酯消除了该不良反应。研究表明,这种不良反应 明心室从开始的去极化到最后的复极化之间延长了非常类似于胃动素的生理功能,是由于与胃动素作 时间,严重时可引起猝死。 用于同一受体。 新药研究中由于较常遇到抑制该通道的化合物 研究表明,12和16元大环内酯对胃动素受体的 而且也不限于作用于心脏药物(例如抗过敏药物特活性很弱,只有14元环的红霉素具有这种胃肠道动 非那定和西沙比利等,因严重的心脏事件而停止使力刺激作用。从反向考虑,若利用红霉素这种类似于 用),因而在新药的早期研究阶段考察化合物对hERG胃动素的药理作用,有可能研制出新结构类型的胃 通道是否有抑制作用已成必须实验的项目。 动力药,当然就需要消除它的抗菌活性。为实现该反郭宗儒: 药物创新与反向思维 · 327 · 构不变。实验表明 4 没有 α-阻断作用, 但仍保持抗凋 亡活性, 说明 3 不是经阻断 α 受体的机制起作用的。 用生化方法证明特拉唑嗪结合并激活了磷酸甘 油酸激酶 Pgk1, 促进 ATP 的释放, ATP 提高了 HSP90 的伴侣蛋白 (ATP 酶) 活性, 导致 HSP90 促进了对应 激因子的抵抗。特拉唑嗪对果蝇、小鼠和大鼠的氧化 应激和脑缺血都有保护作用。这个实例说明了基于对 热休克蛋白研究的反向思维, 从基因谱比对到动物 实验的概念验证, 涵盖了蛋白表达、酶动力学、细胞 生物学、探针合成、晶体结构解析 (图 1) 等内容, 作 了大胆的假设和科学的求证。由于特拉唑嗪已是临床 常用的药物, 或许直接成为治疗或缓解脑卒中引起 的损伤的药物。当然, 也可以作为高起点的先导物, 保持活性的同时, 优化结构以利于进入中枢神经系 统的药代动力学性质。 图 1 特拉唑嗪与 HSP90 结合的模式 3 激活 hERG 钾通道—治疗心律失常的潜在靶标 心肌细胞膜上由 hERG 基因表达的钾通道在心 脏动作电位的去极化过程起关键作用, 这在很大程 度上是由于该通道有独特的门控特征, 即较慢的活 化和迅速的电压控制去活化过程。化合物抑制 hERG 钾通道可引起心律失常, 心电图呈现 Q-T 波延长, 表 明心室从开始的去极化到最后的复极化之间延长了 时间, 严重时可引起猝死。 新药研究中由于较常遇到抑制该通道的化合物, 而且也不限于作用于心脏药物 (例如抗过敏药物特 非那定和西沙比利等, 因严重的心脏事件而停止使 用), 因而在新药的早期研究阶段考察化合物对 hERG 通道是否有抑制作用已成必须实验的项目。 统计学表明对抑制 hERG 通道的化合物大大多 于激动剂, 这是因为抑制剂大都结合于通道的内腔 中, 而且亲和力强, 阻止了钾离子的传输。而激活剂则 结合于通道的门控处, 是个取决于电压的迅速去活 化过程, 调节钾的内流, 对分子结构有特异的要求[5]。 人们由于惯性思维, 往往期盼化合物远离对 hERG 通道作用, 避免对该通道的作用, 以至于较少 从激活 hERG 通道入手, 研究治疗心律失常的药物, 例如治疗 Q-T 延长综合征等。不过一些公司已经注 意到 hERG 激活剂的研究, 如安万特公司研究了化合 物 RPR-260243 (5) [6] , 通过减低去活化和显著减缓通 道关闭速率而加强了电流。用丙氨酸扫描突变技术证 明化合物 5 结合的位点是胞浆末端的 S5 域的 Leu553 和 Phe557 以及 S6 域的 Asp658 和 Val659 残基。分子 模拟提示其结合模式与抑制剂显著不同。此外, 辉瑞 公司研究的化合物 PD-118057 (6) [7]和雅培公司研究 的 ICA-105574 (7) [8]等都是 hERG 通道的激活剂。虽 然迄今未见有临床研究的报道, 但循此反向路径不 失为创新领域的探索。 4 胃动素激动剂的研究 胃动素 (motilin) 是由十二指肠和空肠黏膜的内 分泌细胞合成的内源性激素二十二肽, 通过作用于 胃幽门窦和十二指肠道细胞的胃动素受体, 引起平 滑肌收缩, 并且通过周期性释放胃动素调节胃肠移 行性复合波 (MMC)。 大环内酯类抗生素红霉素 (8) 的不良反应是刺 激胃肠道的蠕动、引起恶心与呕吐等, 因而后继的大 环内酯消除了该不良反应。研究表明, 这种不良反应 非常类似于胃动素的生理功能, 是由于与胃动素作 用于同一受体。 研究表明, 12 和 16 元大环内酯对胃动素受体的 活性很弱, 只有 14 元环的红霉素具有这种胃肠道动 力刺激作用。从反向考虑, 若利用红霉素这种类似于 胃动素的药理作用, 有可能研制出新结构类型的胃 动力药, 当然就需要消除它的抗菌活性。为实现该反