分子碎片藥物設計

AstexTherapeutics公司認為他們正在研發的“分子碎片藥物設計”技術可彌補HTS方法的不足。 Sherin 根據AstexTherapeutics公司的網頁介紹AT7519是該公司使用了所謂“分子碎片藥物設計”新技術而開發出來的。

分子碎片藥物設計（fragment-baseddrug design）
分子碎片藥物設計（fragment-baseddrug design）根據Rees等人的文章介紹，最早提出這一概念並進行這方面工作的學者是Jencks和Ariens等人,他們在1990年代早期的研究工作顯示，1個有生物活性的藥物分子可看成是2個或多個小分子碎片生物活性疊加的結果。這裡所講的分子碎片是對某些目標受體有親和力的小分子，其相對分子量為150～ 300，其非氫原子總數不超過18個。也就是說，把一個已知的藥物分子剪裁成多個碎片，這些分子碎片中的一些可能繼承了原有活性分子的全部或部分藥理性質，再通過篩選這些分子碎片，有可能可以找到更好的藥物分子。這種技術的優點是，在無需大量人力和物力的投入下，科學家有可能在較短時間內找到具有較高生物活性的先導化合物（leadingcompound）。其基本步驟可以簡單歸納如下：（1）設計靶向目標，這種靶向目標，也是一個，也可以是多個。所謂的目標（target）具有多種含義，可以是某種特定的蛋白（可稱為靶蛋白），也可以是某種特定的酶（可稱為靶向酶）、某種受體、某種致癌基因、甚至是某一生物化學過程、細胞周期中的某些關鍵環節。通常這些靶向目標與某種特定疾病有密切關係，抑制或者改變這些靶向目標，將有利於治療相關的疾病。（2）設計和合成包含多種藥物小分子碎片的化合物庫。理想的小分子碎片應當對靶向目標如靶蛋白或靶向酶的活性位點有一定的親和性。（3）利用事先設計好的靶向目標，篩選已合成出來的碎片小分子；（4）根據篩選的結果即可得到活性較好的分子碎片，在將這些碎片做適當的組合就可得到先導化合物；（5）對已經得到的先導化合物的化學結構進行進一步改造和進一步最佳化，即可得到臨床研究的候選藥物。“分子碎片藥物設計”技術就是基於這一思路逐步發展並不斷完善起來的。“分子碎片藥物設計”技術與高通量藥物篩選法有相似之處，但在藥物的篩選方法上有所不同，而且前者更為有效。
所謂的“高通量藥物篩選法【注1】”（high-Throughput screening， HTS）技術在過去的10多年比較流行，很多製藥公司也正在使用這種技術尋找新的藥物分子。但AstexTherapeutics公司的專家認為這種技術並不像人們所期望的那樣，可以獲得臨床試驗中所需要的，質量和數量都令人滿意的新分子實體藥物。這種方法不是非常成功的部分原因是由於這種篩選方法自身的複雜性和被篩選的化合物數量極其巨大所造成的。AstexTherapeutics公司認為他們正在研發的“分子碎片藥物設計”技術可彌補HTS方法的不足。Astex Therapeutics公司將自己正在研發的這種技術命名為“Pyramid™技術平台”。這種新方法的特點是以分子量很小的藥物分子碎片作為研究的開始。因為這些小分子碎片可能繼承了整個藥物分子結構所包含的潛在生物活性。
傳統的高通量藥物篩選法（HTS）中所選用的生物活性測定方法（bioassays）一般不能檢測到分子量相對較小的分子碎片，因為它們對目標蛋白的結合力都比較低。但如使用Pyramid™技術平台則沒有這個問題。根據Astex公司發表的資料介紹，該技術平台是將X-射線晶體學、核磁共振波譜學、等溫量熱法與藥物分子碎片設計和一整套計算方法結合起來而建立的，用於篩選分子碎片的一種新技術。其最大的優點是敏感性極高，那些不能被傳統生物活性篩選技術檢測到的配體可以很容易被Pyramid™技術識別出來。Pyramid™技術的另一個與眾不同的特點是，它可以在原子水平了解到配體與與目標活性位點相結合的詳細信息。這種對藥物分子內部結構的高分辨洞察力，對於藥物研發過程中的“擊中目標”(hitdiscovery)和“先導化合物最佳化”(leadoptimization）有極大的幫助。通過這些信息，研究人員可以設計出更好的藥物分子碎片，使分子中的每個原子都能有效地參與作用於靶目標的活性位點。有了這種高效配體，科學家可以進一步找出分子量小，易於代謝，對靶目標有很高選擇性，而且容易通過化學合成而獲得的新型候選藥物。
“分子碎片藥物設計”技術從一開始就廣泛引起了人們的注意和重視，並取得了令人鼓舞的成果。目前正在積極開發這種技術的公司主要有：Abbott公司, Astex公司, Burnham Instistute研究所, Novatis公司,Plexxikon公司, Roche公司, SGX Pharmaceuticals公司, Shering-Plough公司,Sunesis公司, Triad公司, Vernalis公司,Vertex公司 等。依據陳清奇的著作介紹，目前通過“基於分子碎片的新藥研發技術”而得到的新型小分子候選藥物已有多種，其中4個化合物已進入了臨床研究階段。AT7519就是其中的一個。
AT7519是一種口服有效的選擇性周期蛋白依賴性蛋白激酶抑制劑（CyclinDependent Kinase inhibitor，CDKI)，屬於細胞周期抑制劑類抗癌藥，具有潛在抗癌活性，目前由AstexTherapeutics公司開展臨床研究，並試用於各種癌症。AT7519的作用機制可能為：通過選擇性方式與CDK結合併抑制其活性，導致細胞周期停滯並誘導細胞凋亡，進而發揮抑制癌細胞增殖的作用。CDK是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，其主要功能為參與調控細胞周期。CDK在某些癌症組織中被過量表達。因此抑制CDK有助於抗癌。
根據AstexTherapeutics公司的網頁介紹AT7519是該公司使用了所謂“分子碎片藥物設計”新技術而開發出來的。早期的臨床研究結果表明，AT7519可有效地抑制多種周期蛋白依賴性蛋白激酶包括CDK-1，CDK-2，CDK-4，CDK-5，CDK-9等。臨床前研究發現經AT7519處理過的實體瘤細胞系可觀察到細胞周期停滯(cell cyclearrest)及隨後誘導細胞凋亡的現象。而白血病細胞系經AT7519處理後在缺乏細胞周期的某一特定相停滯的情況下出現細胞快速凋亡。其作用機制與該化合物抑制CDK-9所產生的轉錄抑制效應有關。據文獻介紹，AT7519從化學合成到用於病人的臨床試驗只花了18個月時間，大大短於傳統的候選藥物遴選時間。
另據介紹，美國MedKoo Biosciences, Inc公司正在籌建全球第一個小分子抗癌藥物分子庫，有興趣的讀者有關其他抗癌藥物的介紹。
【注1】 高通量藥物篩選是國際藥業研究發展過程中近十年來興起的一門新興技術，它已經被世界各大醫藥公司廣泛用於藥物先導物的篩選。該技術包括下列幾個方面：化合物庫、靶體選擇、測試方法、數據處理系統。它的目的是通過對各種化合物作針對各種藥物靶體的篩選，從中尋找最佳的先導化合。其特點是規模大、速度快、成本相對較低，並有可能在相對短時間內找到最佳新藥基因研究中心網頁更進一步的綜述文獻可參考文獻部分“關於高通量藥物篩選法的最新綜述文獻”。