新型藥物靶點(diǎn)——外周5-羥色胺

       5-羥色胺(5-HT，又稱血清素)是一種血管收縮物質(zhì)，廣泛的參與了如血管功能、止血、肝再生、腸動力、胰島素分泌、免疫反應(yīng)等生理過程。脊椎動物的5-HT能信號系統(tǒng)非常復(fù)雜。5-HT生物合成和代謝過程中，色氨酸羥化酶(TPH)是催化合成5-HT (5-HTP)的起始和限速酶(圖1)。

       但在當(dāng)時(shí)稱為TPH(現(xiàn)在稱為TPH1)基因消融小鼠中發(fā)現(xiàn)，大腦內(nèi)的5-HT含量卻在正常水平，揭示了第二種異構(gòu)體TPH2的存在。后來發(fā)現(xiàn)TPH有兩種分型——TPH 1和TPH 2，他們是兩種高度同源的蛋白質(zhì)，但動力學(xué)性質(zhì)和組織分布卻不同。TPH2主要表達(dá)于腦干中縫神經(jīng)元和腸道肌腸層神經(jīng)元，被認(rèn)為是5-HT中樞神經(jīng)遞質(zhì)池的來源；而大多數(shù)血液中的5-HTP是由胃腸道表達(dá)TPH 1的ECs合成的，儲存在血栓性細(xì)胞密集顆粒中，在活化部位的血小板釋放發(fā)揮其調(diào)節(jié)激素作用。TPH 1也存在于其他外周組織，如胰 腺、脂肪和肺，松果體等。

       過去，針對5-HT系統(tǒng)的藥物僅僅針對5-HT轉(zhuǎn)運(yùn)體和受體，主要用于治療抑郁癥、**病和偏頭痛等中樞癥狀。然而，由于5-HT系統(tǒng)二重性的發(fā)現(xiàn)，使其成為了一種新型的藥物治療的靶點(diǎn)。關(guān)于TPH2已有很多的研究綜述，因此，本文重點(diǎn)介紹了TPH1抑制劑藥物開發(fā)的最新成果以及臨床研究變情況。

       TPH1抑制劑的研究歷程

       早在TPH分型發(fā)現(xiàn)前，就有許多非特異性的TPH阻斷劑就有報(bào)道，如多巴胺衍生的四氫異喹啉類的Salsolinol和 Tetrahydropapaverine；食物中致癌的雜環(huán)化合物Trp-P-1 和 Trp-P-2，苯丙氨酸的衍生物分克羅寧(PCPA)和苯乙炔苯丙氨酸(PEPA)。PCPA曾經(jīng)用于治療類癌綜合征和化療引起的嘔吐，但因?yàn)橹袠械母弊饔?CNS)而被放棄，PEPA是另一種更強(qiáng)效的TPH抑制劑，對苯丙氨酸羥化酶(苯丙酮酸尿癥是由于缺乏此酶引起的)和酪氨酸羥化酶(缺乏會引起多巴反應(yīng)性肌張力障礙)的抑制活性較低，但因?yàn)殪o脈注射后的影響中樞5-HT的作用而限制了它的臨床應(yīng)用前景。

       自從2003年TPH異構(gòu)體的分來以來，學(xué)術(shù)界和制藥業(yè)一直致力于將TPH 1作為一個(gè)新型的藥理靶標(biāo)研究，而一系列TPH抑制劑，治療5-HT相關(guān)疾病新型小分子化合物的專利數(shù)量也在不斷增加(表1)。

       Lexicon Pharmaceuticals率先發(fā)現(xiàn)和表征一系列抑制胃腸道的5-HT生物合成的新型的苯丙氨酸衍生物。這類抑制劑主要在腸道的ECs發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)了對外周5-HT的抑制，而且無法穿透血腦屏障，不影響中樞的TPH2。

       由于活性位點(diǎn)的TPH1與TPH2兩種酶之間具有非常高的同源性，迄今為止開發(fā)的抑制劑大多是非選擇性的，會同時(shí)阻斷TPH1和TPH2。

       Lexicon開發(fā)的TPH抑制劑主要同TPH構(gòu)型中色氨酸結(jié)構(gòu)結(jié)合，阻斷外周的5-HT。其中LX-1031，LX-1033可以抑制外周的5-HT，不能通過血腦屏障，不影響中樞的5-HT功能，也成為第一批進(jìn)入臨床試驗(yàn)的腸易激綜合征(IBS)的治療藥物。同時(shí)，LX-1032，即Xermelo(Telotristat ethyl，特羅司他乙酯)，2017年由FDA批準(zhǔn)與生長抑素類似物(SSA)聯(lián)合用于治療成人類癌癥綜合征引起的腹瀉，特羅司他乙酯也是首個(gè)被批準(zhǔn)用于治療類癌綜合癥(Carcinoid syndrome)的口服藥物。

       同時(shí)，Karos制藥公司采用了一種基于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了一批新型的外周TPH抑制劑(KAR5585,KAR5417)。這些基于螺旋環(huán)脯氨酸的TPH 1抑制劑沒有類苯丙氨酸特征性結(jié)構(gòu)，在動物實(shí)驗(yàn)中取得成功后，目前已進(jìn)入I期臨床研究。

       最近的研究者通過高通量、虛擬篩選的方式在傳統(tǒng)中藥大黃中發(fā)現(xiàn)了1-愈創(chuàng)木酚素(1-galloypedunculagin，mol002291)，這種分子具有選擇性抑制外周TPH 1的作用，可以降低結(jié)腸5-HT含量，減輕體內(nèi)臟痛覺過敏。

       5-HT在外周器官中的作用及治療意義

       2.1 癌癥

       多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，5-HT通過影響癌細(xì)胞生長、血管生成，癌細(xì)胞的分化和遷移等方式促進(jìn)腫瘤的發(fā)生進(jìn)程。其中最為突出的例子就是神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(NETs)(胃腸道、胰 腺和支氣管腫瘤的遺傳和臨床異質(zhì)型)。在不同激素介質(zhì)和血管活性胺的全身釋放時(shí)，NETs能夠誘發(fā)腹瀉、皮膚潮紅、氣喘、支氣管狹窄、心臟瓣膜疾病和腸系膜纖維化等一系列癥狀，稱為類癌綜合征(Carcinoid syndrome)。這些主要是由于轉(zhuǎn)移性類癌高表達(dá)的TPH 1，使得5-HT過度分泌進(jìn)入循環(huán)，因此，類癌綜合征成為FDA批準(zhǔn)的口服小分子靶向TPH 1抑制劑——特羅司他乙酯的首個(gè)適應(yīng)癥。

       5-HT在NETs的高合成活性，可以通過使用TPH抑制劑和7-羥色氨酸來抑制(圖1)。這一思路在體外實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，但到目前為止還沒有在體內(nèi)研究的發(fā)表。

       TPH 1升高和5-HT降解酶MAO-A表達(dá)過低導(dǎo)致的5-HT水平升高，在胰 腺癌導(dǎo)管癌(PDAC)中也有發(fā)現(xiàn)。此外，惡性乳腺癌的發(fā)生發(fā)展過程也伴隨著TPH 1表達(dá)的增加、5-HT的產(chǎn)生增加、5-HT受體表達(dá)和信號的改變帶來的細(xì)胞惡性增殖。在三陰性乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB231中可以觀察到TPH1的高表達(dá)，在給予5-HT，癌細(xì)胞增殖會進(jìn)一步增加。有報(bào)道稱TPH1抑制劑LP-53401在體外試驗(yàn)中可以破壞乳腺癌起始細(xì)胞的活性。

       5-HT不僅是腫瘤細(xì)胞的靶點(diǎn)，而且也腫瘤浸潤的巨噬細(xì)胞的靶點(diǎn)。在TPH 1缺乏小鼠模型中上5-HT生成減少，導(dǎo)致血管生成抑素的生成增加，從而抑制腫瘤血管的生長，所以外周5-HT可作為治療多種癌癥的靶點(diǎn)，TPH抑制劑的治療作用可防止腫瘤發(fā)展為預(yù)后不良的侵襲型和轉(zhuǎn)移型。

       2.2 胃腸道疾病

       在外周系統(tǒng)中，5-HT類在目前唯一的臨床應(yīng)用就是胃腸疾病。5-HT3拮抗劑作為抗吐藥，可以治療腸易激綜合(IBS)。腸道及其ECs幾乎表達(dá)體內(nèi)所有的TPH 1，是體內(nèi)5-HT的最重要來源，腸道中的5-HT合成被認(rèn)為是胃腸疾病如IBS的重要靶點(diǎn)。因此，用LP920540或特羅司他乙酯在口服葡聚糖硫酸鈉、三硝基苯硫酸鈉引起的壞死性小腸結(jié)腸炎和結(jié)腸炎，以及感染誘導(dǎo)的腸道炎癥三種疾病模型試驗(yàn)均取得了一定成效。根據(jù)這些結(jié)果，在腹瀉型IBS中進(jìn)行LX-1031的II期臨床試驗(yàn)，并在患者中獲的顯著的癥狀緩解，所以，TPH抑制劑可能是治療炎癥性腸病的有效藥物.

       2.3 肥胖和糖尿病

       在TPH1缺乏的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)外周5-HT在抑制肥胖有重要作用，在5-HT阻斷的動物模型中發(fā)現(xiàn)5-HT抑制，促進(jìn)了去甲腎上腺素誘導(dǎo)的褐變，刺激了棕色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱，從而產(chǎn)生了抑制肥胖作用。

       某些組織中，5-HT阻斷后的小鼠的糖耐量和葡萄糖攝取增加。但胰導(dǎo)B細(xì)胞分泌胰島素依賴于小G蛋白的5-HT化，因此TPH1缺乏小鼠中胰島素的分泌受到影響。

       上述結(jié)果不僅在TPH1缺乏動物模型中存在，而且在使用LP-533401等TPH抑制劑后也是如此，因此這些化合物有可能成為一種新型的減肥或糖尿病藥物。但抑制胰 腺B細(xì)胞中的TPH 1是否會產(chǎn)生有害影響，還需要進(jìn)一步的研究。

       2.4 血栓與炎癥

       TPH缺乏的小鼠的一個(gè)重要表征就是出血時(shí)間明顯延長，造成這種情況的原因是血管性假血友病因子和其他蛋白從血小板α顆粒中釋放受到抑制，阻礙了血小板聚集和黏附于基底膜，從而影響了凝血。血小板是外周5-HT的主要來源，5-HT在損傷部位和炎癥部位釋放出來，對免疫系統(tǒng)的有明顯的影響。尤其是中性粒細(xì)胞對血小板衍生的5-HT特別敏感，此外，還影響DC細(xì)胞在內(nèi)的其他類型的免疫細(xì)胞。在TPH 缺乏小鼠中，過敏性氣道炎癥癥狀顯著減輕。此外，炎癥反應(yīng)引起術(shù)后腹腔黏連形成，在TPH缺乏小鼠和PCPA處理的小鼠中也會減少。

       2.5 纖維化

       系統(tǒng)纖維化和器官特異性的纖維化有著相同的病理機(jī)制。在這些疾病中，活化的成纖維母細(xì)胞釋放大量的細(xì)胞外基質(zhì)，破壞組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致器官功能障礙，出現(xiàn)患者的高發(fā)病率和死亡率。在系統(tǒng)性硬化癥患者的血液中5-HT在血小板活化后釋放明顯升高。此外，肺纖維化的患者和博來霉素處理的小鼠模型中表現(xiàn)出的5-HT 2A受體表達(dá)上調(diào)，肺部5-HT增加。此外，5-HT2A / B受體拮抗劑在多種組織纖維化動物模型中發(fā)揮抗纖維化作用。在系統(tǒng)性硬化癥小鼠模型中，5-HT水平升高，但5-HT2B受體缺陷或TPH1的遺傳缺陷可以減少皮膚纖維化。除了循環(huán)中的5-HT之外，肺部本身生物合成的5-HT，有會提高組織5-HT水平。因此，外周組織中的5-HT持續(xù)促進(jìn)纖維化疾病，因此TPH抑制作為針對這些疾病的新型治療策略是有希望的。

       2.6 肺動脈高壓(PAH)

       有大量證據(jù)表明，5-HT在PAH的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用?；加醒“逍罘e疾病患者和小鼠都因?yàn)楦叩?-HT水平到易導(dǎo)致PAH，此外有研究表明局部表達(dá)的TPH1和肺部5-HT的合成也會顯著影響PAH的病理過程。而在TPH基因缺陷小鼠上很少會有PAH。早先，食欲抑制藥**，因?yàn)樵隗w內(nèi)促進(jìn)釋放5-HT，長期應(yīng)用導(dǎo)致致死性原發(fā)性肺動脈高壓已經(jīng)撤出市場，最近有研究報(bào)道稱，在兩種不同的動物模型中，使用新型的TPH抑制劑可以改善PAH。

       因此， TPH抑制劑的下一個(gè)重要的研究方向可能是PAH，特別是PAH作為一種罕見病，更易獲得監(jiān)管批準(zhǔn)。

       2.7 骨質(zhì)疏松癥

       TPH抑制劑治療應(yīng)用中最突出的例子發(fā)表在2010年，LP-533401在嚙齒動物模型中出現(xiàn)骨密度增加，可能應(yīng)用于骨質(zhì)疏松癥；但LP-533401不能抑制大鼠牙周炎模型的導(dǎo)致骨丟失。這些不一致研究結(jié)果帶來的爭議，需要進(jìn)一步的(臨床)研究來澄清這一問題。

       結(jié)論和展望

       脊椎動物5-HT能系統(tǒng)的二重性的發(fā)發(fā)現(xiàn)，為直接干擾中樞和外周5-HT功能鋪平了道路。類癌綜合征、PAH和IBS等復(fù)雜疾病的病理生理過程與腸源性和局部生物合成的5-HT有關(guān)，因此，TPH 1可能成為開發(fā)抑制劑的治療靶點(diǎn)。特別是2017年2月，特羅司他乙酯獲批準(zhǔn)上市。這些都表明5-HT作用的多樣性既是一種挑戰(zhàn)，也是一種機(jī)遇。本文中提到的許多疾病由于其多方面的病理生理學(xué)原因而缺乏有效的治療方式。因此，TPH抑制劑單獨(dú)或者聯(lián)合其他治療方式在治療炎癥性疾病和纖維化疾病是很有潛力的方向。然而，由于TPH 1衍生的5-HT在胚胎發(fā)育和調(diào)節(jié)母體胰島素生成和乳腺功能中的重要作用，TPH抑制劑在孕婦和哺乳期婦女中的應(yīng)用需要進(jìn)一步研究。此外，盡管特羅司他乙酯不能通過血腦屏障，但能否避免其他TPH抑制劑對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不利影響，還有待于進(jìn)一步的研究。基于TPH 1和TPH 2之間非常高的同源性，特別是在活性位點(diǎn)，選擇性藥物的開發(fā)將是一個(gè)挑戰(zhàn)。

       可以預(yù)見新的TPH抑制劑在臨床疾病模型中的研究以及TPH基因敲除小鼠的深度表型研究將為這些藥物的使用提供更多的指征。此外，這些研究有可能揭示5-HT作用的下游通路，從而為特定疾病的藥物治療開辟新的靶點(diǎn)。