先導(dǎo)化合物的確定 絕不是簡單的"篩活性"

       先導(dǎo)化合物，作為新藥研發(fā)的焦點(diǎn)和源頭，是藥企爭取市場份額、擴(kuò)大利潤的重要來源，更是各大藥企長久發(fā)展的持續(xù)動力。每一個(gè)成功上市的藥物，按照傳統(tǒng)模式，在篩選先導(dǎo)化合物的開發(fā)階段平均須投入至少2.6億美元的成本，如此高額的前期投入，就要求科研人員擁有發(fā)現(xiàn)及優(yōu)化先導(dǎo)化合物的能力，從而邁好萬里長征的第 一步。良好的生物活性，往往是先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)的第 一要素，然而，真正將一個(gè)化合物確定為先導(dǎo)化合物，決不能僅僅依賴其是否具有較強(qiáng)的活性，科研人員還需依靠多學(xué)科的知識、多角度的審視來考察其是否具有成藥的潛力，從而摸索出一個(gè)能夠生產(chǎn)出多個(gè)藥物的強(qiáng)大來源。

       1、什么是先導(dǎo)化合物？

       所謂先導(dǎo)化合物(Lead Compounds)，是指具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的有一定活性或潛在活性的化合物，一般具有新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代新藥研究的出發(fā)點(diǎn)。它可能因?yàn)榛钚孕?、選擇性不高、藥代動力學(xué)性質(zhì)不好或**較大等缺點(diǎn)，不能直接作為新藥來開發(fā)，但可以在該化合物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一系列的結(jié)構(gòu)改造或修飾，得到符合治療要求的新藥。先導(dǎo)化合物通常有以下公認(rèn)特征：純凈單一的化合物、具有類藥性、藥理活性的可重復(fù)性、有量效關(guān)系、活性是通過特定的機(jī)理起作用的、化學(xué)上有可操作性、有進(jìn)行化學(xué)修飾的空間以及類似物有合理的構(gòu)效關(guān)系等。

       2、如何獲得先導(dǎo)化合物？

       廣泛篩選和意外發(fā)現(xiàn)

       廣泛篩選是獲得先導(dǎo)化合物的傳統(tǒng)方法，是在眾多研究基礎(chǔ)上獲得生物活性物質(zhì)的過程，早期的新藥尋找和先導(dǎo)化合物的獲得都是以這種方法進(jìn)行的。起初，篩選主要是從天然藥用植物中提煉有效成分(如青蒿素、紫杉醇)，后來，隨著化學(xué)工業(yè)尤其是染料化學(xué)的發(fā)展、化學(xué)方法的日益進(jìn)步和醫(yī)療需求的不斷提高，促使人們把許多化學(xué)工業(yè)品，尤其是染料中間體進(jìn)行大規(guī)模廣泛的藥理篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大批有醫(yī)療價(jià)值的化學(xué)藥品。同時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)也是獲得先導(dǎo)化合物和藥物的方法之一，有許多先導(dǎo)化合物和藥物都是通過這種方法發(fā)現(xiàn)的，如抗菌藥青霉素、抗腫瘤藥順鉑和西地那非等就是在偶然的機(jī)會獲得的，人們隨后對其進(jìn)行構(gòu)效研究，又開發(fā)出一系列的新藥。

       合理藥物設(shè)計(jì)

       所謂合理藥物設(shè)計(jì)，就是基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)，它應(yīng)用受體結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識，來指導(dǎo)和輔助藥物分子的設(shè)計(jì)，從而引導(dǎo)藥物設(shè)計(jì)走向合理化，其起點(diǎn)是體內(nèi)的分子靶標(biāo)，而非藥物。此處所說的“受體”，泛指一切能與藥物分子結(jié)合的大分子靶標(biāo)，如酶、受體、離子通道、膜、抗原、病毒、核酸、多糖等。合理藥物設(shè)計(jì)，不僅充分考慮配體與受體活性部位之間的形狀互補(bǔ)性，而且充分考慮二者之間的性質(zhì)互補(bǔ)性，如靜電相互作用、氫鍵相互作用、疏水相互作用等。此外，對溶劑效應(yīng)、配體與受體的協(xié)調(diào)運(yùn)動等，也給予足夠的重視。

       從現(xiàn)有藥物中獲得

       已有的藥物中有些可被選作先導(dǎo)化合物，進(jìn)一步優(yōu)化從而得到新藥，另外還可通過由藥物副作用、代謝研究以及電子等排等研究來獲取先導(dǎo)化合物。在藥物研究中，?？蓮囊阎幬锏亩靖弊饔贸霭l(fā)找到新藥，或?qū)⒍靖弊饔门c治療作用分開而獲得新藥。某些情況下，某一藥物的毒副作用可能對另一疾病有治療作用，例如吩噻嗪類抗**失常藥氯丙嗪及其類似物，是由結(jié)構(gòu)類似的抗組胺藥異丙嗪的鎮(zhèn)靜副作用發(fā)展而來的。

       藥物通過體內(nèi)代謝過程，可能被活化，也可能被失活，甚至轉(zhuǎn)化成有毒的化合物。在藥物研究中，可以選擇其活化形式，或考慮可以避免代謝失活或毒化的結(jié)構(gòu)作為藥物的先導(dǎo)物。運(yùn)用這類先導(dǎo)化合物，得到優(yōu)秀的藥物的可能性較大，甚至直接得到比原來更好的藥物。如**就是地西 泮的活性代謝物。

       以原形藥物為先導(dǎo)化合物，通過生物電子等排等方法可以獲得了大量的“Me-too”藥物，現(xiàn)在包括西方國家在內(nèi)的大型制藥公司仍然經(jīng)常采用這種快速跟進(jìn)策略。且實(shí)踐證明，運(yùn)用生物電子等排原理進(jìn)行藥物先導(dǎo)化合物優(yōu)化可大大加快藥物先導(dǎo)物到藥物候選物的轉(zhuǎn)化。

       化合物庫得到

       世界上大型藥物研究和開發(fā)組織都有自己分離、合成或收集的化合物儲備，形成化合物庫。這其中包括天然產(chǎn)物提取分離、結(jié)構(gòu)測定所得的天然產(chǎn)物庫，化學(xué)合成特別是用組合化學(xué)技術(shù)形成的大容量化學(xué)分子庫，以及通過蛋白質(zhì)表達(dá)建立的基因工程庫等。目前，天然產(chǎn)物庫仍是先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)的有效途徑，在抗腫瘤、抗病毒、抗菌、治療心腦血管疾病以及抗衰老等領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢；化合物組合庫是指數(shù)量巨大的不同結(jié)構(gòu)的化合物的貯藏和檢索，它源自巨大數(shù)量、不同構(gòu)件進(jìn)行不同形式的鍵合反應(yīng)，所有化合物或以自由分子的形式存在于液相中，或以連接于固相載體的形式貯藏備用，利用組合化學(xué)方法建立起大容量的化合物組合庫后，開始對化合物庫進(jìn)行有針對性的高通量篩選。利用基因重組技術(shù)，合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然化合物及利用微生物產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)類型活性物組成基因重組庫，如微生物次級代謝產(chǎn)物合成途徑中的有些酶的底物特異性不強(qiáng)，因此將兩種合成途徑相似的抗生素生物合成基因進(jìn)行重組，使之合成與兩親株的產(chǎn)物不同的“雜交”抗生素。利用基因重組技術(shù)可以將一些靶酶的活性中心、受體或受體的亞基等在微生物中大量表達(dá)，滿足了大規(guī)模篩選樣品的需要，并且可以用來確定一些不甚清楚的藥物作用靶位。

       高通量虛擬篩選

       高通量虛擬篩選(Virtual High-throughput Screening, VHTS)，是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，采用三維藥效基團(tuán)模型或分子對接的方法，在化合物數(shù)據(jù)庫中尋找可能的活性化合物的方法。在找到一些潛在的活性分子之后，可以通過向有關(guān)公司訂購、合成或提取分離的方法得到樣品，并進(jìn)行藥理測試。

       這其中，計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)中的藥效團(tuán)模型法是一種重要的間接藥物設(shè)計(jì)方法，可用于先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在藥物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用，使藥效團(tuán)模型的概念也得到發(fā)展。藥物化學(xué)家現(xiàn)在不僅關(guān)注藥效基團(tuán)本身的屬性，也非常重視各藥效基團(tuán)之間的空間關(guān)系。而另一種分子對接技術(shù)是指分子模擬環(huán)境中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的分子模型通過幾何形狀、化學(xué)環(huán)境及能量的匹配形成最 佳結(jié)合的技術(shù)。分子對接的虛擬篩選需要靶標(biāo)生物大分子和小分子化合物的三維結(jié)構(gòu)信息。首 先要建立大量化合物的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，然后將庫中的分子逐一與靶標(biāo)分子進(jìn)行“對接”，通過不斷優(yōu)化小分子化合物的位置(取向)以及分子內(nèi)部柔性鍵的二面角(構(gòu)象)，尋找小分子化合物與靶標(biāo)大分子作用的最 佳構(gòu)象，計(jì)算其相互作用及結(jié)合能，只要數(shù)據(jù)庫中化合物具有足夠大的分子多樣性，就可能從庫中搜尋出理想的分子結(jié)構(gòu)。

       DNA編碼小分子化合物庫合成及篩選技術(shù)

       該技術(shù)通過利用組合化學(xué)的方法和DNA編碼的多樣性及可擴(kuò)充性特征，快速為藥物研發(fā)早期起決定性作用的階段提供先導(dǎo)化合物，從而加快新藥的研發(fā)進(jìn)程。與傳統(tǒng)高通量篩選的百萬級化合物庫相比，DNA編碼化合物庫在化合物數(shù)量和多樣性的覆蓋上都有很大增加。同時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)化合物都帶有DNA編碼便于鑒定篩選的結(jié)果，因此整個(gè)化合物庫(不僅僅是單一的化合物)都可用來與生物靶點(diǎn)進(jìn)行孵育與親和力篩選。而由于該技術(shù)篩選出的化合物，是大多化合物與篩選靶點(diǎn)競爭的結(jié)果，因此其活性較高，同時(shí)，基于整個(gè)庫的篩選，大幅度降低了篩選成本和時(shí)間成本。

       3、如何優(yōu)化先導(dǎo)化合物？

       由于先導(dǎo)化合物通常會存在一些缺陷，如活性不夠高，選擇性不夠強(qiáng)、化學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、藥代或**較大等，因此需要對先導(dǎo)化合物進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)修飾，使之發(fā)展為更理想的藥物，這一過程稱為先導(dǎo)化合物的優(yōu)化。由于小編身邊最近就有因溶解性和**大等問題而“死掉”的候選藥物，眼看其多年研發(fā)毀于一旦，故而對這兩方面進(jìn)行下講解。

       在先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，合適的溶解性至關(guān)重要。良好的水溶性可以提升化合物的類藥性質(zhì)，提高藥物在人體內(nèi)的吸收、分布、代謝、排泄等藥代動力學(xué)特性。因此，重視化合物水溶性的結(jié)構(gòu)改造，將使我們在先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中事半功倍?；瘜W(xué)修飾改善先導(dǎo)化合物水溶性的理論基礎(chǔ)和基本策略，包括成鹽、引入極性基團(tuán)、降低脂溶性、構(gòu)象優(yōu)化、前藥修飾等方面。而改善脂溶性，主要針對的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物。為了克服血腦屏障，在中樞系統(tǒng)達(dá)到足夠的暴露量，這是中樞藥物研發(fā)成功的關(guān)鍵前提，這樣我們也需要一些策略來增加藥物的脂溶性，常用的優(yōu)化策略包括：針對被動擴(kuò)散的改造~增加脂溶性、減少氫鍵供體、簡化分子、增加剛性、降低極性表面積、剔除羧基以及前藥策略等；針對主動運(yùn)輸?shù)母脑靱將化合物修飾為主動轉(zhuǎn)運(yùn)體的底物；針對外排率較高的化合物~規(guī)避易被外排轉(zhuǎn)運(yùn)體識別的基團(tuán)。

       鑒于警惕結(jié)構(gòu)潛在的**風(fēng)險(xiǎn)，在先導(dǎo)化合物的研發(fā)過程中，對警惕結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化是降低先導(dǎo)化合物潛在**的有效方法。主要包括兩種思路：一種思路是去除藥物中的警惕結(jié)構(gòu)。如果警惕結(jié)構(gòu)不是藥物的藥效團(tuán)，去除警惕結(jié)構(gòu)既可簡化分子，又可降低**；如果警惕結(jié)構(gòu)對活性至關(guān)重要，或是必需的連接片段，可以考慮運(yùn)用生物電子等排的原理，將易代謝的警惕結(jié)構(gòu)用弱代謝基團(tuán)進(jìn)行生物電子等排體替換，達(dá)到降低**的目的。另一種思路是對警惕結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，通過引入鈍性基團(tuán)封閉代謝位點(diǎn)或者引入更易代謝的基團(tuán)，改變化合物的原有代謝路徑，使其不能產(chǎn)生活性代謝物，阻斷其**代謝途徑。具體而言，警惕結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造策略主要包括：封閉代謝位點(diǎn)、改變代謝途徑、降低反應(yīng)性、生物電子等排以及前藥原理等。如非那西汀改變成對乙酰氨基酚，曲格列酮改變?yōu)榱_格列酮和吡格列酮等等。

       4、些許感觸

       記得在最初接觸“化合物”的概念時(shí)，第 一時(shí)間看的是，結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的生物活性，目光只針對于那些活性在nM級別的結(jié)構(gòu)，隨著對臨床候選藥物的跟蹤以及上市藥物的研究發(fā)現(xiàn)，活性最強(qiáng)的化合物并不一定會是同類藥物中最 先上市的那個(gè)，而進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和了解，也更加明白了化合物的“成藥性”要遠(yuǎn)遠(yuǎn)重要于“活性”，而這個(gè)“成藥性”在技術(shù)方面所涉及的學(xué)科和知識范疇“那是相當(dāng)?shù)膹V泛”。除此之外，通過近些年對創(chuàng)新藥物的學(xué)習(xí)和思考，小編也越發(fā)感到，不同學(xué)科、不同方法之間的相輔相成、相互補(bǔ)充，在尋找先導(dǎo)化合物的過程中演繹著越來越重要的角色，運(yùn)用多種方法，從多方面進(jìn)行綜合分析和評定，往往能夠既得到比較優(yōu)秀的先導(dǎo)化合物，又不丟失其它有益的生物活性特質(zhì)。如今的新藥研發(fā)不再是單打獨(dú)斗，團(tuán)隊(duì)協(xié)作、團(tuán)隊(duì)哲學(xué)已在許多制藥企業(yè)普及，只有多學(xué)科的配合、協(xié)作，方能保證藥物的開發(fā)在主客觀的保駕護(hù)航下，去尋找那最后的幸運(yùn)！

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