NASH等代謝疾病熱門靶點(diǎn)——FXR受體，激動(dòng) or 拮抗 ？

       FXR（法尼醇X受體）是近幾年來(lái)非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）研究的一個(gè)熱門靶點(diǎn)。FXR是核受體超家族的成員之一，該受體于1995年由Forman等發(fā)現(xiàn)，因其轉(zhuǎn)錄活性可被法尼醇及其代謝物增強(qiáng)而命名，后研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸是FXR的內(nèi)源性配體，因此FXR又稱膽汁酸受體。

       FXR在哺乳動(dòng)物中有兩個(gè)成員：FXRα和FXRβ。FXRβ在人類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物中是一種假基因，但在其他物種中編碼一種功能性受體。FXRα基因編碼四種亞型：FXRα1-α4，這四種亞型以組織依賴的方式表達(dá)。FXR與配體結(jié)合后可以與視黃醛衍生物X受體（retinoid X receptor, RXR）形成二聚體，進(jìn)而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。FXR靶基因包括多個(gè)膽汁酸代謝/轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因、脂質(zhì)代謝相關(guān)基因和糖代謝相關(guān)基因等。因此FXR參與維持上述內(nèi)源活性物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)并參與多個(gè)病理過(guò)程，具有廣泛的生物活性。[1]

       圖1. FXR在膽汁酸腸肝循環(huán)中的重要性

       1

       FXR的作用

       1 負(fù)調(diào)控膽汁酸合成

       FXR被激活后，誘導(dǎo)小異源二聚體伴侶(SHP)基因的表達(dá)，導(dǎo)致限速酶膽固醇7α單加氧酶(CYP7A1)和肝 臟受體同源物1 (LRH-1)的轉(zhuǎn)錄抑制。FXR還能通過(guò)刺激成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子19 (FGF-19)的合成來(lái)抑制CYP7A1和固醇12α-羥化酶(CYP8B1)的表達(dá)，FXR/SHP和FXR/FGF19/FGFR4通路是膽汁酸合成的主要負(fù)調(diào)控路徑。[3]（圖1）

       2 調(diào)控膽汁酸外排

       FXR通過(guò)SHP依賴機(jī)制抑制?；悄懰徕c共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(NTCP)，從而抑制肝 臟對(duì)膽汁酸的攝取，這是FXR對(duì)膽汁酸重吸收的負(fù)調(diào)控。FXR可上調(diào)膽鹽輸出泵(bile salt export pump, BSEP)和多藥耐藥蛋白3 (multidrug resistance protein-3, MDR3)基因的表達(dá)，增加BA從肝 臟向小管腔的外排；FXR還能增加有機(jī)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體α / β (OSTα/β)的表達(dá)，從而增強(qiáng)BA從肝 臟向門靜脈的外排。上述轉(zhuǎn)運(yùn)體（BSEP、MDR3、OSTα/β）均受 FXR正調(diào)控。[3]此外肝細(xì)胞基底側(cè)膜上的MRP4也參與膽汁酸外排，該轉(zhuǎn)運(yùn)體受FXR負(fù)調(diào)控。綜上所述，FXR激活和抑制均可通過(guò)誘導(dǎo)不同的轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)影響膽汁酸外排，而對(duì)肝 臟中膽汁酸濃度的最終影響取決于對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)體調(diào)控作用的"凈效應(yīng)" 。[4]

       3 FXR調(diào)控脂代謝

       與野生型小鼠相比，F(xiàn)XR-/-小鼠表現(xiàn)為血漿和肝 臟中膽固醇和甘油三酯( triglyceride, TG) 水平升高,后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)FXR對(duì)膽固醇和TG的代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)均具有調(diào)控作用。肝腸 FXR均參與TG代謝。肝 臟FXR轉(zhuǎn)錄激活及腸道FXR轉(zhuǎn)錄抑制均可以抑制TG合成，降低肝 臟TG 水平。

       4 FXR調(diào)控糖代謝

       FXR可以調(diào)控肝 臟糖酵解、糖原合成、糖異生及胰島素敏感性。且機(jī)體不同組織部位的FXR的作用各異。FXR-/-小鼠表現(xiàn)為外周高血糖、糖耐量受損以及胰島素抵抗。肝 臟過(guò)表達(dá)或轉(zhuǎn)錄激活FXR后，可以顯著降低血糖水平。然而腸道FXR表達(dá)缺失或者轉(zhuǎn)錄抑制可以降低血糖水平。

       2

       FXR的研究進(jìn)展及不良反應(yīng)

       迄今為止FXR激動(dòng)劑的研究較為成熟。多個(gè)FXR激動(dòng)劑已進(jìn)入臨床研究階段，用于治療多種肝病，包括原發(fā)性膽汁性肝硬化和非酒精性脂肪肝疾病( NAFLD)和非酒精性脂肪性肝炎( NASH)。2016年5月奧貝膽酸被FDA正式批準(zhǔn)用于臨床治療對(duì)熊去氧膽酸（UDCA）無(wú)反應(yīng)或不耐受的原發(fā)性膽汁性膽管炎（PBC），但其副作用——如嚴(yán)重的瘙癢癥狀卻限制了它在臨床上的應(yīng)用。另外，較高劑量奧貝膽酸導(dǎo)致晚期肝病患者和肝硬化患者出現(xiàn)肝功能惡化，F(xiàn)DA 于2018年初發(fā)出“黑框警告”。

       FXR激動(dòng)劑產(chǎn)生副作用的可能原因：目前有報(bào)道稱奧貝膽酸導(dǎo)致鼠類模型急性肝損傷的機(jī)制可能是通過(guò)FXR通路產(chǎn)生，這些副作用被認(rèn)為是全FXR激動(dòng)劑的藥理給藥導(dǎo)致的。由于核受體參與多種內(nèi)分泌功能，F(xiàn)XR的調(diào)節(jié)容易引起FXR配體將信號(hào)改變轉(zhuǎn)化為基因表達(dá)的改變，從而引起參與膽汁酸、葡萄糖和脂質(zhì)代謝的多種基因改變所致的副作用。

       奧貝膽酸的臨床試驗(yàn)已經(jīng)表明，廣泛的FXR激活破壞了膽固醇的穩(wěn)態(tài)，F(xiàn)XR的激活通過(guò)SHP /FGF19的上調(diào)和膽固醇7α-羥化酶( CYP7A1) 的下調(diào)阻止了膽固醇向BAs的代謝轉(zhuǎn)化。由于該途徑是膽固醇代謝的主要途徑，其長(zhǎng)期的藥理阻斷可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。靶向激活肝細(xì)胞的FXR受體，而不激活促炎細(xì)胞的FXR受體，可能是安全利用FXR作為藥物靶點(diǎn)的最 佳途徑。其次，可以聯(lián)合使用FXR拮抗劑保護(hù)促炎細(xì)胞的 FXR受體，因?yàn)檫@樣可以減少相關(guān)的副作用。

       所以，為了探索這些新策略，在分子水平上更深入地探索FXR的靶向激活是必要的。目前，小劑量奧貝膽酸不完全激活FXR是可行的臨床方案，顯著減少了副作用的發(fā)生。[5]

       但是FXR拮抗劑的研究相對(duì)滯后，有關(guān) FXR拮抗劑的體內(nèi)體外活性相對(duì)較少，但隨著對(duì)FXR生物功能認(rèn)識(shí)的加深，尤其是 FXR轉(zhuǎn)錄抑制對(duì)脂肪肝的良好作用以及OCA等FXR激動(dòng)劑的不良反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，目前有關(guān)FXR拮抗劑的研究逐漸增多。

       根據(jù)藥渡數(shù)據(jù)庫(kù)，截止時(shí)間2021年12月31日，列出了表1目前臨床在研的FXR抑制劑和拮抗劑（未包含復(fù)方）的臨床進(jìn)展和幾個(gè)代表性的臨床前藥物。除了已經(jīng)上市的奧貝膽酸（PBC獲批，NASH被拒），吉利德的Cilofexor（GS9674）是目前臨床進(jìn)展最快的FXR激動(dòng)劑，其中原發(fā)性硬化性膽管炎，非酒精性脂肪性肝炎等適應(yīng)癥處于臨床三期，GS9674是由第一種非甾體強(qiáng)效激動(dòng)劑GW4064改造而來(lái)的激動(dòng)劑。

       目前只有一款FXR拮抗劑進(jìn)入臨床，是由上海醫(yī)工院和江蘇柯菲平聯(lián)合開發(fā)的SIPI-7623，目前處于臨床一期，適應(yīng)癥為混合型高血脂。另外，上海藥物所開發(fā)的FXR拮抗劑HS218處于臨床前，適應(yīng)癥為II型糖尿病。歌禮制藥開發(fā)的ASC43F是THR-β/FXR激動(dòng)劑，適應(yīng)癥為非酒精性脂肪性肝炎，目前處于臨床一期。歌禮制藥還開發(fā)了一款FAS/FXR激動(dòng)劑（FAS抑制劑），適應(yīng)癥為非酒精性脂肪性肝炎，目前處于臨床前。Intercept Pharmaceuticals開發(fā)的INT-767是FXR/TGR5雙激動(dòng)劑，適應(yīng)癥為非酒精性脂肪性肝炎，目前處于臨床一期。這幾類雙靶點(diǎn)FXR激動(dòng)劑的設(shè)計(jì)可能是為了降低FXR全激動(dòng)劑帶來(lái)的瘙癢等副作用。      

       表1. 臨床在研FXR抑制劑/拮抗劑[9]

       3

       FXR的結(jié)構(gòu)

       圖2. FXR簡(jiǎn)圖及四種FXRα蛋白異構(gòu)體示意圖

       圖3. FXR-DBD的模型結(jié)構(gòu)和FXR-LBD/OCA配合物

       FXR都具有一個(gè)經(jīng)典的核受體（NR）組織（圖2A），一個(gè)與配體無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)錄激活域(AF1)，核心DNA結(jié)合域（DBD），鉸鏈區(qū)，C末端配體結(jié)合域(LBD)和配體依賴激活功能域(AF2)。AF1結(jié)構(gòu)域是一個(gè)高度無(wú)序的結(jié)構(gòu)域，可與調(diào)控蛋白協(xié)同作用。選擇性剪切導(dǎo)致了多種AF1域異構(gòu)體的產(chǎn)生。與FXRα1和FXRα2相比，F(xiàn)XRα3和FXRα4有一個(gè)擴(kuò)展的N端(圖2B)。FXR-DBD與DNA建立堿基特異性的相互作用，使特異性DNA序列的識(shí)別成為可能。DBD區(qū)域高度保守，包含兩個(gè)α螺旋(H1和H2)和兩個(gè)四半胱氨酸/鋅核模塊(圖3)。鉸鏈域是一類短而靈活的linker，具有較少的序列和保守尺寸。FXRα1和FXRα3在這個(gè)區(qū)域各有一個(gè)插入的4個(gè)氨基酸(MYTG)(圖2B)；FXR-LBD與它的配體如奧貝膽酸結(jié)合并與輔調(diào)節(jié)蛋白相互作用。

       這個(gè)結(jié)構(gòu)域由12個(gè)α螺旋組成，折疊成三個(gè)平行的層，形成一個(gè)α螺旋三明治，并在受體的底部包含一個(gè)疏水的配體結(jié)合口袋(LBP)，以容納它的配體。AF2在LBD中，包括H12。與其他核受體相似，F(xiàn)XR的H12在與不同配體結(jié)合時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化，AF2取向的改變促進(jìn)了與不同調(diào)控蛋白的相互作用。[3]

       4

       幾種肝 臟相關(guān)疾病

       NAFLD（非酒精性脂肪性肝?。┦侵冈跊]有過(guò)度飲酒或其他可歸因的情況下，肝 臟內(nèi)的脂質(zhì)異位積聚，包括以炎癥和纖維化為特征的疾病的更高級(jí)形式(非酒精性脂肪肝(NASH))。非酒精性脂肪肝可能影響占世界人口的20-40%，可發(fā)展為晚期纖維化、肝硬化和肝細(xì)胞癌。

       FXR激動(dòng)劑通過(guò)糾正中間代謝和脂質(zhì)積累的異常，抑制代謝應(yīng)激誘導(dǎo)的p53激活，抑制纖維化的進(jìn)展和減輕炎癥，具有治療肝病的潛力。FXR調(diào)節(jié)BA穩(wěn)態(tài)，這在生理上對(duì)消除膽固醇和激素調(diào)節(jié)很重要，因此，F(xiàn)XR激動(dòng)劑和拮抗劑對(duì)于原發(fā)性膽道膽管炎(PBC)和原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)的治療都具有重要的治療價(jià)值。[2]（圖4）

       圖4. 從正常肝 臟到NAFLD、NASH、肝硬化和HCC的臨床情況[2]

       5

       FXR激動(dòng)劑的改造策略

       代表性的FXR激動(dòng)劑有以下幾種：obeticholic acid (OCA)、 cilofexor (GS-9674)、TERN-101 (LY2562175)、nidufexor (LMB763)、tropifexor (LNJ-452)、EDP-305，目前正處于NASH、PBC、PSC和肝纖維化的臨床試驗(yàn)中(表1，圖5)。但是由于副作用，許多化合物已在臨床前或臨床試驗(yàn)中停止，包括高密度和低密度脂蛋白濃度的血脂異常效應(yīng)，瘙癢以及肝硬化PBC患者肝 臟失代償風(fēng)險(xiǎn)增加。FXR激動(dòng)劑通過(guò)調(diào)節(jié)反向膽固醇運(yùn)輸降低HDL濃度，在臨床前模型中不會(huì)加劇動(dòng)脈粥樣硬化。

       然而，瘙癢和肝 臟失代償?shù)臋C(jī)制尚不清楚，這是FXR激動(dòng)劑發(fā)展的一個(gè)重要障礙。這些嚴(yán)重的、劑量限制性**推遲了FXR激動(dòng)劑作為治療藥物的批準(zhǔn)和廣泛使用，這可能是由于FXR的全激動(dòng)作用，而不是脫靶效應(yīng)。因此，設(shè)計(jì)有效但不引起不良反應(yīng)的FXR激動(dòng)劑對(duì)藥物化學(xué)家來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。[1]

       圖5. 列舉的FXR受體激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)[7]

       根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)XR激動(dòng)劑分為甾體類和非甾體類。大多數(shù)類固醇類BA的候選藥物都有不良的副作用。因此，在第一種強(qiáng)效激動(dòng)劑GW4064被發(fā)現(xiàn)后，學(xué)術(shù)界和制藥公司更專注于開發(fā)非甾體激動(dòng)劑。在GW4064基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的GS-9674、LY2562175、LMB763、LNJ-452等分子已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。雖然是二十年前發(fā)現(xiàn)的分子，GW4064仍然是FXR激動(dòng)劑藥物發(fā)現(xiàn)中的主要先導(dǎo)化合物，圖6列出了過(guò)去幾年GW4064的主要結(jié)構(gòu)修飾以及用來(lái)改善PK/PD特性的最重要片段。[1]

       圖6. 總結(jié)了GW4064的結(jié)構(gòu)改動(dòng)，以及用來(lái)替換其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的重要的片段[1]

       近年來(lái)隨著對(duì)FXR研究的深入，人們對(duì)FXR在膽汁酸代謝中的調(diào)控作用越來(lái)越關(guān)注，FXR有望作為治療膽汁酸代謝相關(guān)疾病的新型藥物靶點(diǎn)。目前，在FXR的研究中仍存在以下問題：

       其一，F(xiàn)XR在機(jī)體內(nèi)有太多的靶基因，仍有部分與 FXR作用相關(guān)的靶基因尚待進(jìn)一步被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)FXR作用于一些靶基因的具體途徑不清楚，需進(jìn)一步研究；

       其二，選擇性地調(diào)控FXR部分靶基因的新型激動(dòng)劑也有待于繼續(xù)探討和發(fā)現(xiàn)；

       其三，參與膽汁酸調(diào)節(jié)的核受體除了FXR還有其它核受體如G蛋白偶聯(lián)受體、孕烷 X受體、維生素D受體，在探討膽汁酸代謝時(shí)還應(yīng)考慮 FXR與其它核受體之間的作用。[8]

       此外FXR激活和抑制均可通過(guò)調(diào)控膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體改善膽汁酸蓄積、通過(guò)調(diào)控糖脂代謝降低血脂血糖，最終改善代謝綜合征。FXR激動(dòng)劑或拮抗劑的最終藥理活性取決于其對(duì)FXR眾多靶基因的調(diào)控作用的“凈效應(yīng)”。尤其值得注意的是不同組織部位FXR的生物功能各異。如肝 臟FXR轉(zhuǎn)錄激活抑制糖異生，相反腸FXR轉(zhuǎn)錄抑制可以抑制糖異生，肝 臟 FXR轉(zhuǎn)錄激活抑制脂質(zhì)合成，相反腸道FXR轉(zhuǎn)錄抑制可以抑制脂質(zhì)合成?；诖私M織部位特異性/限制性的FXR激動(dòng)劑/拮抗劑更易取得良好的藥理活性。尤其是腸道特異性FXR拮抗劑預(yù)期對(duì)糖尿病等代謝綜合征取得更好的療效。[4]

       FXR與一些配體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)已被解析，并為理解FXR的激活或抑制提供了參考，這對(duì)相關(guān)疾病的治療也具有重要的意義。

       專欄作家

       星星狐

       藥物化學(xué)背景，曾從事靶點(diǎn)調(diào)研、專利分析與突破、改良新藥、創(chuàng)新藥分子設(shè)計(jì)方面的工作；熱愛醫(yī)藥行業(yè)，愿與各位同行互相學(xué)習(xí)、進(jìn)步，見證創(chuàng)新藥最好的時(shí)代。

       參考文獻(xiàn)：

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       9. 藥渡數(shù)據(jù)庫(kù).