Kv1.5

发现一个对靶点有很强作用的先导化合物并不是一个简单的任务，而单纯的高活性并不足以成为一个可供临床开发和商业化的候选药物。每一个候选药物的发现过程都需要新药研发科学家平衡各方面的性质，兼顾多方面的考量(图1.17)。从先导化合物的发现，到优化，再到最终的临床试验，需要对数百甚至数千个化合物展开一系列的测试。简单来说，不仅需要发现一个能很好作用于靶点的化合物，还需要权衡各方面的性质，来确保成药的可能性。对靶点良好活性的确认只是漫长研发过程的开始，候选化合物还需要经过后续更加严苛的筛选。每个新药开发项目所采用的具体策略是不同的，但通常都可以用一个筛选级联概括(图1.18)。筛选级联也称为筛选树，其每个筛选环节都如同一扇大门，从最初活性筛选到体内动物试验，确保不满足条件的化合物尽早被排除在大门之外。 图1.17　临床候选药物的确定需要权衡靶点活性以外的多方面成药性质，通过对成药性的不断优化发现最优的候选药物。 图1.18　筛选树是一个发现候选药物的筛选过程，化合物需要经过层层测试才能脱颖而出。 级联的顶部是对化合物靶标活性的筛选，满足一定的阈值便可进入下一步的研究。活性当然是最重要的因素之一，在其他条件相同的情况下，活性越高则给药量越低，从而可以降低副作用发生的可能性。例如，在5nmol/L浓度下就可以很好发挥疗效的化合物的给药剂量肯定要比在5μmol/L才发挥药效的化合物低得多。 当发现一个化合物满足靶点活性的要求后，接下来将进一步研究化合物的靶点选择性和理化性质。生物体进化出了许多高选择性的精密调控系统来实现各种专一的生理功能，但这些系统在结构上往往存在一定的重叠，这可能对一个化合物的生物学性质产生很大的影响。因此，筛选树的下一步生物活性筛选将重点评估化合物对靶点相关生物系统的作用和影响。例如，Kv1.5通道是一种电压门控钾通道，目前是研发房性心律失常药物的靶点，已发现了许多化合物可以高效地阻断该通道。然而，有超过70个其他电压门控钾通道与Kv1.5通道具有不同程度的相似性，而且任何与这些通道相关的作用都可能在动物或人体研究中产生不希望的副作用。以其中的hERG通道为例，Kv1.5通道与hERG通道密切相关，而阻断hERG通道将会增加尖端扭转型室性心动过速和心脏性猝死的风险，因此涉及该领域的任何化合物都需要测试其是否会对hERG通道产生影响，以确保化合物不会在临床试验中出现安全性风险。虽然hERG通道是一个证明药物选择性的重要性的一个极端例子，但应该清楚的是，未能实现靶点选择性将会成为后续药物研发的重大障碍。 类似地，目前有超过500种激酶，任何旨在靶向单一激酶或激酶家族的药物研发都可能产生因作用于其他激酶而带来的风险。为了降低这种风险，在激酶抑制剂开发时会测试化合物对整个激酶谱的作用与影响，以测试是否存在因脱靶而导致的风险。 一般而言，在对目的靶标有效的同时，如果化合物也对其他靶点有很强的作用，那么这类化合物的生物活性是混杂的、不专一的，一般不会再继续推进其后期的研究，因为后期的副作用或不可预测的风险会很大。 然而，靶点专一性要求的严格程度也会随着药物的不同而不同，主要是由脱靶副作用的性质(例如，如果脱靶会导致毛发的过度生长则可能可以接受，倘若会作用于hERG而导致心脏性猝死则绝对不行)、应用患者的数量、用药的时间(一些副作用仅在长期用药时出现)和其他方面的因素决定的。总而言之，靶点的选择性是需要考量的一个主要因素。 然而，活性强、靶点选择性好的化合物并不一定是优秀的候选药物，理化性质也是决定化合物是否适合进一步研究的重要因素。通常在新药开发的早期就会对候选化合物的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)进行体外筛选，以确保候选化合物在性质上满足类药性的要求(图1.19)。例如，为了使药物很好地作用于靶点，它必须能够溶解在体液中并达到起效的浓度，水溶性差的化合物通常难以被开发成药物。对化合物溶解性的要求与化合物本身的药效活性直接相关，如果化合物的活性强，那么对其溶解度的要求就相应降低，因为低浓度的化合物就已经可以发挥预期的治疗效果。溶解度也对药物的吸收有直接的影响，因为化合物必须首先溶解，才能被吸收并通过生物膜到达目标靶点。 图1.19　体外ADME 性质可用于评价化合物是否具有“类药”性质。这些类药性主要包括代谢稳定性、血浆稳定性、溶液稳定性、水溶性、生物测定溶解性、P 糖蛋白(P-gp)外排敏感性、CYP450 抑制活性、血脑屏障通透性和渗透性等。 化合物的渗透性(permeability)，即穿透细胞膜的能力也是决定其是否可以成为一个临床候选药物的决定性因素。如果化合物的生物活性很强、选择性高，且水溶性好，但不能通过生物膜，可能会导致化合物无法到达目标靶点，最终不能发挥期望的药效。口服有效的药物必须在胃肠道中被吸收，细胞内靶向的药物还必须透过细胞膜才能到达预期靶点。当然，如果靶点位于细胞外则不会面临这种问题。中枢神经系统(central nervous system，CNS)候选药物需要透过血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)，问题会更加复杂。此外，外排泵[如P糖蛋白(P-gp)]由于具有外排非内源性物质的功能，也会限制部分化合物的渗透性。化合物能不能穿透细胞膜是新药研发中的重要问题，可能阻碍对该候选化合物的进一步研究。 代谢和化学稳定性同样是需要考量的重要因素。如果一个候选药物满足所有前面提到的标准，但其进入体内会被立即代谢，也会导致不能发挥预期的疗效。候选化合物可允许的相对代谢速率取决于药物的用途，如果是开发新的抗菌药物，则需要化合物的代谢稳定性相对较高，以便其能在足够长的时间内持续杀灭入侵体内的细菌。但如果是开发新的外科手术麻醉剂，代谢稳定性则可能不是一个问题，因为临床希望药物的麻醉作用可以在手术后迅速消退。 在某种意义上，化学稳定性差的化合物作为药物也可能存在问题。为了保证化合物的稳定，可能需要特殊的包装系统，如冷藏储存或将光敏化合物存放在琥珀色瓶子中等。虽然这些问题并非不可克服，但一般而言，首选化学稳定性更好的化合物。 同样重要的是要考虑候选化合物是否会影响正常的代谢过程，是否有可能改变与候选化合物一起联用的药物的代谢。因此为了评估药物- 药物相互作用的风险，需要通过体外筛选方法(肝微粒体)来研究候选化合物是否会抑制肝脏中细胞色素P450(CYP450)代谢酶系，如CYP3A4、CYP2D6和CYP2C9等。即便一个化合物满足前面提及的所有要求，如果存在药物-药物相互作用的风险，仍然不能成为一个成功的候选药物。由于抑制正常代谢过程而撤出市场的特非那丁(Seldane)就是一个典型的例子。 通过各项体外测试并取得良好的结果应该说是候选药物研究的重要进展，但仍不代表一定会取得最终的成功。必须测试化合物的药代动力学(PK)特性来回答关乎候选药物体内筛选命运的疑问，例如，如果候选化合物采用口服给药方式，有多少比例的药物会进入血液循环(生物利用度)？候选化合物排出和代谢的速率有多快？该化合物是否能够达到所需的起效浓度，以在动物模型中发挥期望的疗效？化合物将在身体内自由分布，还是集中在某些特定的器官或组织中？以上及诸多类似题的答案将对候选化合物是否会在体内动物模型中发挥药效产生极大的影响。无论体外筛选的结果如何，药代动力学性质较差的化合物都不太可能成为最终的药物。 当然，具有合适PK性质的化合物必须在关键动物模型试验中表现出确切的疗效，以证明其可用于临床研究。药效研究的类型主要基于相应的生物学终点(疾病状态)，后面将介绍一些重要动物筛选模型的实例。但应该清楚的是，候选化合物发现的最终目标是找到满足所有上述体外标准的化合物，并在适当的动物模型中被证明功效，而且具有与所需给药方案一致的药代动力学性质。 安全性和副作用是另外需要重点关注的问题，目前有许多体外和体内筛选模型可用于评估化合物可能存在的相关风险。例如，体外hERG筛查、艾姆斯致突变性筛选、犬心血管安全性评估等。安全性研究的性质和范围虽不是本书的重点讨论内容，但始终是药物发现中的重要问题。临床候选药物的潜在副作用在某种程度上取决于预期的用途，例如，考虑到疾病的严重程度，用于治疗如癌症、艾滋病和肌萎缩侧索硬化等致死性疾病的药物的副作用可能会被给予更大的允许空间。另一方面，对于用于治疗慢性疾病或非危及生命病症(如骨关节炎、神经性疼痛等)的药物，必须仔细研究药物的毒副作用。对安全性的关注贯穿于新药发现与开发的各个方面，虽不可能保证进入临床开发的化合物都是安全的，但是在安全筛选中具有“危险信号”的化合物通常不会成为药物。 最后，发现可获得专利保护的化合物也是推动所有药物研发的关键。如前所述，药物发现和开发是一项耗资巨大的工程。通过专利保护实现市场排他性，这将为企业投资新药开发提供必要的经济收益。私营企业、科研机构基本不可能花费巨资将无法专利保护的化合物开发成药物，因为收回成本都希望渺茫，更不用说盈利。 新药研发犹如一个刺激的游戏，是一项艰巨的挑战。从事药物研发的科学家们宛若走在一个个危险的峭壁边缘，小心翼翼地保持着平衡，慢慢前行。平衡药效、选择性、溶解度、稳定性、药代动力学性质、安全性和新颖性的要求对于任何药物的成功研发都是至关重要的，并且如在上述领域中任一个环节跌倒，新药的发现都可能宣告失败。 参考文献 《Basic Principles of Drug Discovery and Development》, Benjamin E. Blass 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓