藥物篩選與優(yōu)化

藥物篩選與優(yōu)化1藥物篩選與優(yōu)化口服藥物的共性：Lipinski歸納的“類藥5規(guī)則”(RuleofFive)，概括了類藥的最低標準，即分子量在500以下；氫鍵的給體不超過5個；氫鍵的接受體不超過10個；計算的分配系數(shù)(正辛醇-水系統(tǒng))clogP值不超過5。上述原則只限于化合物經(jīng)被動擴散機理的吸收，90%的口服藥物違背上述規(guī)則不超過1項?；衔锏娜嵝圆灰诉^強。否則會存在許多種構(gòu)象(RB<=5)化合物不得含有重金屬和反應(yīng)活性基團。2天然活性物質(zhì)高通量篩選基于配體或底物的分子設(shè)計基于藥物的副作用基于代謝作用幸運Serendipity基于片段的藥物發(fā)現(xiàn)先導化合物發(fā)現(xiàn)31、天然活性物質(zhì)直接作藥物Reserpine：腎上腺素能神經(jīng)元阻斷性抗高血壓藥，提取于蘿芙木屬多種植物2、天然活性物質(zhì)作先導物，適當分子變換Paclitaxel:促進微管蛋白聚合，阻止其在有絲分裂的功能，治療卵巢癌、乳腺癌、惡性黑色素瘤。docetaxel:水溶性增加，活性〉紫杉醇，無交叉耐藥1.天然生物活性物質(zhì)作為先導物43、改造天然產(chǎn)物LDL-C:引起動脈粥狀樣硬化、心肌梗死桔青霉Penicilliumcitrinum提純得到LovastatinLovastatinKi=1nMKm=10mM5statinsAtorvastatin(Lipitor,bestsale)FluvastatinPitavastatin(Nisvastatin)6青蒿素青蒿素Artemisinin黃花蒿Artemisiaannula蒿甲醚Artemether(NovartisPCT)生物利用度較低復(fù)發(fā)率高7喜樹堿羥基喜樹堿Hydroxycamptothecin喜樹(中國）Camptothecaacuminata拓撲替康Topotecan（GSK2007）水溶性較差，毒性大作用于DNAtopoisomeraseI（化療藥物）治療SCLC，卵巢癌，結(jié)腸癌8南美洲古柯ErythroxylumcocaLam局麻藥可卡因Cocaine普魯卡因Procaine（1905）Lidocaine（1943Synthesis;1949onmarket)9動物毒素蛇毒Bungarotoxin，N2受體拮抗劑肌松藥蛇毒Batroxobin，溶血栓酶抗栓藥魚毒Tetrodotoxin，鈉通道阻斷劑心血管藥物蜂毒Apamin，鈣通道阻斷劑和鉀通道開放劑心血管藥物102、高通量篩選（HTS）多靶標對化合物庫的篩選（目前的主要篩選方法）立體篩選方法的靈敏性、微量化、自動化大容量多樣性化合物庫組合化學

Combinatorialchemistry同時制備含眾多分子的化合物庫以代數(shù)級數(shù)增加構(gòu)建塊的數(shù)目，庫容量則以幾何級數(shù)增加與高通量篩選（high-throughputscreening,HTS）技術(shù)結(jié)合，可極大地加快先導物發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化的速度平行合成和混分合成固相合成和液相合成小分子組合合成計算機輔助設(shè)計及虛擬庫合成Cons:Lowhitrate:0.001%LowdruggabilityHighfalsepositiverate11首創(chuàng)新藥的競爭壁壘：分子發(fā)現(xiàn)技術(shù)我國在HTS技術(shù)上與跨國巨頭藥企存在代差高通量篩選（HTS）適用于經(jīng)典的激酶等靶點分子文庫規(guī)模宏大跨國藥企長期積累篩選平臺高度自動化設(shè)施龐大投資高高度依賴藥物研發(fā)經(jīng)驗的分子確認12組合生物合成

Combinatorialbiosynthesis基本原理基因變異（混合、匹配、交換、突變等）基因克隆多種變異的酶系多種非天然的天然物質(zhì)13聚酮合酶催化合成紅霉素14巖白菜內(nèi)酯的生物催化組合庫15Impactofhigh-throughput

screeninginbiomedicalresearchMacarron,R.NATUREREVIEWSDRUGDISCOVERY10:188-195(2011)163、基于配體或底物的分子設(shè)計酶反應(yīng)過程：酶抑制劑酶結(jié)構(gòu)底物、過渡態(tài)、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)ACEI、COX-2、GABA-T、MAO抑制劑等抗代謝物：酶抑制劑，合成致死與受體作用過程：激動劑或拮抗劑受體結(jié)構(gòu)配體結(jié)構(gòu)腎上腺素能藥物、膽堿能藥物、甾體藥物等175-hydroxytryptamine(5-HT)：神經(jīng)遞質(zhì)，低水平--〉偏頭痛5-HTreceptorisomers:5-HT1,5-HT2,5-HT3Activity(5-HT1)=2(vs.5-HT)Activity(5-HT2)=1/25Sumatriptan（GSK，2009expired)：Activity(5-HT1)=?對5-HT2,5-HT3，多巴胺和腎上腺能受體無作用Structuralbasisformolecularrecognitionatserotoninreceptors.

(2013)Science340:610-614185-HT3受體阻斷劑MetoclopramideBlockdopamine&5-HT3止吐，胃動力藥CleboprideDopamineblocker胃動力不變5-HT3blocker>clebopride300folds無dopamine拮抗Setrons:治療腫瘤化療引起的惡心嘔吐granisetronpalonosetronOndansetron19血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（angiotensin-convertingenzyme,ACE)抑制劑Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-LeuAsp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-PheACE（angiotensinII:強效收縮血管）Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-ArgAngiotensinIBradykinin:血管舒張劑ACEArg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro20HypotheticalactivesiteofcarboxypeptidaseA21HypotheticalbindingofinhibitorstoACE22captoprilenalaprilEnalaprilat(enalapril的代謝活性組分）ACE小分子擬肽抑制劑ACE的功能羧肽酶A的作用模式肽類抑制劑的結(jié)合模式羧烷基脯氨酸卡托普利依那普利等CrystalStructureoftheHumanAngiotensin-ConvertingEnzyme-LisinoprilComplex(2003)Nature421:55123H2受體拮抗劑類抗?jié)兯?/p>

選定靶點－組胺H2受體(確立研發(fā)目標－抑制胃酸分泌藥物)

建立動物篩選模型－麻醉兔灌胃從H2受體天然激動劑－組胺入手，以其為先導結(jié)構(gòu)，保留咪唑環(huán)，改變側(cè)鏈，開始優(yōu)化242526IIb/IIIa糖蛋白受體拮抗劑血栓形成的關(guān)鍵步驟是纖維蛋白原與血小板IIb/IIIa受體結(jié)合。被IIb/IIIa受體識別和相互作用的主要區(qū)段是纖維蛋白原的三肽片斷Arg-Gly-Asp（RGD）。蛇毒或水蛭素中含有RGD的線形或環(huán)狀肽，是阻斷IIb/IIIa受體活化從而抑制血小板聚集的藥效團。含有或模擬RGD結(jié)構(gòu)的肽或擬肽可作為纖維蛋白原的拮抗劑，是創(chuàng)制抗血栓藥物的一個新途徑。RGDSibrofibanRoxifiban274、選擇性優(yōu)化副作用（SOSA）磺胺治療細菌感染時，發(fā)現(xiàn)利尿作用.Acetazolamide口服利尿Dichlorphenamidechlorthiazidehydrochlorthiazidecyclothiazide長效利尿藥bendroflumethiazide長效利尿藥28Sulfasomizole治療傷寒病，胰島素釋放急性和持久性低血糖sulfasomizoleCarbutamide,更強的降糖作用，治療糖尿病Iproniazid治療結(jié)核病，情緒提高抑制單胺氧化酶MAO靶標抑郁型精神病Isoniazid無抗抑郁iproniazidphenelzinetranylcypromineselegiline抗抑郁藥29Zaprinast抗過敏藥擴張血管、降血壓抑制PDE5：治療心絞痛cGMP：擴張血管，增加血流量sildenafilcGMP

NO

第二信使增強勃起功能(ED)模擬創(chuàng)新：30代謝活化活性代謝物作為先導物前藥設(shè)計代謝失活軟藥設(shè)計5、基于代謝作用31抗瘧藥環(huán)氯胍32保泰松的代謝活化336、幸運結(jié)構(gòu)解析錯誤34PenicillinChlordiazepoxide(Roche)cisplatincarboplatinoxaliplatinlobaplatinMoregoodluck:357.FBDD的理論框架：結(jié)合能的加和性36Jencks,PNAS1981;Farmeretal.,TrendPharmSci1982低分子量化合物更好匹配與靶點的互作37Hann,JChemInfComputSci2001FBDD的特色FBSandHTSarehighlycomplementary生物物理的方法檢測蛋白-苗頭化合物的結(jié)合Smallisbetter(efficientlysamplechemicalspace,higherhitrate,higherLigandEfficiency,lessfalsepositiveresults,novelPPItargets,intuitive)~10938~1060生化/細胞表型苗頭化合物到藥物的分子特性變化片段分子滿足類藥三原則：分子量≤300氫鍵給體數(shù)≤3氫鍵給體數(shù)≤3

clogP≤3額外：可旋轉(zhuǎn)鍵≤3極性表面積≤60

?2大部分口服藥物滿足類藥五原則39FragmentsScreeningmethods篩選方法分子庫初次篩選蛋白量優(yōu)勢/劣勢晶體衍射1K不適用>10mg

低命中率，低通量

廣泛用于后期優(yōu)化核磁共振1K適用>10mg

高命中率(2~8%,可藥性).假陽性結(jié)果較少ITC1–2K不適用~gSPR2–5K適用~mg

需要三周機時

和NMR結(jié)果交叉驗證HCS5–30K適用

不同靶點需開發(fā)不同的生物分析技術(shù)（難以外包）假陽性結(jié)果較多片段篩選的技術(shù)手段40FBDD廣泛適用于各類靶點41Johnson,JMC2016FragmentLibraryTargetX-ray/NMRStructuresbcaNMRCompetitiveBindingExperimentEvolutionValidationBiacoreHSQC*Hubbardetal(2007),CurrTopicsMedChem,7,1568BiacoreFragmentBasedLeadDiscovery4243Structure-guidedhit-to-leadevolutionVenetoclax2016年FDA批準BAShukeretal.,Science

1996FBDD的開創(chuàng)性成果FragmentsScreeningmethods苗頭化合物-先導化合物的優(yōu)化策略4423策略2:片段增長策略1:片段連接策略3:片段自組裝Clinicalcandidatesoffragment-derivedcompoundsErlanson,NatRevDrugDisc

2016456drugsapproved(Vemurafenib,Venetoclax,Erdafitini