基于片断的药物设计Fragment-based drug discovery郭宗儒2009-10-16From Leach AR, Hann MM, Burrows JN et al. Fragment screening: an introduction. Mol. BioSyst., 2006, 2: 429-446对靶标认识水平不同的药物分子设计苗头和先导物的发现途径 天然活性物质 基于结构的分子设计 随机筛选 虚拟筛选问题的出现 以靶标为核心的新药研发，切入点是用体外方法 评价活性活性。 苗头化合物(hit)多以活性强度为衡量标准。 hit- to-lead和先导物优化，大都加入或变换基团，以 增加与靶标结合的机会和强度。 一般“不敢”去除基团或片断，以免丢失参与结合 的原子或基团(即药效团)。 高通量筛选的化合物过于“成熟”，留给后续的结 构变换的余地小，导致投入-产出比低。 高通量筛选的不足发现苗头的概率很低。理论计算，含有30个C、N 、O、S原子的化合物有1060种，而高通量筛选的 化合物数即使以百万计(106)，筛选也只占很少部 分。 化合物分子量比较大，亲脂性强，优化成药的难 度大。组合化学库尤甚。 分子量1 mM，且只有R构型与酶结合， 晶体衍射表明，伯氨基与Asp189的羧基、Ser190的羰基以及Gly219 形成氢键，苯基与亚乙基与S1疏水强结合。美西律虽配体效率只有 0.32，但水溶性很好，且口服生物利用度F=90%，pKa=9.2，碱性不 象既有的uPA抑制剂过强，故是良好的起始物。 根据萘脒具有活性说明苯环的对位有空间，可引入酸性基团，去掉侧 链甲基以消除手性原子，将2,6-二甲基换成二氯，IC5040 M，在 晶体结构的引导下，酰苯胺的 IC50=5.2 M，IC50=720 nM，最后经 SAR设计化合物活性提高10倍，IC50=72 nM。对大鼠具有良好药代 动力学性质，半衰期t1/2=7.5 h，F =60% IC50 1 mM 40 M 5.2 M 720 nM LE 0.32 0.40 0.29 0.29 FQ 0.57 0.76 0.74 0.84IC50 =72 nM LE = 0.32FQ = 0.97片断连接：FKBP抑制剂 用核磁共振研究FKBP抑制剂，称作SAR by NMR。用15N 标记的FKBP筛选片断库的结合作用，观察和确定酰胺键的 15N- 和1H化学位移的变化。 筛选两种分子1和2有弱结合作用。连接成3为强抑制剂。 1 2 3 Kd 2 M 100 M 49 nM 非氢原子数 26 17 45 LE(kcal/mol) 0.30 0.32 0.22 FQ 0.79 0.64 1.06Shuker SB et al. Science, 1996, 274:1531 片断连接：他克林形成挛药 胆碱酯酶有两个结合位点：深部窄口处的催化 部位和暴露于水相的外部位点。 将适宜长度的碳链连接他克林，提高了活性。Ki=0.018M(小鼠) IC50=0.59M(大鼠脑脑) HA No=15 LE=0.57 FQ=0.98IC50=0.0004M(大鼠 脑脑) HA No=37 LE=0.35 FQ=1.25Pang YP, Quiram P, Jelacic T et al. Highly potent, selective, and low cost bis-tetrahydroaminacrine inhibitors of acetylcholinesterase. Steps toward novel drugs for treating Alzheimers disease. J. Biol. Chem. 1996, 271, 23646-23649.3Lewis WG, Green LG, Grynszpan, F et al.Click chemistry in situ: Acetylcholinesterase as a reaction vessel for the selective assembly of a femtomolar inhibitor from an array of building blocks. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 1053-10576Ki=1.1M(小鼠) HA No=31 LE=0.26 FQ=0.80Ki=0.018M(小鼠) HA No=15 LE=0.57 FQ=0.98Ki=0.00000041M(小鼠) HA No=48 LE=0.35 FQ=1.80 Sharpless等用环加成反应将两个不同的抑制剂片断 经连接基生成fmole级的高活性胆碱酯酶抑制剂片断连接：他克林与另一弱作用片断形成强抑制剂片断融合：自组装碳酸酐酶抑制剂两个片断独立结合于邻近的两个位点，化学活性 功能基自组装成亚胺，还原生成高活性抑制剂. Swayze EE; Jefferson EA, Sannes-Lowery KA et al.SAR by MS: A ligand based technique for drug lead discovery against structured RNA targets. J Med Chem. 2002, 45, 3816-3819.片断融合：用质谱方法研究U1061A RNA抑制剂 U1061A RNA是抗微生物感染的靶标。 质谱法可在高浓度下进行。 可给出结合信息：化学计量性，竞争结合性。 化合物1和2可同时结合于靶标，二者非竞争性结合，位点不同，相距邻近。 1和2融合一起，提高了活性。IC50 40 M 41 M 0.064M No HA 12 19 31 LE 0.32 0.50 0.31 FQ 0.48 1.02 0.97分子量分布系数药代 过膜性 生物利用度药代 半衰期 代谢稳定性药效 配体效率药效 配体亲脂效率分子体积杂原子数分子表面积氢键接受 体氢键给体可旋转性键极性表面积分子量和分布系数是优化物化性质、药效学、药代动力学的高度概括改编于Johnson et al. BMCL, 2009,19:5560请指正 谢谢