藥物設(shè)計(jì)的原理及方法

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1、 藥物設(shè)計(jì)的原理及方法 Contents拼合原理局部修飾生物電子等排藥物的潛伏化（前藥原理）軟藥 本章目的 在于介紹如何通過(guò)化學(xué)操作和生物學(xué)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)決定藥理作用的藥效團(tuán)、藥效片段或基本結(jié)構(gòu)，最終得到高效、低副作用、具有特異性并且易服用、化學(xué)穩(wěn)定、方便易得的目標(biāo)物。 第一節(jié) 藥物設(shè)計(jì)的基本原則清楚先導(dǎo)化合物的性質(zhì)明確優(yōu)化目的，確定優(yōu)化目標(biāo) 制定具體路線優(yōu)化前的準(zhǔn)備工作 2、優(yōu)化的準(zhǔn)則（1）準(zhǔn)確利用最小修飾原則 （2）靈活運(yùn)用與先導(dǎo)物相關(guān)的生物化學(xué)知識(shí) （3）結(jié)果參數(shù)的應(yīng)用與取代基的選擇 （4）從經(jīng)濟(jì)和快速角度考慮 另外，對(duì)于光學(xué)異構(gòu)體的藥物（包括外消旋體和單一對(duì)映體），一般只有在進(jìn)行了藥理、毒

2、理和臨床研究后才能決定那一種更好，Soudijin認(rèn)為如果分子中既不存在不對(duì)稱中心或不對(duì)稱面，又有類似親和力的藥物，將會(huì)大幅度地減少研究工作量，就是說(shuō)如果能夠去掉手性中心又保持活性將是最佳設(shè)計(jì)。實(shí)際上，非對(duì)稱性并不是活性絕對(duì)必需的 。 第二節(jié) 拼合原理v拼合原理的定義 所謂的拼合原理是將兩種藥物的藥效結(jié)構(gòu)單元拼合在一個(gè)分子中，或?qū)烧叩乃幮Щ鶊F(tuán)通過(guò)共價(jià)鍵兼容于一個(gè)分子中，使形成的藥物或兼具兩者的性質(zhì)，強(qiáng)化藥理作用，減少各自相應(yīng)的毒副作用，或是兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各自的藥理活性，協(xié)同完成治療作用。因?yàn)槎鄶?shù)情況下是將兩個(gè)藥物結(jié)合在一起，所以有時(shí)將其稱為孿藥（Twin Drug）。 拼合操作（1）連接

3、方式 D1 D2 D1 D1 D1D2 D2 D2Cn NCH3O O O OOH OOHO OH O HN CH3O O 鏈接基模式 無(wú)連接基模式 重疊模式類山梗酮堿（Lobelanine） 雙香豆素（Dicumarol） 醋氨沙羅(Acetaminosalol） （2）相同孿藥與雙效作用藥物 v 兩個(gè)相連接的分子可以相同（相同孿藥，D1=D2，Identical Twin Drug，如Lobelanine），也可以不相同（相相異孿藥，Nonidentical Twin Drug 或Dual-Acting Drug，又稱雙效作用藥物 。v 同生型有時(shí)又稱為分子重復(fù)（Molecular Rep

4、lication），即兩個(gè)或多個(gè)相同的分子或片段經(jīng)共價(jià)鍵結(jié)合形成的分子 。 v同生型的連接方式包括頭-頭（Head-Head）(如雙阿司匹林，Diaspirin)；尾-尾（Tail-Tail）(如鷹爪豆堿，Sparteine)；頭-尾（Head-Tail）(如3-8-雙-4,5,7-三羥基黃酮，Amentoflavone)等三種 tail head head tailHO O OHOO OO O tailhead headtail tail head headtailO O OH OO OH HOHO O OHO OH OHO OHO雙阿司匹林(Diaspirin) 鷹爪豆堿(Spartein

5、e) 3-8-雙-4,5,7-三羥基黃酮 頭對(duì)頭 尾對(duì)尾 (Amentoflavone) 頭尾相連對(duì)稱連接 不對(duì)稱連接 第一種策略將兩個(gè)不同的藥效結(jié)構(gòu)單元結(jié)合在一起形成第二種策略將具有兩種藥理作用的化合物作為先導(dǎo)化合物，再對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終得到本質(zhì)上的雙效藥物雙效作用藥物是利用共生型設(shè)計(jì)法（Symbiotic Approach）設(shè)計(jì)的，該法有兩種基本策略。 SCl S NH HN O NHOHO OH2N OO NCl N CH3O PAFH1 3、類型v利用拼合法可得到兩種化合物，其中一類一般在體外無(wú)生物活性，進(jìn)入體內(nèi)后，經(jīng)相關(guān)酶的酶促作用后分解成原來(lái)的兩種藥物，分別發(fā)揮相應(yīng)的藥理作用（

6、相當(dāng)于前藥），從而改善藥學(xué)和藥物動(dòng)力學(xué)性質(zhì)；第二種是在體內(nèi)不分解，以整個(gè)分子起作用，進(jìn)行多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)，即多靶點(diǎn)配體藥物（Multi-Target Ligand Drug）。其設(shè)計(jì)思路是通過(guò)綜合分析，設(shè)計(jì)出能夠選擇系地同時(shí)作用于同一種疾病的多個(gè)不同靶點(diǎn)的藥物。 v通過(guò)對(duì)疾病機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，疾病的產(chǎn)生可能與多個(gè)靶點(diǎn)（受體、酶等）有關(guān)，根據(jù)各個(gè)靶點(diǎn)和相應(yīng)的內(nèi)源性配基的空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，設(shè)計(jì)出可選擇性地作用于多個(gè)靶點(diǎn)，又具有藥理活性的先導(dǎo)化合物，這種基于結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制的藥物設(shè)計(jì)方法得到的化合物往往活性強(qiáng)，作用專一，副作用較少。v利用拼合原理還可以設(shè)計(jì)出能夠與兩個(gè)不同受體作用、或與一個(gè)受體的兩個(gè)不同結(jié)合位點(diǎn)

7、作用、或與兩個(gè)不同的酶作用以及于一個(gè)酶和一個(gè)受體同時(shí)作用等的多靶點(diǎn)配體藥物（有時(shí)稱為雙效藥物，Dual-Acting Drug）。 拼接原理的應(yīng)用實(shí)例v貝諾酯的設(shè)計(jì)實(shí)例阿司匹林和對(duì)乙酰氨基酚（撲熱息痛）的拼合。阿司匹林和對(duì)乙酰氨基酚（撲熱息痛）都是解熱止痛藥，阿司匹林分子中的羧基對(duì)胃黏膜有刺激性，長(zhǎng)期服用易引起潰瘍。由于酚羥基的作用，長(zhǎng)期服用對(duì)乙酰氨基酚，易導(dǎo)致腎臟毒性。將前者的羧基與后者的酚羥基作用成酯，口服對(duì)胃無(wú)刺激，在體內(nèi)經(jīng)酯酶分解后，又重新分解為原來(lái)的藥物，共同發(fā)揮解熱鎮(zhèn)痛作用，用藥劑量小，毒副作用大大降低。該物已用于臨床即貝諾酯( Benorilate)。1、早期的設(shè)計(jì)實(shí)例 NHH3

8、C O O CH3O O O撲熱息痛 阿司匹林貝諾酯（Benorilate） HN N SO ONH2 CH3CH3OO O O N SH3C CH3OO v舒它西林(Sultamicilin)的設(shè)計(jì) 氨芐西林(Ampicilin)是半合成-內(nèi)酰胺類廣譜抗生素。由于其耐酸可用于口服而廣泛用于臨床。但研究發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌等產(chǎn)生的青霉素酶或-內(nèi)酰胺堿，能催化氨芐西林的-內(nèi)酰胺環(huán)開裂而喪失抗菌活性。舒巴坦(青霉烷砜，Sulbatactam)是-內(nèi)酰胺酶抑制劑，對(duì)革蘭陽(yáng)性菌或陰性菌均有作用，將二者通過(guò)次甲基拼合成雙酯，由于舒巴坦分子中的砜基的氧原子與碳6原子上的-構(gòu)型的氫形成氫鍵，增加了-內(nèi)酰胺環(huán)

9、上羰基碳原子的正電性，與-酶的負(fù)電中心結(jié)合力提高，導(dǎo)致-內(nèi)酰胺酶失活，從而保證了氨芐西林抗菌活性的發(fā)揮。同時(shí)拼合產(chǎn)物的口服吸收好，生物利用度相對(duì)較高。 2、作用于受體的拼合藥物（1）相同分子的拼合 與單體相比，相同結(jié)構(gòu)單元拼合而成的藥物，可能會(huì)提高對(duì)受體的親和性和選擇性。 v鈣離子通道拮抗劑硝苯地平(Nifedipine，IC50 =0.2nmolL-1)的二聚體BDHP的活性比單體增加了近10倍。 NO2 NHH3C CH3OH3C OO O O2N HN CH3H3C O CH3O OOBDHP v(2)同時(shí)抑制兩個(gè)受體 雙效作用藥可作用于兩種不同的靶點(diǎn)，這些靶點(diǎn)可以是兩種不同的受體（同族

10、或不同族的變體亞型）、兩種不同的酶或者一種受體一種酶。兩種不同生理效用的聯(lián)合，目的是為了在治療過(guò)程中獲得協(xié)同作用。 v血栓素A2(TxA2)受體拮抗劑具有潛在的抗哮喘作用，組胺H1受體拮抗劑具有抗過(guò)敏作用。同時(shí)抑制兩個(gè)受體(TxA2受體K=0.7nmolL-1，H1受體K=20nmolL-1)可具有更好的抗哮喘作用(如KF 15766)。 HO NO2 HNOH CH3O NH N O O OH NO拉貝洛爾(Labetalol) -咔啉衍生物 KF 15766 3、作用于酶的拼合藥物v(1)相同分子的拼合 當(dāng)酶具有對(duì)稱的同型二聚體或四聚體時(shí)，其活性部位也具有高度的對(duì)稱性，此時(shí)，對(duì)稱性抑制劑可

11、以與酶的對(duì)稱性部位結(jié)合。v例如HIV逆轉(zhuǎn)錄酶(HIV RT)和蛋白酶(HIV PR)對(duì)于感染病毒微粒的產(chǎn)生和成熟是必需的，對(duì)二者進(jìn)行抑制可減少患者血液中的病毒數(shù)，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)測(cè)定得知HIV RT和HIV PR分別以異型和同型二聚體的形式存在。HIV PR的對(duì)稱特征被用來(lái)設(shè)計(jì)新的抗HIV藥物，主要有兩種類型被發(fā)現(xiàn)：擬對(duì)稱化合物如A74704和L700417及對(duì)稱性化合物如二醇類和環(huán)脲衍生物 。 O NH HNO OH3C CH3 ONH OO CH3H3CHO HO NH HNOO OHOHO OHOA74704 二醇衍生物 v(2)同時(shí)抑制兩個(gè)酶的拼合物 每一種酶都有相應(yīng)的亞系列，每種類型的酶又具

12、有多個(gè)同工酶，因此研究單一分子對(duì)不同的酶均具有抑制作用在理論上和治療上都有意義。然而只有在兩種不同的同工酶、同一酶系列中的兩種不同的酶以及抑制劑藥效基團(tuán)相似的兩種酶之間才可能通過(guò)拼合進(jìn)行抑制。v例如中性肽內(nèi)切酶(NEP)可使內(nèi)源性阿片肽、腦啡肽失活。如果同時(shí)對(duì)NEP和ACE進(jìn)行抑制，就有可能同時(shí)對(duì)充血性心功能不全和高血壓癥產(chǎn)生作用，化合物Benzazepinone就是一種有效的NEP/ACE雙效抑制劑。 (3)同時(shí)對(duì)受體和酶具有作用的拼合物 同時(shí)作用于一種受體和一種酶的化合物可能會(huì)產(chǎn)生有效的協(xié)同作用。如化合物Ferbogrel同時(shí)對(duì)于TxA2受體和TxA2合成酶具有抑制作用，既可抑制催化生成T

13、xA2的酶系，又對(duì)已經(jīng)生成的TxA2激活受體的作用加以阻斷，具有較好的抗哮喘作用。 Cl S HN OHOO O OHN O Cl S HNO O OHN O OHN ONHNHH3CH3C CH3 N CN Daltroban(TXA2 ) Isbogrel(TXA2 Samixogrel Ferbogrel 同時(shí)對(duì)TXA2受體和TXA2合成酶具有抑制作用的化合物的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 4、作用于核酸的拼合藥物vDNA是許多抗腫瘤藥物的作用靶點(diǎn)，一般通過(guò)共價(jià)結(jié)合和非鍵結(jié)合而產(chǎn)生作用。共價(jià)結(jié)合包括與親核（或親電）試劑作用，DNA的烷基化、DNA的鏈內(nèi)交聯(lián)、DNA的鏈間交聯(lián)等。非鍵結(jié)合包括外部靜電作用、嵌

14、插結(jié)合、溝區(qū)結(jié)合三種方式。 v如針對(duì)DNA 的小溝區(qū)的結(jié)構(gòu)，采用柔性或剛性連接的方式，將孿藥的兩部分連接起來(lái)，以發(fā)揮更大的效果 。 NHHN NHNHn NHHNNHH2N NH HN NH O O 柔性連接 剛性連接作用于DNA的吖啶類雙嵌插劑 5、其他 除上述以外，還有一些不是作用于某一靶點(diǎn)，但卻有一定藥理作用的拼合化合物，如洗必泰(Chlorohexidine)的毒副作用遠(yuǎn)小于單體，而雙喹啉類的哌喹(Piperaquine)對(duì)于抗氯喹性的瘧疾具有療效高和作用時(shí)間持久等優(yōu)點(diǎn)。 Cl NH NH NHNH NH ClHNHNHN NHNH洗必泰(Chlorohexidine) N Cl N

15、N N N N Cl 哌喹(Piperaquine) 利用拼合原理進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)時(shí)仍然存在一些問(wèn)題，主要包括以下幾點(diǎn)。v相對(duì)于單活性化合物而言，拼合設(shè)計(jì)困難很大，成功率較低。v藥物經(jīng)拼合后結(jié)構(gòu)改變，不再被受體所識(shí)別和結(jié)合，導(dǎo)致生成無(wú)活性的產(chǎn)物，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致完全相反的結(jié)果。v兩者的拼合有可能產(chǎn)生無(wú)法預(yù)知的毒副作用，導(dǎo)致研究的失敗。v拼合的兩部分的活性強(qiáng)度的匹配程度，特別是對(duì)兩個(gè)受體分別呈激動(dòng)或拮抗作用的拼合物難以在作用強(qiáng)度上達(dá)到真正的適配。二者在劑量上的適配性（如IC50的差別）以及藥物動(dòng)力學(xué)（如代謝速率、轉(zhuǎn)運(yùn)方式、生物利用度等）的要求難以達(dá)到完全地相等。 第三節(jié)局部修飾v局部修飾(local

16、Manipulation，或局部變換)是先導(dǎo)化合物結(jié)構(gòu)改造使用最多的方法之一。修飾的方法很多，包括與空間位置相關(guān)的分子的改變，具有空間障礙的大體積基團(tuán)的除去或改變、基團(tuán)位置或方向的改變等，與分子物理化學(xué)性質(zhì)相關(guān)的柔性剛性的互換、飽和碳原子數(shù)的改變、鏈狀化合物的閉環(huán)以及環(huán)的開裂，雙鍵或不對(duì)稱中心的引入，功能基的引入或去掉、分子的電荷分布或狀態(tài)的改變等。 一、同系物變換v同系物變換(Homolog Alteration)是藥物分子設(shè)計(jì)中應(yīng)用最早和最廣泛的方法，由于操作簡(jiǎn)便易行，已成為最常見的優(yōu)化方法。先導(dǎo)物中烷基鏈的延長(zhǎng)或縮短，得到相應(yīng)的同系物，烷基鏈的變化會(huì)影響化合物的疏水性和立體性（空間位阻和

17、構(gòu)象的改變），在雜原子或芳香環(huán)上引入烷基對(duì)生物活性的影響更大，這是由于氧鍵的形成、位阻的增加、電性的改變、構(gòu)象以及代謝方式的改變，使藥效學(xué)和藥物動(dòng)力學(xué)明顯改變。 v不同的先導(dǎo)物碳鏈的改變對(duì)活性的影響不同，無(wú)固定的規(guī)則?；旧峡梢苑譃橄率鰩追N不同的情況。v拋物線形增長(zhǎng)。隨著取代基碳鏈的增加活性增加，如神經(jīng)氨酸苷酶抑制劑的活性隨著取代基碳鏈的增長(zhǎng)活性增加，到一定程度后，活性反而下降，活性隨碳原子增加呈拋物線形。 OHOR NHH3COC NH2 OR H Me Et n-Pr n-BuIC 50/nmolL-1 6300 3700 2000 180 300R CH3CHMe2 CH(CH3)CH2

18、CH3 CH(Et)2 CH(Pr)2IC50/nmolL-1 200 10 1 16RIC50/nmolL -1 22 60 630神經(jīng)氨酸苷酶抑制劑的抑制作用 v飽和現(xiàn)象。有時(shí)隨著取代基碳鏈的增加，活性不規(guī)則的增加，在一定條件下達(dá)到“飽和”狀態(tài)，活性不再隨碳原子變化而變化。 v交替變化。有時(shí)取代基為奇數(shù)和偶數(shù)碳原子時(shí)對(duì)活性有交替的影響，如羥基苯乙酮衍生物對(duì)白三烯4的拮抗作用隨碳鏈的增加在n為奇數(shù)時(shí)活性增加，n為偶數(shù)時(shí)活性降低，喹啉衍生物的抗瘧作用也有類似的規(guī)律性。 OHH3C CH3O NH NNNCH3CH3 O n n 3 4 5 6 7碳原子為奇數(shù)（5、7、9）時(shí)活性高于碳原子為偶數(shù)

19、（6、8、10）時(shí)抑制率/% 28 17 56 13 49羥基苯乙酮衍生物對(duì)白三烯4的拮抗作用 v活性逆轉(zhuǎn)。有時(shí)低數(shù)碳鏈和高數(shù)碳鏈的作用模式正好相反（活性反轉(zhuǎn)），如腎上腺素衍生物，若N-烷基取代基為H或低碳烷基取代時(shí)具有升壓作用，而若為高碳數(shù)烷基取代時(shí)具有降壓作用，且隨碳數(shù)的增加活性增高 。 HOHO NH ROHR H CH3 C2H5 n-C3H7 CH(CH3)3 n-C4H9 CH2CH2(CH3)2 升壓+ + + - - - -降壓- - + + + + +腎上腺素N-烷基取代對(duì)血壓的影響 二、環(huán)結(jié)構(gòu)的改變v先導(dǎo)物含有環(huán)系時(shí)，可以用多種方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，常用的方法包括不影響原化

20、合物環(huán)體系部分整體復(fù)雜性的條件下的類似物轉(zhuǎn)換法(Analogical Approach)即鏈環(huán)之間的轉(zhuǎn)換，環(huán)的擴(kuò)大與縮小等環(huán)轉(zhuǎn)換修飾；對(duì)原化合物進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，最后確定產(chǎn)生生理活性所必需的最小結(jié)構(gòu)單元的分裂變換法(Disjunctive Approach)以及用形成或引入新環(huán)的方法、固定原化合物結(jié)構(gòu)的連續(xù)變換法(Conjunctive Approach)等。 1、開環(huán)法得到環(huán)狀化合物的類似物 v將環(huán)打開可得到相應(yīng)的開環(huán)衍生物，只有在兩種情況時(shí)可能保持活性：藥物在體內(nèi)代謝酶作用下氧化或脫水成環(huán)而顯效，開環(huán)物可看作原藥的前藥；開環(huán)物在體內(nèi)具有與環(huán)狀化合物類似的構(gòu)象（擬環(huán)狀化合物）。 v1942

21、年磺胺噻唑衍生物（異丙磺胺噻唑）在用于傷寒的治療中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致血糖的致命降低的副作用，以其為先導(dǎo)物用于糖尿病治療藥物的設(shè)計(jì)，后來(lái)對(duì)噻唑環(huán)進(jìn)行開環(huán)修飾（變?yōu)榱螂澹^之用氧化替硫得到氨磺丁脲(Carbutamide)及甲磺丁脲（Tolbutamide），并相繼研出12000多種磺酰脲衍生物，有20多種用于臨床。它們的作用是促進(jìn)胰腺的胰島素釋放機(jī)制，為臨床提供了一大類控制糖尿病安全有效的口服藥物。 H2N S NH SHN CH3CH3OO H2N S NHOO NH CH3O H3C S NHOO NH CH3O 異丙磺胺噻唑 氨磺丁脲(Carbutamide) 甲磺丁脲（Tolbutamide）

22、2、通過(guò)成環(huán)得到新的衍生物v開鏈結(jié)構(gòu)的環(huán)合或者在原化合物中引入新的環(huán)系也是一種重要的修飾方法，成環(huán)后減少并限制了分子的構(gòu)象，可用其推斷藥物的活性構(gòu)象，但是也可能帶來(lái)立體異構(gòu)現(xiàn)象，如從諾氟沙星(Norfloxacin)到氧氟沙星(Ofloxacin)，活性大大增加。 v由于分子的柔性，可能會(huì)產(chǎn)生多種藥理活性，成環(huán)后分子的多樣性減少，作用特異性增加，副作用相對(duì)減少。中樞神經(jīng)遞質(zhì)-氨基丁酸(GABA)是介導(dǎo)抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要內(nèi)源性物質(zhì)，分子中含有4個(gè)可旋轉(zhuǎn)的鍵，可產(chǎn)生多種構(gòu)象，對(duì)其進(jìn)行構(gòu)象限制，包括成環(huán)，同定了柔性分子的活性構(gòu)象，可得到強(qiáng)效GABA激動(dòng)劑(如THIP) HO NH2O HO NH

23、2O NHHO O NHONHOGABA trans-4-氨基巴豆酸 異去甲檳榔次堿（Isoguvacine） THIP v與同系物修飾不同的是，改變環(huán)結(jié)構(gòu)，如鏈環(huán)之間的轉(zhuǎn)換、環(huán)的擴(kuò)大或縮小、環(huán)體系的重新組合等，既可以考察藥物受體作用，也可能得到具有新的藥理作用的先導(dǎo)化合物。 三、不飽和基團(tuán)的引入v生物活性分子中引入多重鍵可改變分子的電性、立體化學(xué)性質(zhì)、分子構(gòu)型和構(gòu)象等，從而影響藥物的生物活性、代謝以及毒性。與相應(yīng)的飽和化合物相比，多重鍵具有拉電子效應(yīng)，有時(shí)鍵也可輸送電子，因而導(dǎo)致化合物的化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變。v引入多重鍵的具體做法是：在飽和鏈上引入雙鍵，形成插烯物(Vinylogues)。插烯法

24、則不但可以應(yīng)用于飽和化合物，也可用于不飽和體系和芳香體系，如插入乙炔基、亞氨基、苯基、芳雜環(huán)基等。 v實(shí)際上除了較為穩(wěn)定的GABA氨基轉(zhuǎn)氨酶抑制劑氨己烯酸(Vigabatrin)、奎寧(Quinine)、17-乙烯基睪丸酮（17- Vinyltestosterone）等以外，乙烯基在藥物化學(xué)中并不常用。 H2N OHCH2 O CH3N CH3CH2OH OH CH2O CH3 CH3氨己烯酸(Vigabatrin) 奎寧(Quinine) 17-乙烯基睪丸酮（17- Vinyltestosterone） v插烯物經(jīng)常被用到，如乙酰膽堿(Acetycholine，ACh)的插乙烯物可將煙堿樣作

25、用和毒蕈堿樣作用分開。 H3C O N CH3CH3CH3O O N CH3CH3CH3H3C O ACh ACh插烯物 v 利用環(huán)丙基代替乙烯基，除了可以避免乙烯基的不穩(wěn)定性，還可以固定立體構(gòu)象，因此也經(jīng)常被使用。v 不飽和基團(tuán)的插入雖然對(duì)電荷分布影響較小，但分子長(zhǎng)度和立體性質(zhì)發(fā)生改變，易發(fā)生代謝降解，有可能增加毒副作用，因此在引用時(shí)應(yīng)該特別注意。 四、具有空阻效應(yīng)基團(tuán)的引入v體積較大的基團(tuán)的引入會(huì)導(dǎo)致分子與酶或受體的相互作用受阻，造成生物活性的改變。如青霉素，頭孢類分子中引人大體積基團(tuán)，阻斷-內(nèi)酰胺酶對(duì)-內(nèi)酰胺環(huán)的進(jìn)攻而得到耐-內(nèi)酰胺酶、抗菌作用強(qiáng)的新抗生素。 v 向內(nèi)源性活性物質(zhì)分子中引

26、人大體積基團(tuán)，使分子和受體作用變化，甚至由激動(dòng)劑變?yōu)檗卓箘Ｈ缬卯惐〈?腎上腺素受體激動(dòng)劑去甲腎上腺素(Noradrenalin)的N上的氫原子，得到的異丙腎上腺素為-腎上腺素受體激動(dòng)劑，再將其3,4-二羥基苯基團(tuán)用萘環(huán)取代并稍加修改后得到的普萘洛爾為-腎上腺拮抗劑 。 HOHO NH2OH HOHO HNOH CH3CH3 O NH CH3CH3OH去甲腎上腺素(Noradrenalin) -受體激動(dòng)劑 異丙腎上腺素-受體激動(dòng)劑 普萘洛爾- 拮抗劑H 3C O N CH3CH3CH3O O O N CH3CH3CH3H3CH3CO Br乙酰膽堿 普魯本辛大基團(tuán)引入到內(nèi)源性活性物質(zhì)，是激動(dòng)

27、劑變?yōu)檗卓箘?五、基團(tuán)電性的改變v當(dāng)分子上的取代基發(fā)生改變時(shí)，常常伴隨著電荷在分子內(nèi)的再分配，基團(tuán)產(chǎn)生的作用主要是誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductive Effect)和共軛效應(yīng)(Conjugative Effect)，無(wú)論哪種情況，都將引起分子整體電性的改變，并導(dǎo)致分子物理化學(xué)性質(zhì)的變化，從而影響化合物的生物活性。 表4-2 可作為電子接受體和電子供體的取代基團(tuán)電子接受體電子供體-NH2、-NR2、-NO2、CN、COOH、COOR、CHO、COR、F、Cl、Br、OH、OR、SH、SR、CH=CH 2、CR=CR2、炔基-CH3、CH2R、CHR2、CR3、COO- v將可產(chǎn)生共軛效應(yīng)的基團(tuán)(表4-

28、3)引入到分子中也能夠引起電子云密度的再分配，從而影響化合物的生物活性。值得注意的是有時(shí)同一基團(tuán)既具有誘導(dǎo)效應(yīng)，也存在共軛效應(yīng)，二者的作用可能是協(xié)同作用，也可能正好相反。 表4-3 具有共軛效應(yīng)的取代基團(tuán)增加共軛體系電子云密度的基團(tuán)降低共軛體系電子云密度的基團(tuán)同時(shí)具有正誘導(dǎo)效應(yīng)的包括：-O-、-S-、-CH3-、-CR3同時(shí)具有負(fù)誘導(dǎo)效應(yīng)的包括：-F、Cl、Br、I、-OH、-OR、-OCOR、-SH、-SR、-NH 2、-NR2、-NHCOR同時(shí)具有負(fù)誘導(dǎo)效應(yīng)的包括：-NO2、CN、CHO、COR、COOH、COOR、-CONH2、SO2R、CF3 第四節(jié)生物電子等排原理v1、電子等排體的基

29、本概念 凡是具有相似的物理和化學(xué)特征，并能產(chǎn)生廣泛相似生物活性的基團(tuán)或分子均可稱為“生物等電子體”(Thorber定義)。生物電子等排不單單是具有相同總數(shù)的外層電子，還在分子大小、形狀（鍵角、雜化度）、構(gòu)象、電子分布（極化度，誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)、電荷、偶極矩等）、脂水分配系數(shù)、pK、化學(xué)反應(yīng)性（代謝相似性）、氫鍵形成能力等方面存在相似性。生物電子等排不要求全部參數(shù)都相似，僅要求某些重要參數(shù)相近，并與生物活性存在相關(guān)性即可。一、生物電子等排的基礎(chǔ) v(1)結(jié)構(gòu)參數(shù) 如果只對(duì)母體藥物分子的一部分進(jìn)行生物等排性變換，而其他官能團(tuán)仍保持特定的幾何構(gòu)型時(shí)，結(jié)構(gòu)參數(shù)所起的作用將是最重要的。 2、生物電子等

30、排性修飾結(jié)果的分析 v如三環(huán)系精神病藥物中抗抑郁藥(Antidepressant)如丙米嗪(Imipramine)和馬普替林(Maprotiline)的兩個(gè)苯環(huán)形成的二面角在5565之間，如其中二苯并氮雜卓類(Dibenzazepine)為65，而二苯并環(huán)庚二烯類(Dibenzocycloheptadiene)為55；精神抑制劑(Neuroieptics)的二面角為25左右，包括酚噻嗪類（Phenothiazines，如氯丙嗪，Chlorpromazine）和噻噸類(Thioxanthenes，如氯普噻噸，Chlorprothixene) N N CH3CH 3 N CH3CH3 NS N C

31、H3CH 3 Cl S N CH3CH 3 Cl 丙米嗪(Imipramine) 馬普替林(Maprotiline) 氯丙嗪(Chlorpromazine） 氯普噻噸(Chlorprothixene)抗抑郁劑兩個(gè)苯環(huán)的二面角在5565（前兩個(gè)化合物），而精神抑制劑的二面角為25（后兩個(gè)） v（2）電子參數(shù) 電子參數(shù)決定配體受體或者配體與酶之間相互作用的性質(zhì)與質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)包括誘導(dǎo)效應(yīng)或中介效應(yīng)、共軛效應(yīng)、極化度、pKa、氫鍵的形成能力等。v（3）溶解性參數(shù) 當(dāng)參與生物等排性變換的基團(tuán)對(duì)于活性分子的吸收、分布或排泄等發(fā)揮作用時(shí)，親水性-親脂性參數(shù)就變得非常重要，如活性分子中的-CF3被-CN取代

32、，雖然二者的電性相同，但是含-CN的分子具有明顯的親水性。 3、生物電子等排的類型v(1)按生物電子等排定義分類 v經(jīng)典生物電子等排體?；鶊F(tuán)的形狀、大小、外層電子構(gòu)型大致相同，組成基團(tuán)的原子數(shù)、價(jià)鍵、不飽和程度以及芳香性等方面極其相似。v非經(jīng)典生物電子等排體?；鶊F(tuán)的原子數(shù)可以不同，也不一定遵循經(jīng)典的生物電子等排體的主體和典型的規(guī)則，形狀和大小變化亦較大，但是保留了原基團(tuán)pKa、值靜電勢(shì)能、最高占據(jù)分子軌道(HOMO)和最低空軌道(LUMO)等性能，因而仍顯示相應(yīng)的生物活性。 v(2)按電性和立體結(jié)構(gòu)分類 按照分子的電性和立體結(jié)構(gòu)的相似性，可將生物電子等排體分為等疏水性等排體、等電性等排體、等立

33、體性等排體、等構(gòu)象性電子等排體等。 生物電子等排體的分類類型性質(zhì)等疏水性等排體等電性等排體等立體性等排體等電性-疏水性-等立體性等構(gòu)象性電子等排體具有相近脂水分配系數(shù)（p的生物電子等排悻具有相近電性效應(yīng)參數(shù)者具有相近立體效應(yīng)參數(shù)者具有諸種性質(zhì)相似者構(gòu)象與生物活性之間存在重 要相關(guān)關(guān)系，具有相近構(gòu)象的電于等排體或基本結(jié)構(gòu) (3)按照化學(xué)基團(tuán)分類 二、“Me-Too”藥物v藥物既然作用于酶或受體，則結(jié)構(gòu)類似的藥物尤其帶有相仿藥效構(gòu)象的化合物，理論上可與同一酶或受體作用，而產(chǎn)生類似的藥效?；谶@一點(diǎn)，每一個(gè)新穎結(jié)構(gòu)藥物問(wèn)世以后，其他人便將其結(jié)構(gòu)作局部改變，探索類似作用藥物，這是一種既省錢省時(shí)，又不受

34、專利權(quán)限制的快速跟進(jìn)( Fast-Follower)策略，已成為開發(fā)新藥的好途徑之一。 v為區(qū)別于完全照抄別人化學(xué)結(jié)構(gòu)的“仿制”，故稱為“模仿”即“Me Too”藥物。v “Me Too”的做法也是一種二次開發(fā)，每當(dāng)國(guó)際上出現(xiàn)一個(gè)突破性新類型藥物，必然帶來(lái)一種新的化學(xué)結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制和篩選模型，在仿制這類新藥的同時(shí)，對(duì)原形化學(xué)結(jié)構(gòu)在專利保護(hù)范圍以外加以改造，合成類似化合物進(jìn)行篩選，以得到療效更好、毒副作用更小的新藥，這就是“Me-Too”一個(gè)投資少、見效快的研究方案。 第五節(jié) 前藥原理 1、前藥的定義 所謂前藥是一類體外活性較小或無(wú)活性，在體內(nèi)經(jīng)酶或非酶作用，釋放出生物活性物質(zhì)而發(fā)揮藥理作用的化

35、合物。 前藥的定義包含了偶然發(fā)現(xiàn)的前藥（如磺胺類的前藥等）、活性代謝物（阿米嗪等）和為改進(jìn)活性化合物藥物動(dòng)力學(xué)特征而特別設(shè)計(jì)的化合物。 2、生物前體與載體前藥 前藥既包括過(guò)去偶然發(fā)現(xiàn)的前藥，如偶氮染料百浪多息經(jīng)體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化為磺胺，又包括將本來(lái)具有生物活性的分子經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾而成的前藥。二者起始分子的特征不同，為區(qū)別起見，有人將未經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾的原始分子經(jīng)過(guò)生物轉(zhuǎn)化后才顯示藥理作用的化合物稱為生物前體( Bioprecursor)；將本來(lái)具有生物活性的分子，經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾而成的連有載體基團(tuán)的前藥稱為載體前藥（Carrier-Lanked Prodrug，Prodrug）。 前藥與生物前體的區(qū)別特點(diǎn)前藥生物前

36、體 組成原藥+基團(tuán)、片段或載體原藥結(jié)構(gòu)改變，無(wú)載體基團(tuán) 親脂性變化較大變化較小活化反應(yīng)水解氧化、還原或其他反應(yīng)催化作用化學(xué)作用或酶解只有酶催化 3、前藥設(shè)計(jì)的目的 v前藥設(shè)計(jì)的目的是改善藥物在體內(nèi)的吸收、分布、轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝等藥物動(dòng)力學(xué)過(guò)程，提高生物利用度，提高藥物對(duì)靶部位作用的選擇性，降低毒副作用，改善藥物的不良?xì)馕兜取?前體藥物的應(yīng)用范圍 4、前藥的作用模式 前藥作用原理示意圖 5、前藥藥物的釋放方法 D T Cn C1 C2 鏈接基 D T D T D T CnD T CnD T D C . Cn鏈接基D C鏈接基前藥的活化過(guò)程 v(1)被動(dòng)水解釋放v(2)利用載體的分子內(nèi)反應(yīng)釋放前藥v(3

37、)酶促釋放 6、前藥設(shè)計(jì)的原則v 在原藥最適宜功能基處鍵合載體分子，原藥與暫時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)基團(tuán)以共價(jià)鍵連接形成前藥，后者可在體內(nèi)斷裂又形成原藥；v 前藥應(yīng)當(dāng)容易合成和純化，最好是一步反應(yīng)，載體易得價(jià)廉；v 前藥應(yīng)無(wú)活性或活性較低，同時(shí)前藥及暫時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)基團(tuán)應(yīng)無(wú)毒性；v 應(yīng)明確前藥在體內(nèi)的活化機(jī)理；v 在體內(nèi)前藥轉(zhuǎn)化為原藥的速度需是快速動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以保障原藥在作用部位有足夠的藥物濃度，并盡可能降低原藥的直接代謝。 7、前藥的制備方法v在具體設(shè)計(jì)時(shí)，若原藥的連接基團(tuán)為羧酸、醇或酚時(shí)，最好形成酯；原藥的功能基為胺時(shí)可形成酰胺、亞胺、磷酰胺或Mannich堿；為醛、酮時(shí)以形成半縮醛或者縮醛、半縮酮或者輔酮為佳；也

38、可在分子中引人偶氮基、糖酐基、肽鍵或醚鍵。 功能基及其連接基團(tuán)功能基載體產(chǎn)物例證R-OH -COR ROCOR地匹福林-CONHR ROCONHRR-COOH R RCOOR阿西米辛R-NH2 COR RCOOR伊諾他賓RRNH R RRN-R呋氟尿嘧啶 (1)酯類前藥（以酯鍵連接母藥與載體） 一些含有羥基（醇或酚）、羧基、氨基的藥物，體外活性較好但體內(nèi)動(dòng)力學(xué)特性較差，可以通過(guò)成酯的方法做成前藥，以提高藥物的膜通透性，促進(jìn)藥物吸收。 (2)酰胺類前藥 羧酸基藥物和胺作用得酰胺前藥，胺類和磺胺類也可通過(guò)生成酰胺達(dá)到生成前藥的目的 (3)胺類前藥 氮雜環(huán)類藥物和鹵代烴作用可制得胺和季銨類前藥 (4

39、)縮酮及亞胺類前藥 含羰基的母體藥物可以通過(guò)生成縮酮或者肟的方法生成前藥。(5)雙前藥 經(jīng)典的前藥有時(shí)是無(wú)效的，Cain提出了多級(jí)潛伏概念(Cascade Latentiation)，即設(shè)計(jì)雙前藥（Doube Prodrug或Pro-Prodrug），即將在特異性部位裂解的前藥，進(jìn)一步潛伏化，改善其轉(zhuǎn)運(yùn)性能，制成在體內(nèi)具有良好轉(zhuǎn)運(yùn)性能，能有效地到達(dá)作用靶點(diǎn)的藥物，即前藥的前藥，活性化合物要經(jīng)過(guò)兩步以上的反應(yīng)才能從前體藥物中釋放出來(lái)的藥物。 雙前藥 酶解靶位 前藥 酶解或非酶解特異性部位 母體藥物 8、前藥原理的應(yīng)用 改善藥物在體內(nèi)的動(dòng)力學(xué)特性，提高藥物的生物利用度 。 (1)改善藥物性質(zhì)，促進(jìn)

40、藥物膜通透性 改善溶解性。 改善藥物的膜通透性 (2)提高藥物穩(wěn)定性，克服首過(guò)效應(yīng)口服給藥的藥物經(jīng)過(guò)肝臟時(shí)，受多種酶的進(jìn)攻，使藥物分子發(fā)生變化，降低有效血藥濃度，影響藥效。(3)延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間 對(duì)于易被機(jī)體迅速清除的藥物，需要經(jīng)常給予常規(guī)劑量，以維持適當(dāng)?shù)难帩舛?，而頻繁給藥會(huì)導(dǎo)致明顯的峰谷現(xiàn)象，持續(xù)釋放藥物就可避免這種現(xiàn)象。 降低藥物的毒副作用(1)利用藥物對(duì)酶作用的差異(2)利用腫瘤細(xì)胞的特性腫瘤組織細(xì)胞代謝旺盛，糖酵解代謝使大量的乳酸產(chǎn)生，使其pH比正常細(xì)胞相對(duì)較低。特定部位的藥物輸送 一個(gè)理想的藥物進(jìn)入機(jī)體后，應(yīng)選擇性地轉(zhuǎn)運(yùn)和濃集于作用靶點(diǎn)部位，而不在或較少在其他組織和器官中分布和儲(chǔ)

41、存。提高藥物作用的特異性分布是增加藥效，降低毒副作用的重要方法之一。 改善藥物質(zhì)量，提高患者的可接受度 (1)消除不適宜的氣味等 。(2)改變給藥方式 靶向藥物設(shè)計(jì) 靶向藥物（又叫靶向給藥系統(tǒng)，Targeted Drug Delivery System，TDDS）設(shè)計(jì)是通過(guò)優(yōu)化藥物傳輸過(guò)程，使藥物按照預(yù)定目標(biāo)到達(dá)某特定器官、組織或目標(biāo)，增加藥物在靶或作用部位的生物利用度，同時(shí)減少在其他部位的作用，以減少毒副作用，提高治療效果的一種設(shè)計(jì)方法。 理論基礎(chǔ) v 受體與配基的結(jié)合具有高度的結(jié)構(gòu)專一性，受體的結(jié)合部位能夠?qū)Ｒ恍缘淖R(shí)別相應(yīng)配基并與之結(jié)合，這種局部結(jié)構(gòu)的專一性匹配是受體介導(dǎo)靶向藥物的理論基礎(chǔ)

42、。v 利用對(duì)某些組織細(xì)胞具有特殊親和力的分子作載體，與藥物偶聯(lián)后得到的靶向藥物能夠?qū)⑺幬锒ㄏ蜉斔偷阶饔玫陌衅鞴俨课?，靶向藥物可以認(rèn)為是前體藥物的一種特殊形式。 靶向藥物設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 載體選擇。a. 選用的載體最好對(duì)靶細(xì)胞具有特殊的親和性和專一性；b. 有能與藥物進(jìn)行共價(jià)結(jié)合的合適的功能基；c. 要有生物相容性，無(wú)毒性、無(wú)免疫原性；d. 要具有生物降解能力和可利用性。藥物-載體偶聯(lián)物本身無(wú)藥理作用，無(wú)毒性及抗原性。偶聯(lián)物藥物與載體間的化學(xué)鍵在血漿和細(xì)胞外液穩(wěn)定、在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中藥物不被釋放但必須對(duì)靶器官酶系統(tǒng)或pH等敏感，在靶細(xì)胞附近裂解，釋放出藥物。偶聯(lián)物應(yīng)能通過(guò)給藥部位與靶細(xì)胞間的所有生物屏障，

43、并能被靶細(xì)胞上的膜受體所識(shí)別、結(jié)合、內(nèi)吞并進(jìn)入溶酶體。 靶向藥物的類型 v按其作用的方式不同可以分為被動(dòng)靶向藥物如載體介導(dǎo)藥物，主動(dòng)靶向藥物如受體介導(dǎo)前藥、抗體復(fù)合物、抗體導(dǎo)向酶催化前藥，基因?qū)蛎复呋八?、化學(xué)傳遞系統(tǒng)導(dǎo)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的前藥等 。 v常用的載體系統(tǒng)包括細(xì)胞、微球（Microsphere，MS）和毫微球（Nanosphere）、脂質(zhì)體（Liposome，LS）、納米粒(NP)或納米囊(NC)、蛋白質(zhì)、抗體（Antibody）、激素、 天然的或者合成的多聚體等。 抗體導(dǎo)向作用 在細(xì)胞表面存在一些在正常組織中沒有表達(dá)的高度特異性的抗原決定簇，這些抗原的抗體可以特異性趨向抗原分布，并

44、與抗原特異性結(jié)合，因此既可以直接作為藥物也可以與藥物等形成相應(yīng)的偶聯(lián)物（抗體偶聯(lián)物）。 v抗體可以直接與藥物的功能基團(tuán)或者與經(jīng)過(guò)修飾的功能基團(tuán)（表4-18）結(jié)合，生成抗體-藥物偶聯(lián)物。利用抗體特異性趨向于抗原的特性，將藥物高濃度地輸送到腫瘤表面，在腫瘤局部形成可以將殺滅腫瘤細(xì)胞所需要的藥物濃度，抗體的腫瘤細(xì)胞與抗原結(jié)合后，進(jìn)一步提供化學(xué)或酶催化水解出藥物原形而發(fā)揮作用。 表 4-18 藥物分子中與抗體結(jié)合的功能基功能基新功能基團(tuán)功能基新功能基團(tuán) -OH -OCOCH2CH2COOH -NH2馬來(lái)酰亞胺 -COOR -CONHNH2 -NH2 -COCH2I -COOH活性酯 -NH 2 -NH

45、COCH2CH2COOH -CH(OH)CH(OH)-醛 -COCH3 -COCH2Br -CH(OH)CH(NH2)-醛 抗體與藥物主要以兩種方式連接：第一種連接方式為不可逆連接，即藥物和抗體之間以酰胺鍵直接相連，每個(gè)抗體上可連接48個(gè)藥物分子，但是結(jié)合物活性較差，在體外與腫瘤細(xì)胞親和力低，體內(nèi)藥物動(dòng)力學(xué)活性不理想。另外一種連接方式為可逆連接，抗體通過(guò)可斷裂連接鏈與藥物連接，可斷裂連接鏈包括可以在體內(nèi)被酰胺酶水解的小分子多肽、對(duì)酸不穩(wěn)定的小分子鏈如順烏頭酸（cis-Axoniteic）、腙等。 抗體導(dǎo)向酶催化前藥v抗體導(dǎo)向酶催化前藥治療(Antibody-Directed Enzyme Pr

46、odrug Therapy, ADEPT)最早由Connors提出的，是一種包括了單克隆抗體、酶催化和前藥的癌活性治療方法。 v定義 ADEPT是利用抗體對(duì)癌細(xì)胞表面抗原的高度識(shí)別能力和結(jié)合能力，將抗腫瘤藥物向腫瘤組織作選擇性輸送的一種分子設(shè)計(jì)技術(shù)。 (2)作用過(guò)程 ADEPT分為兩步：注射單克隆抗體一酶偶聯(lián)物，單抗對(duì)腫瘤表面抗原的特異性分子識(shí)別和結(jié)合，將酶定向濃集或帶到腫瘤表面；給以含酶底物結(jié)構(gòu)的前藥，前藥在體內(nèi)被酶特異性識(shí)別，在腫瘤細(xì)胞表面對(duì)前藥發(fā)生特異的催化作用，釋放出的原藥濃集于癌組織處，殺傷癌細(xì)胞 。該法利用了抗原一抗體、酶一底物的雙重特異性，提高了治療指數(shù)。 (3) ADEPT的設(shè)

47、計(jì)原則v 單克隆抗體的選擇。選擇的抗體應(yīng)對(duì)腫瘤細(xì)胞具有高識(shí)別和高結(jié)合能力，以保障高選擇性。為便于體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和有利于進(jìn)入到腫瘤細(xì)胞內(nèi)部，宜采用分子量較小的蛋白質(zhì)。酶的選擇。所選的酶應(yīng)具有專一性，最好是在體內(nèi)較少并能專一性地催化母體藥物與載體間鍵的裂解?？贵w一酶的偶聯(lián)。抗體與酶可通過(guò)共價(jià)鍵或蛋白融合技術(shù)偶聯(lián)，形成的偶聯(lián)物應(yīng)化學(xué)穩(wěn)定，并保持雙方的活性。 (3) ADEPT的設(shè)計(jì)原則 前藥設(shè)計(jì)。藥物分子與酶的底物之間以共價(jià)鍵相連，生成物具有前藥的一般性質(zhì)，在生理?xiàng)l件下穩(wěn)定，在靶位置，原藥與載體之間的鍵或連接的功能基能夠被酶分子識(shí)別和代謝，釋放出原藥。活性評(píng)價(jià)。進(jìn)行細(xì)胞毒性測(cè)定、酶促前藥釋放動(dòng)力學(xué)研究。在

48、鼠移植模型上，先行給予合適共聚物后，再測(cè)定前藥的抗腫瘤活性。 （4）一些用于ADEPT的特定的酶 v用于ADEPT的酶很多，主要包括羧肽酶G2（Carboxypeptidase G2，CPG2)、堿性磷酸酶、-葡萄糖醛酸苷酶、-內(nèi)酰胺酶(-Lactanmase)等 。 相關(guān)酶與前藥的例證酶及來(lái)源催化作用前體藥物羧肽酶G2（CPG2）催化葉酸衍生物羧基末端L-谷氨酸脫除-氯乙基胺類；單甲磺酸酯類羧肽酶A、羧肽酶B（CPA、CPB）CPA水解C末端為苯丙氨酸、酪氨酸、丙氨酸的多肽；CPB催化水解C末端為精氨酸、賴氨酸殘基的多肽甲氨蝶呤（MTX）的丙氨酸太衍生物氨肽酶B N-末端為氨基酸、焦谷氨酸的

49、多肽MTX的2-位氨基酸酰化衍生物-葡萄糖苷酶催化苦杏仁分解為苯甲醛、氰化 鉀苦杏仁苷與藥物制成的前藥-內(nèi)酰胺酶對(duì)-內(nèi)酰胺類抗生素有特殊選擇性藥物與-內(nèi)酰胺抗生素結(jié)合再連接到抗體，藥物類型廣泛青霉素酰胺酶水解青霉素類藥物側(cè)鏈的酰胺鍵以及含苯乙酰胺基的非青霉素類 基因?qū)蛎复呋八?v (1)作用原理 基因?qū)蛎复呋八?Gene-Directed Enzyme Prodrug Theapy，GDEPT)是以腫瘤細(xì)胞為靶點(diǎn)，旨在增加腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性的一種新的基因治療方法。主要是利用腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞之間基因表達(dá)的差異，將載有某種酶的基因定向轉(zhuǎn)入到腫瘤細(xì)胞中，使其僅僅在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)，生成的

50、酶可催化特定的前藥，將它轉(zhuǎn)化為原藥而發(fā)揮抗腫瘤作用。導(dǎo)入的這種編碼酶基因被稱為自殺基因(Suicide Gene)。基本原理是設(shè)計(jì)自消性前藥（與原藥相結(jié)合的載體前藥），被酶裂解后，產(chǎn)生不穩(wěn)定的中間體，自動(dòng)通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)生成原藥而發(fā)揮作用。 v優(yōu)點(diǎn)：活化部位與酶切部位分開，增加了原藥的多樣性，前藥可在癌細(xì)胞表面被代謝活化。 GDEPT與ADEPT的異同GDEPT ADEPT相同點(diǎn)通過(guò)非內(nèi)源性的酶活化前藥而發(fā)揮抗腫瘤作用不同點(diǎn)酶在細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)生酶被抗體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外前藥必須能夠進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)才能被酶水解前藥通常帶有電荷，以減少進(jìn)入細(xì)胞的可能性，在細(xì)胞表面被酶解生成原藥后進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用 (2) GDEP

51、T常用的載體及酶 v載體(Vector)是運(yùn)載或攜帶治療性遺傳物質(zhì)的工具，負(fù)責(zé)將酶編碼基因有效地、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移至靶細(xì)胞。GDEPT常用的載體包括逆轉(zhuǎn)錄病毒( Retroviruses，RV)、腺病毒(Adenovlruses，AV)、單純皰疹病毒（HSV）以及脂質(zhì)體等。 GDEPT常用的酶及相應(yīng)的前藥酶前 藥藥 物硝基還原酶CB1945羥胺類烷化劑羧肽酶甲氨蝶呤-丙氨酸甲氨蝶呤青霉素酰胺酶多柔比星-苯氧乙酰胺多柔比星細(xì)胞色素P 450環(huán)磷酰胺-內(nèi)酰胺酶長(zhǎng)春堿-頭孢菌素4-脫乙?；L(zhǎng)春堿-3-酰肼堿性磷酸酶絲裂霉素磷酸酯絲裂霉素 第六節(jié) 遞代謝原理應(yīng)用軟藥設(shè)計(jì)一、基本原理 1治療指數(shù)與藥物的評(píng)價(jià)v

52、 對(duì)藥物的評(píng)價(jià)，應(yīng)該從其藥效和毒性兩方面考慮，有人提出利用半數(shù)致死量和半數(shù)有效量的比值來(lái)考慮二者的關(guān)系，這個(gè)比值就是所謂的治療指數(shù)( Therapeutic Index，TI)。 式中，LD50為半數(shù)致死量，ED50為半數(shù)有效量。從式中可以看出，半數(shù)致死量越大，即毒性越小，或者半數(shù)有效量越小，治療揩數(shù)就越大。一個(gè)藥物的TI值越大，表明該藥物越安全，越有效。 TI= 5050LDLD 藥物在體內(nèi)的代謝途徑 2軟藥的提出v20世紀(jì)70年代末期，有人提出了為避免有害代謝物的產(chǎn)生而設(shè)計(jì)出不受任何酶攻擊的有效藥物，這類藥物稱之為硬藥(Hard Drug)。硬藥主要通過(guò)腎臟排泄，不但可排除中間產(chǎn)物和活性代

53、謝物帶來(lái)的毒性，而且由于不被代謝，其體內(nèi)藥物動(dòng)力學(xué)行為大大簡(jiǎn)化。但實(shí)際上硬藥是不可能存在的，任何一個(gè)具有藥理活性的藥物，都不可能在機(jī)體內(nèi)不受酶的進(jìn)攻。 v根據(jù)藥物的代謝機(jī)理，使設(shè)計(jì)的藥物在完成治療作用后，按照預(yù)定的代謝途徑和可以控制的代謝速率，一步轉(zhuǎn)化失去活性，斷下韻碎片無(wú)毒或幾乎無(wú)毒，不在體內(nèi)產(chǎn)生有害的后續(xù)反應(yīng)，并被迅速排出體外，使期望活性與毒性分開，這種藥物就是所謂的“軟藥”(soft drug)。 v軟藥方案提供了一條簡(jiǎn)單的代謝分解途徑，避免非區(qū)域性的或長(zhǎng)效的毒性，簡(jiǎn)化代謝狀態(tài)，避免形成多種活性物，避免競(jìng)爭(zhēng)性酶系統(tǒng)的代謝途徑，消除藥物間的相互作用。從而通過(guò)全身不良反應(yīng)的最小化及毒性中間體

54、的消除，提高藥物的治療指數(shù)。 v簡(jiǎn)單的說(shuō)，軟藥指的是一類本身具有治療作用或生物活性的化學(xué)實(shí)體，但在體內(nèi)起作用后，經(jīng)預(yù)料的和可控制的代謝作用，經(jīng)一步簡(jiǎn)單反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)活性的或無(wú)毒性的化合物。 二是它們的作用方式不同，前藥在體外無(wú)活性，只有到達(dá)靶點(diǎn)釋放出原藥才顯示活性，而軟藥在體外是有活性的，它們到達(dá)靶點(diǎn)發(fā)揮治療作用后一步代謝失活一是它們的先導(dǎo)物不同，前藥是以原藥為先導(dǎo)物的，而軟藥的先導(dǎo)物既可以是原藥也可以是原藥的代謝物軟藥和前藥的區(qū)別 二、設(shè)計(jì)方法 軟藥設(shè)計(jì)( Soft Drug Design)是將化合物的構(gòu)效關(guān)系(Structure-Activity Relationship，SAR)與構(gòu)代關(guān)系

55、(Structure-Metabolism Relationship，SMR)以及理化性質(zhì)相結(jié)合，目的是設(shè)計(jì)出更安全的化合物。 v軟藥的設(shè)計(jì)目的 軟類似物活化的軟類似物用控釋內(nèi)源物設(shè)計(jì)天然軟藥活性代謝物無(wú)活性代謝物v根據(jù)設(shè)計(jì)來(lái)源不同軟 藥 1軟類似物的設(shè)計(jì) v所謂的軟類似物(Soft Analog)實(shí)際上是某些已知活性的藥物或生物活性化合物的結(jié)構(gòu)類似物，這些分子中有一個(gè)特別容易被代謝的部分，在體內(nèi)此部位被代謝后立即失活，有利于控制其毒性。 軟類似物設(shè)計(jì)原則為了增加設(shè)計(jì)成功的概率，對(duì)于先導(dǎo)物（母體藥物）性質(zhì)的了解是必需的，特別 是對(duì)于先導(dǎo)物分子結(jié)構(gòu)、在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程、作用機(jī)理等的了解易代謝部分的

56、代謝是藥物失活的主要或唯一途徑易代謝部分處于分子的非關(guān)鍵部位，對(duì)藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)、親和力及活性影響小A C B 設(shè)計(jì)的分子最好為先導(dǎo)物的生物電子等排體，結(jié)構(gòu)類似D 軟類似物設(shè)計(jì)原則易代謝部分能被酶水解，但分子骨架穩(wěn)定可以通過(guò)易代謝部分附近的立體因素和電性因素 的改變，控制可預(yù)測(cè)的代謝速率特別要注意代謝產(chǎn)物應(yīng)是無(wú)毒、低毒或沒有明顯的生物活性，并且在代謝過(guò)程中不產(chǎn)生高度反應(yīng)活性的中間體E GF 2基于無(wú)活性化合物的設(shè)計(jì)v 基于無(wú)活性的化合物（或者代謝物）的設(shè)計(jì)指的是以已知的無(wú)毒、無(wú)活性的化合物（包括現(xiàn)有藥物的無(wú)活性代謝物）為先導(dǎo)物，引進(jìn)必要的活性基團(tuán)（藥效團(tuán)）將其活化為有活性的化合物。在體內(nèi)發(fā)揮藥理作用

57、后，活性基團(tuán)離去，回復(fù)到無(wú)毒的化合物或進(jìn)一步分解為無(wú)毒產(chǎn)物。 設(shè)計(jì)的具體原則所設(shè)計(jì)的軟化合物應(yīng)該經(jīng)一步代謝就能產(chǎn)生原來(lái)無(wú)活性的代謝物，而 不經(jīng)過(guò)有毒中間體階段，具有代謝的可預(yù)測(cè)性利用生物電子等排等方法將這種無(wú)活性先導(dǎo)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)類似物要能夠控制設(shè)計(jì)的化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)、結(jié)合以及代謝速率及相應(yīng)的藥物動(dòng)力學(xué)行為選擇某種藥韌的無(wú)活性的代謝物或已知無(wú)毒的化合物作為先導(dǎo)物原則 3用控釋內(nèi)源物設(shè)計(jì)天然軟藥的設(shè)計(jì)v內(nèi)源性物質(zhì)可以認(rèn)為是天然的軟藥，以它們作為前體制成軟藥，在使用劑量接近于體內(nèi)正常水平前提下，就不會(huì)在呈現(xiàn)藥效的同時(shí)引發(fā)不希望的不良反應(yīng)。若其代謝不如預(yù)計(jì)的快和有效，轉(zhuǎn)移也有特異性，則不

58、能作為軟藥。此時(shí)可借用化學(xué)轉(zhuǎn)釋系統(tǒng)加以控制。這類軟藥的設(shè)計(jì)實(shí)際上是將內(nèi)源性活性物質(zhì)與化學(xué)轉(zhuǎn)釋系統(tǒng)相結(jié)合，使藥物有控釋放到特異性部位或局部作用，以達(dá)到較高的治療指數(shù)。 O CH3 HO H3C OHO OH O CH3 HO H3C HO OHO O CH3 HO H3C OHO OHO O CH3HO H3C OHO OH O CH3 HO H3C OO OHO R O CH3 HO H3C OO OHO RO O CH3HO H3C OO OH O RO以氫化可的松的無(wú)活性代謝物為先導(dǎo)物的軟藥設(shè)計(jì) 4活性代謝物的設(shè)計(jì) v許多藥物在體內(nèi)經(jīng)過(guò)逐步代謝，由于作用酶系的不同，可產(chǎn)生許多中間體和結(jié)構(gòu)類

59、似物，可能它們的活性與原藥類似，也可能有所差別或產(chǎn)生副作用。按軟藥設(shè)計(jì)原理，應(yīng)選用一步代謝失活的活性化合物為藥物。 設(shè)計(jì)原則 v 當(dāng)藥物發(fā)生氧化代謝時(shí)經(jīng)過(guò)有毒的、高活性的中間體或經(jīng)過(guò)具有藥理活性的中間體時(shí)，在活性和藥物動(dòng)力學(xué)允許的情況下，應(yīng)選用最高氧化態(tài)的活性代謝物作為先導(dǎo)物，產(chǎn)生藥效后一步代謝失活。v 強(qiáng)效非選擇性-受體拮抗劑丁呋心安（Bufuralol）在降低血壓、減慢心率方面非常有效。它的氧化代謝產(chǎn)物（圖4-67）有相應(yīng)的醇、酮和酸，其中醇型和酮型是活性代謝物，它們的消除半衰期較長(zhǎng)(分別為7h、14h和4h)，且選擇性和藥物動(dòng)力學(xué)性質(zhì)也不同。酸型是無(wú)活性的代謝物，酮型是最高氧化態(tài)的活性代謝物。基于活性代謝物的軟藥設(shè)計(jì)應(yīng)以酮型作為先導(dǎo)物，設(shè)計(jì)所得的軟藥保留了最高的活性，產(chǎn)生藥效后經(jīng)一步代謝失活成為酸型；若基于無(wú)活性代謝物的軟藥設(shè)計(jì)應(yīng)以酸型作為先導(dǎo)物，其羧基部分可以改造成相應(yīng)的酯類。 OCH3 OH HNOH CH3CH3CH 3 O CH3 HNOH CH3CH 3CH3 O CH3 HNOH CH3CH 3CH3 HO OOH HNOH CH3CH3CH3O OCH3 HNOH CH3CH3CH3O丁呋心安的代謝物