尚未成药靶点的开发新方法及在治疗疾病中的作用
2024-05-09 来源:MedChemExpress (MCE) 点击次数:587
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在过去的几十年里，人们发现有些生物大分子如激酶、受体和离子通道等，与疾病发展密切相关，且具有与配体结合的特异性疏水口袋以及结合后的功能变化。便把这类靶点称为“可成药靶点”。
另一方面，越来越多与疾病相关的靶点被发现缺乏传统可药性靶点的特征，如靶蛋白的功能界面平坦，缺乏配体相互作用口袋，使得药物设计面临巨大挑战，便称为“不可成药”靶点。例如一些典型的不可药性靶点包括小 GTP 酶 (如 KRAS)、磷酸酶、转录因子、表观遗传靶点和蛋白质-蛋白质相互作用 (PPIs)等[1]。然而这些“不可药性”靶点在治疗人类疾病中发挥重要作用，逐渐引起医学领域重视。尤其在 2021 年， KRASG12C 抑制剂 Sotorasib 获得了 FDA 批准用于非小细胞肺癌患者的治疗，打破了人们对不可成药靶点的认识，即这些“不可成药靶点”其实是“难以成药”或“尚未成药”靶点，通过一定的方法也可以开发出对应的药物。
图 1. 当代癌症药物分子靶点的示意图[2]。
目前针对“不可成药靶点”常用的药物开发方法包括双功能分子、共价抑制剂、变构抑制剂、PPI 药物、基因治疗等，并取得了一定的临床成果。
双功能分子一般是利用泛素-蛋白酶体系统或溶酶体系统实现对靶蛋白的降解。其中最近火出圈的 PROTAC 分子就是利用泛素-蛋白酶体系统实现对胞内蛋白的特异性降解，可以靶向不可成药靶点，且具有解决耐药性问题等优势，在癌症及其他疾病治疗中表现出强大的潜力。(详细了解可以参考：PROTAC —— 模块化构建药物分子的未来)。
此外，除 PROTAC 外，分子胶也是基于泛素-蛋白酶体系统实现对靶蛋白的降解。由于分子胶产品分子量相对较小，具有更好的生物利用度。但目前报道的分子胶产品更多是来自于偶然发现，而 PROTAC 分子更容易通过理性设计进行开发。
除了基于泛素‑蛋白酶体系统开发的双功能分子，溶酶体靶向嵌合体 (LYTAC)、自噬靶向嵌合体 (AUTAC) 及 ATTEC 则是通过溶酶体途径实现对靶蛋白的降解。不同双功能分子具体作用机制及对靶蛋白的降解范围不完全一样，可以起到互补的作用 (如下表所示)。
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表 1. 不同双功能分子比较[3]。
共价抑制剂一般通过温和的反应性官能团以共价键结合到靶蛋白氨基酸残基上，赋予额外的亲和力。而非共价抑制剂，则是通过氢键或范德华力等非共价键相互作用，来实现对靶蛋白的结合和抑制。由于非共价相互作用相对较弱，为了保证非共价抑制剂的亲和力，需要在靶蛋白表面形成较深结合口袋，使小分子能够有效结合。然而，共价抑制剂可以针对缺乏表面“口袋”的“不可成药”蛋白，可以扩大治疗范围。其中 KRASG12C 抑制剂 Sotorasib 的批准也是共价药物发展和攻克“不可药性”领域的一个重大里程碑。
KRAS 蛋白是一种无特征的、近球形的结构，没有明显的结合位点，很难合成能有效靶向和抑制其活性的化合物，且与内源性配体具有极高的结合活性，这也使得它不能像蛋白激酶抑制剂那样产生有效的竞争。共价药物的开发推动了 KRAS 药物的发现。目前多款针对 KRAS 的共价抑制剂已经被开发进入临床应用及研究，从而实现了 KRAS 从“不可成药”到“可成药”靶点的逆袭[4]。
目前开发的大多数靶向蛋白的调节剂，无论是激动剂、拮抗剂还是抑制剂，绝大多数都属于正构类型 (Orthosteric) 的药物分子，即药物直接靶向受体的内源性分子结合点。然而，由于许多靶点与底物的亲和力很高，缺乏结构信息或其活性位点高度保守，导致不可药或难以在其正向位点上靶向。为了克服这些挑战，变构调节被提出作为一种常用的策略。变构调节是通过配体在功能位点以外的部位结合，导致蛋白构象变化或蛋白质动力学变化，进而影响内源性配体与蛋白的结合。
变构位点的鉴定和相应的药物设计为以前被认为在其正向位点上“不可药性”或“难以靶向”的蛋白质开辟了新的治疗机会。目前已经有多种变构药物用于临床实践。
信号通路中已上市、临床和临床前共价抑制剂的图谱。
蛋白互作 (PPIs) 参与机体多种生物进程，并通过形成蛋白质-蛋白质复合物或 PPI 网络来发挥其功能。PPIs 的大而平坦的相互作用表面使得小分子调节剂的开发充满挑战。
目前开发的 PPIs 抑制剂主要包括小分子、抗体、多肽或重组蛋白等。但各存在优势和不足，如小分子抑制剂亲和力低，成药性差，而多肽，抗体及重组蛋白虽然具有较高的结合活性，但存在稳定性低，生物利用度差等问题。为了改善多肽的稳定性，药物研发人员也会采用环肽或拟肽来改善多肽药物的成药性。而针对抗体或重组蛋白药物，高效递送技术和小尺寸抗体模拟物 (如 scFv 和纳米抗体) 的发展可以提高它们在治疗不可成药靶点中的应用。近年来，“热点”位点的发现使得开发靶向 PPIs 药物变得更加有效。热点残基是指在蛋白质之间形成结合位点的 PPIs 界面，可以通过识别热点来设计靶向 PPIs 界面的药物[5]。此外共价抑制和变构抑制也会用于 PPI 小分子抑制剂开发中。
基因治疗是在基因或转录水平来调节基因表达的过程，突破了小分子药物对靶蛋白位点的限制，大大扩展了药物靶向的范围。
目前 RNA 干扰技术、反义 DNA 技术、ASO 技术等前沿技术和方法的应用，为核酸药物的研究和临床应用提供了更为广阔的发展空间，此外，CRISPR 基因组编辑也已经成为近年来最受瞩目的科学突破之一。虽然基因治疗仍面临很多挑战，但随着技术的不断发展和创新，基因治疗将会带来更多可能。
图 4. miRNA (A )和 siRNA (B) 作用机制示意图[6]。
目前开发的药物靶点只是所有疾病靶点中的冰山一角，而未被开发的“不可成药”靶点则是一片汪洋大海。虽然针对“不可成药”靶点的药物开发存在巨大挑战，但随着技术的不断发展和完善，药物靶点的范围将进一步扩大，将有越来越多的“不可成药”靶点被撕掉“不可成药”标签，将有更多的药物被开发出来惠及人类健康。
关于 MCEMCE 助力药物研发，针对“不可成药”靶点，可以提供多种类型产品，包括 PROTAC 设计合成、寡核苷酸相关产品及定制合成、多种不同类型化合物库，包括共价化合物库、多肽库、环肽库、拟肽库、蛋白互作化合物库、大环化合物库等，满足针对“不可成药”靶点药物开发的不同需求。
[1] Xie X,et al. Recent advances in targeting the "undruggable" proteins: from drug discovery to clinical trials. Signal Transduct Target Ther. 2023 Sep 6;8(1):335.
[2] Lazo JS, et al. Drugging Undruggable Molecular Cancer Targets. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2016;56:23-40.
[3] Zhang G,et al. Strategies for targeting undruggable targets. Expert Opin Drug Discov. 2022 Jan;17(1):55-69.
[4] Huang L,et al. KRAS mutation: from undruggable to druggable in cancer. Signal Transduct Target Ther. 2021 Nov 15;6(1):386.
[5] Cukuroglu E,et al. Hot spots in protein-protein interfaces: towards drug discovery. Prog Biophys Mol Biol. 2014 Nov-Dec;116(2-3):165-73.
[6] Hu B,et al. Therapeutic siRNA: state of the art. Signal Transduct Target Ther. 2020 Jun 19;5(1):101.