細胞色素P450酶代謝物的先導(dǎo)物研發(fā)

焦林如，王新穎

(青島科技大學(xué)，山東青島266042)

細胞色素P450酶代謝物的先導(dǎo)物研發(fā)

焦林如，王新穎

(青島科技大學(xué)，山東青島266042)

細胞色素P450（CYP）酶在藥物代謝方面發(fā)揮著重要作用，它可以催化一些有機反應(yīng)，生成一些具有新型藥理活性的化學(xué)實體。本文主要從CYP參與大量天然產(chǎn)物的生物合成途徑，及一些已知藥物通過CYP參與的代謝后生成藥理活性物質(zhì)兩個方面，介紹細胞色素P450酶代謝物的研發(fā)現(xiàn)狀。

細胞色素P450；CYP；酶代謝物

1 介紹

細胞色素P450（CYP）[1]酶超家族在氧化的藥物代謝物方面發(fā)揮著重要作用，然而在最近幾年，將CYP代謝物作為一種新型的治療制劑引起了人們的廣泛興趣[2]。利用它獨特的氧化性，CYPs能催化一些中小型有機反應(yīng)，產(chǎn)生一些有新型的藥理活性的新化學(xué)實體[3]。CYP酶在植物的生物合成中也發(fā)揮著重要作用，產(chǎn)生了一些已經(jīng)發(fā)展成有效制劑的天然產(chǎn)物。此外，一些由天然產(chǎn)物衍生來的藥物在體內(nèi)被藥物代謝CYPs轉(zhuǎn)換成更有效的生物活性代謝物[4]。最近，微波分析技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于生產(chǎn)和鑒定CYP代謝物作為先導(dǎo)化合物。結(jié)合生物反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，CYP氧化轉(zhuǎn)換成代謝物的量在不斷上升，這使得使用CYPs作為先導(dǎo)物研發(fā)成為可能[5]。這篇文章著重介紹一些CYP代謝物被識別為藥物先導(dǎo)物的例子，表明了可以用CYPs作催化劑去開發(fā)藥物。

2 識別CYP改良的天然產(chǎn)物作為藥物先導(dǎo)物

已經(jīng)成功開發(fā)為藥物的大量天然產(chǎn)物在它們的生物合成途徑中要用到CYPs，包括抗生素、抗有絲分裂、抗腫瘤、降血壓、抗心律失常藥的開發(fā)。許多這些化合物涉及到植物或者微生物防御途徑的次級代謝產(chǎn)物[6]。最后，人們開始關(guān)注鑒定來自CYP生物合成路徑的新的先導(dǎo)化合物，這已被證明很有可能實現(xiàn)，具體的例子說明如下：

2.1 抗腫瘤制劑

有效的抗腫瘤制劑紫杉醇，最初從寄居于太平洋地區(qū)紫杉樹的樹皮的內(nèi)生真菌中分離得到，有高達14種CYPs參與它的生物合成途徑[7]。盡管紫杉醇被廣泛應(yīng)用，但是其脫靶效應(yīng)和潛在的抗性導(dǎo)致人們不得不去尋找新的類似物。一種方法是克隆一些紫杉醇路徑CYPs在釀酒酵母中表達，通過結(jié)合生物合成來提高產(chǎn)率及產(chǎn)生新型的類似物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)漿果赤霉素Ⅲ可作為半合成新型紫杉醇類似物的前體[8]。另一個方法是，Guengerich等[9]以先前已知的藥效團為基礎(chǔ)，使用逆代謝法識別新型化學(xué)治療劑。他們偶然發(fā)現(xiàn)幾種人類CYPs能將吲哚代謝為靛藍和靛紅，因為吲哚是這些酶的一個已知藥效團，所以我們假設(shè)它們能產(chǎn)生抑制酪氨酸激酶的先導(dǎo)化合物。研究發(fā)現(xiàn)，以靛紅為基礎(chǔ)的抑制劑比靛紅本身更有效。這種運用酶突變和酶偶聯(lián)產(chǎn)生已知藥效團的新型化合物庫，再從中進行篩選得到合成較困難的骨架的方法有特別的意義。

2.2 抗原蟲藥

近十年間，治療瘧疾最大的進步在于從艾蒿中分離得到了青蒿素。這使人們對在一個兼容的異源宿主中克隆整個生物合成路徑產(chǎn)生了興趣。Ke?asling等[10]成功地改良了酵母甲羥戊酸途徑并引進了艾蒿中編碼紫穗槐二烯合成酶和CYP71AV1的基因，有效的提高了青蒿素先導(dǎo)化合物青蒿酸的輸出。之后，通過構(gòu)造植物CYP還原酶和來自艾蒿的次級CYP，直接產(chǎn)生了目標(biāo)產(chǎn)物青蒿素，產(chǎn)率提高了近20倍，并降低了生產(chǎn)成本[11]。

2.3 抗真菌劑

兩性霉素B是從鏈霉素中得到的一種多烯類次級代謝產(chǎn)物，可有效治療全身性真菌感染[12]。它通過與真菌細胞膜上的甾醇結(jié)合，損傷膜的通透性發(fā)揮抑制真菌生長的作用，但它的毒性限制了它的應(yīng)用。先前工作表明，減少環(huán)外羧基的負電荷降低了毒性，所以Carmody等[13]構(gòu)建了一系列鏈霉菌突變菌株，產(chǎn)生了環(huán)外羧基被甲基取代的兩性霉素類似物，這些類似物保留了抗真菌活性而減小了溶血性毒性。今后在這一領(lǐng)域的努力可能集中在利用組合生物合成原則去改變分子結(jié)構(gòu)來減少毒性，提高有效性。

另一種分離自青霉素的抗真菌劑灰黃霉素，由于抗惡性細胞增生的效力而被關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，CYP是形成灰黃霉素基本骨架的必要條件。Cacho及其同事用這種酶第一次以乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A為原料在體外合成了灰黃霉素，CYP的應(yīng)用使產(chǎn)生用于抗真菌和抗腫瘤的灰黃霉素類似物成為了可能。

3 已知藥物的藥理學(xué)活性代謝產(chǎn)物的鑒定

藥物的代謝產(chǎn)物可能也具有藥理學(xué)活性，其中最經(jīng)典的是藥物百浪多息的代謝物磺胺（一種有效的抗生素）的發(fā)現(xiàn)。最近的一項研究顯示[14]，美國的前50種處方藥中有22%產(chǎn)生活性代謝產(chǎn)物。

3.1 他汀類藥物代謝物

他汀類藥物是從真菌的次級代謝物衍生而來的HMG-CoA（羥甲基戊二酰輔酶A）還原酶抑制劑[15]。一些真菌的CYP參與他汀類藥物的生物合成途徑。最暢銷的阿托伐他汀和羅素伐他汀都有活性代謝產(chǎn)物。其中阿托伐他汀被CYP3A4轉(zhuǎn)化成鄰-（2-羥基）和間-（4-羥基）代謝物。2-羥基阿托伐他汀和4-羥基阿托伐他汀的血藥濃度相當(dāng)，只是半衰期略短。而羅素伐他汀在N-脫甲基化之后仍有活性，只是有效性下降。鑒于一些參與他汀類藥物產(chǎn)生的真菌的CYP已經(jīng)被克隆，大量生產(chǎn)用于臨床前研究和生產(chǎn)的特定代謝物成為了可能。

3.2 抗生素

與他汀類藥物類似，許多臨床上使用的抗生素在其他生物合成途徑的關(guān)鍵步驟中用到CYPs去完成修飾改造功能[16]。這包括從鏈霉菌菌屬中分離出的幾種不同類型的化合物，如紅霉素，四環(huán)素，兩性霉素B，除蟲菌素和阿霉素。紅霉素可在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成8,9-脫水紅霉素，雖然這種衍生物本身無抗菌活性，但它是一種強效的模擬肽胃動素，最終導(dǎo)致十二指腸收縮?？死顾氐腃YP代謝物14-羥基克拉霉素也有抗菌活性，只是抗菌譜發(fā)生變化。幾個在紅霉素生物合成途徑中用到的細菌的CYP已被克隆出來，并且在大腸桿菌中得到表達，從而為生產(chǎn)新的抗生素衍生物提供了可能。

3.3 抗抑郁藥

吡啶類抗精神病藥甲硫噠嗪，噻嗪環(huán)上甲硫基團中的硫的經(jīng)過連續(xù)氧化，產(chǎn)生了亞砜（美索達嗪）和砜（磺達嗪），這兩種化合物都已經(jīng)獨立開發(fā)成藥物，且對D2、D3、D4多巴胺能受體和α1去甲腎上腺素能受體的親和力比甲硫噠嗪本身更高[17]。

3.4 抗組胺藥

第一個非鎮(zhèn)靜抗組胺藥特非那定，于1985年在美國開始銷售[18]，最初用于治療過敏性鼻炎，然而二十世紀九十年代初期，由于其引起心律失常的副作用而被撤回。特非那定經(jīng)過CYP3A4代謝后，產(chǎn)生羧酸代謝物非索非那定。非索非那定作為第二代非鎮(zhèn)靜抗組胺藥，具有抗組胺作用的同時其心臟毒性也較小。在這里可以看到，化合物的毒性在經(jīng)過CYP代謝后被避免而藥效活性得以保持。

3.5 毒蕈堿受體拮抗劑

托特羅定是一種M2/M3毒蕈堿受體拮抗劑，用于治療尿失禁和膀胱過動癥[19]。它經(jīng)CYP2D6代謝產(chǎn)生5-羥甲基托特羅定（Desfesoterodine）。盡管這兩個物質(zhì)的抗膽堿活性相當(dāng)，但是代謝物透過血-腦屏障的量較少，以至于不太可能發(fā)生中樞神經(jīng)的脫靶效應(yīng)。

4 未來的方向與結(jié)論

微尺度和微流控技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)去鑒定和識別有活性的CYP代謝產(chǎn)物，使用這些技術(shù)可以同時篩選大量CYP產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。這些新方法不僅會促進CYP代謝產(chǎn)物引導(dǎo)藥物發(fā)現(xiàn)的進程，也會大大降低開發(fā)成本。微尺度技術(shù)和其他新興技術(shù)的結(jié)合，將促進藥物發(fā)現(xiàn)過程中CYP代謝先導(dǎo)物的識別。

CYP酶對許多重要的生物學(xué)功能是非常必要的，包括內(nèi)源性和外源性代謝、次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生及機體動態(tài)平衡，因而它們經(jīng)常成為藥物開發(fā)的的對象。然而，通過活性代謝物的產(chǎn)生、天然產(chǎn)物引導(dǎo)合成，使多元的CYPs也成為了藥物研發(fā)的平臺。伴隨著針對代謝產(chǎn)物新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，產(chǎn)生自CYPs的藥物候選物的數(shù)量可能大幅上升。

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The lead com pound developmentof the cytochrome P450 enzymesmetabolites

JIAO Lin-ru,WANG Xin-ying
(Qingdao University ofScienceand Technology,Shandong Qingdao,266042)

The cytochrome P450(CYP)enzyme superfamily is well known for its role in drug metabolism, which is able to catalyze a wide variety of unusual reactions on small-to-mediumsized organic substrates that can lead to new chemical entities with novel pharmacological activity.This article highlighted some of the recent examples of drug leads identified from CYPmetabolites and the intriguing possibilities of using CYPs as catalysts for future drug discovery and development.

cytochrome P450;CYP;enzymesmetabolites

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.04.004

TQ464.8

A

1008-1267（2015）04-0011-03

2015-03-18