多靶点药物治疗及药物发现

· 226 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 226-230 多靶点药物治疗及药物发现 徐 炎, 李学军* (北京大学基础医学院药理学系, 北京 100191) 摘要: 作用于单靶点的药物在治疗复杂性疾病如肿瘤、糖尿病、感染性疾病时常常疗效不佳或毒性较大。多 靶点药物可以同时调节疾病网络系统中的多个环节，不易产生抗药性，对各靶点的作用产生协同效应，达到最 佳的治疗效果。本文对多靶点药物治疗的特点、分类情况、发现策略、筛选模型及已在临床使用的多靶点治疗 药物进行综述，并探讨中药在多靶点药物治疗应用中的潜力。 关键词: 多靶点；联合用药；多组分药物；协同作用 中图分类号: R963 文献标识码: A 文章编号: 0513-4870 (2009) 03-0226-05 Multi-target therapeutics and new drug discovery XU Yan, LI Xue-jun* (Department of Pharmacology, School of Basic Medical Sciences, Peking University, Beijing 100191, China) Abstract: Drugs acting on individual molecular targets usually exert unsatisfying therapeutic effects or have severe toxicity when used in diseases of complicated causes such as tumor, diabetes and inflammation. Multi- target therapeutics which regulates multiple nodes of the disease network simultaneously shows synergistic effect, is unlikely to induce resistance and provides optimal clinical use. This review summarized the characteristics, classification, development strategies and screening models, current multi-target therapeutic drugs used in clinic and also explored the potential of TCM in multi-target therapeutics. Key words: multi-target; multidrug combination; multicomponent drug; synergistic effect 近几十年的药物发现研究几乎均集中于寻找或 设计作用于单个靶点的高选择性配体药物分子, 但 是针对单个分子靶点的药物在治疗疾病时通常很难 达到预期效果或者毒性很大, 很难治愈多基因疾病 如肿瘤, 以及影响多个组织或细胞的疾病如糖尿病 等[1]。多角度攻击疾病系统可以克服许多单靶点药物 的局限性, 由此产生的多靶点药物治疗（multi-target therapeutics）可以同时调节疾病网络系统中的多个环 节, 不易产生抗药性, 现已在很多重大疾病的治疗中 开始应用[2]。本文对多靶点药物治疗的特点、分类情 况、发现策略和筛选模型、已在临床使用的多靶点治 疗药物进行了综述, 并探讨了中药在多靶点药物治 疗应用中的潜力。 收稿日期: 2009-01-19. *通讯作者 Tel: 86-10-82802863, E-mail: xjli@bjmu.edu.cn 1 概述 药物发现的基础是寻找分子靶点并证明其与疾 病的相关性, 靶点的确认 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 是发现特异作用于该 靶点的化学分子或抗体分子。与发现和优化新型靶点 抑制剂相比, 疾病相关分子靶点的确认仍然是十分 困难的工作, 常常需要数十年才能完成[3]。 现代药物研发的主要思路就是通过药物来抑制 疾病发病机制中某一分子靶点而使机体恢复健康。但 是，经过了近 20年对高选择性靶点配体的集中研发, 候选新药经临床试验后成功上市的比例不但没有增 加，反而不断下降，这一现象对现有的药物研发思路 形成了极大的挑战[4]。 近年来系统生物学的出现和不断发展为药物发 现提供了一种全新的思路——多靶点药物治疗。同 时，对疾病网络系统的进一步研究和认识也揭示了单 徐 炎等: 多靶点药物治疗及药物发现 · 227 · 独对某一靶点进行调节，在复杂疾病治疗中有局限 性。多靶点药物治疗，简而言之，可以同时作用于疾 病网络中的多个靶点，对各靶点的作用可以产生协同 效应，使总效应大于各单效应之和，达到最佳的治疗 效果[5]。 多靶点药物的研究尤其适用于肿瘤治疗。肿瘤的 发生发展是由多基因参与的多步骤、多阶段、体内外 因素相互作用的复杂过程，且多数肿瘤有 4至 7个独 立的突变位点，因此需要多靶点治疗来确保药物抗肿 瘤作用的有效性和持久性。Gupta等[6]报道，人乳腺癌 基因表达数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 显示环氧合酶 2 (cyclooxygenase 2, COX2)、基质金属蛋白酶 1 (matrix metalloproteinase 1, MMP1)、基质金属蛋白酶 2 (matrix metalloproteinase 2, MMP2）和外调蛋白（epiregulin）是肿瘤细胞肺转移 所必需的, 对这 4 个基因的联合抑制可以终止小鼠 模型中的肿瘤细胞转移进程, 基于以上 4 个基因的 药物筛选将有助于抑制肿瘤的转移, 更好地控制病 情。 2 多靶点药物的分类及作用方式 多靶点药物治疗按药物组分的不同可以分为三 种形式。第一种形式是多种药物联合用药 (multidrug combination), 这种形式最常见, 已经成为抗艾滋病 和抗肿瘤治疗的主要策略 [7], 但是这种形式的缺点 是所含药物彼此间容易发生相互作用而产生不良 反应。为了改善上述问题并使用药更加方便, 产生 了第二种多靶点药物治疗形式——多组分药物 (multicomponent drug), 即在一个给药单位如一个片 剂或注射液中含有多种活性组分[8]。一些临床应用较 好的联合用药已被制成了新的多组分药物, 如抗艾 滋病药 Atripla、抗哮喘药 Advair 和治疗丙型肝炎的 Rebetron 等。上述两种形式药物的研发遇到的主要 挑战是在临床试验中必须证明其所含的各药物组分 无论是在单独应用还是联合应用时都是安全的。第 三种形式是某一单组分药物可以同时选择性作用于 多个分子靶点，即严格意义上的多靶点药物 (multi- target drug)[9]。单组分药物的服用在药物代谢上是优 于联合用药和多组分药物的, 也可以克服各组分相 互作用产生的不良反应, 但是优化一个多靶点药物 使之同时产生多靶点选择性而不是非选择性从技术 来说难于前两种形式。 基于药物作用靶点间的关系, 多靶点药物的作 用方式可以分为以下三类: ① 通过影响不同的靶点 而产生组合作用，各靶点可以存在于特定组织、细胞 或细胞间液中的相同或不同信号转导通路; ② 药物 对第一个靶点的作用可以对第二个靶点产生影响, 例如改变药物代谢、抑制外排泵或阻断其他抗性机制; ③ 作用于某一靶分子或分子复合物 (如原核细胞染 色体) 上的不同位点发挥联合作用进而增强药理活 性。尽管多靶点作用可以几种不同的方式进行, 但各 靶点会协同发挥作用, 以达到最佳的治疗效果[5]。 3 多靶点药物的发现策略和筛选模型 尽管联合用药和多组分药物在临床上的成功应 用证明了多靶点药物治疗的优势和应用前景, 但是 对多靶点药物治疗的系统化研究仍面临许多技术上 的难题。首先, 多靶点药物治疗依赖于疾病系统的整 体性和复杂性, 因此必须在体外细胞水平或体内水 平进行筛选。第二, 由于缺乏对有协同作用的靶点配 对的总结, 发现可能的靶点组合的工作量是十分大 的。第三, 发生协同作用的有效剂量和各组分间的配 比关系需要大量实验投入, 对每个组合方式进行测 试。基于以上问题, 产生了如下的多靶点药物的发 现策略和筛选模型。 3.1 基于细胞的表型分析 多靶点药物发现首先需 要一种合适的多靶点分析测试方法。高通量分子靶点 筛选使用的是非细胞体系, 不能模拟完整细胞的系 统生物学特性, 因此不能用于多靶点药物的筛选。而 基于细胞的表型分析既可以保证筛选的高效性又含 有疾病相关的分子信号通路, 可以增加发现潜在的 协同作用的可能性, 已被广泛应用于多靶点药物的 研究。Mayer等[10]用人脐静脉内皮细胞建立了三种基 于细胞的表型分析, 分别监测 TNF-α 诱导的 NF-κB 易位、E-selectin 和 VCAM-1 的表达, 用于研究炎症 反应中激活的主要信号通路及多靶点药物的筛选。此 外, 多细胞联合培养体系可以更好地模拟生物系统 的整合作用并更易发现新的多靶点作用机制。例如利 用混合培养的淋巴细胞进行抗炎药物筛选, 能够更 好地模拟不同细胞之间的旁分泌作用。用模式生物如 斑马鱼进行的在体筛选可以利用整个机体系统在生 物体内进行筛选, 能够发现并证实多靶点作用的存 在并在生物有机体水平整合它们的作用[11]。 3.2 综合性作用的联合筛选 联合用药进行的综合 性作用的筛选可以发现存在于分子靶点或信号网络 之间的相互作用和联系。这种筛选方式的原理是通过 联合用药中的单一组分的处理, 使系统处于一种综 合的状态, 进而使系统增强对第二个组分作用的敏 感性, 这种方式类似于经典药物发现中的协同作用 研究和筛选。除了小分子药物以外, 这种筛选方式也 可以扩展为用一些生物制剂如 siRNA、抗体或肿瘤特 · 228 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 226-230 异性生长因子作为诱导组分。在某些情况下, 这种用 于诱导综合状态的药物可能缺乏特定的分析方法检 测其对系统的作用, 而这种静默的效应在加入第二 个组分时就可能被检测到。这种综合性作用的分析 已被应用于研究乳腺癌 2 型易感基因 (breast cancer type 2 susceptibility gene, BRCA2) 和多聚 ADP核糖 多聚酶 1 [poly (ADP-ribose) polymerase-1, PARP1] 之 间的相互作用[12]。利用这种综合性作用的联合筛选 来研究多靶点药物比分子靶向型筛选具有更好的选 择性和更高的效率。 3.3 配伍分析 多靶点药物治疗 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 筛选的一个关 键点是需要比较联合用药和各组分单独用药时的活 性差别, 并优化各组分的用量。各组分之间的协同效 应需要在达到一定浓度范围时才能发生, 因此系统 性寻找配伍方案需要测试被试组分间一系列配比关 系下产生的效应，具体的说, 可以通过检测连续稀释 某一组分时产生的所有可能的配伍比例进行剂量-效 应矩阵分析来实现[13]。矩阵分析可以显示各配伍对 的组合效应, 并可以和相应浓度下每个组分单独产 生的效应进行比较。矩阵分析的结果可以用无效假 说参考模型如 Loewe 相加法进行评价和打分, 以确 认各组分彼此之间是否产生了协同或拮抗作用。 3.4 多靶点药物设计 多靶点药物设计的主要策略 是平衡该化合物的多靶点作用产生的一系列生物效 应。Morphy等[14]系统阐述了多靶点药物的设计原则。 一种方式是连接配体, 通过接头将独立的药效团连 接起来, 这种方式产生的多靶点药物的相对分子质 量往往会很大并且很难口服给药。Cashman等[15]设计 的选择性 5-羟色胺再摄取抑制剂 (selective serotonin re-uptake inhibitors, SSRI) 和 PDE4抑制剂的偶联体 对 5-HT 再摄取产生很强的抑制作用, 同时也可以抑 制 PDE4D2的活性, 有望发展成一种新型抗抑郁药。 另一种方式是重叠配体 , 即各个药效团之间会发 生重叠或高度整合 , 这种方式产生的化合物更容 易具有较小的相对分子质量和药物的物理化学特性。 Murugesan等[16]基于血管紧张素 1 (angiotensin1, AT1) 受体的配体和内皮素 A (endothelin-A, ETA) 受体的 配体所共有的联芳核所设计的重叠配体有更好的 抗高血压活性。此外, 多靶点药物设计可以改善疾病 系统对药物产生的耐药性, 尤其是在艾滋病治疗方 面。药物作用靶点有一个氨基酸残基的突变就有可 能使患者对抗艾滋病药物如非核苷类逆转录酶抑 制剂 (non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors, NNRTIs) 产生耐药性。第二代 NNRTIs 的研发思路 是设计可以对野生型和耐药性突变体的逆转录酶均 产生抑制作用的化合物。因此，第二代 NNRTIs 如 rilpivirine和 etravirine需要和一系列突变的逆转录酶 上的结构各异的位点结合，发挥多靶点药物作用[17]。 4 中药的多靶点作用 传统中医药理论体系强调整体性和协调性，这和 系统生物学着重研究生物系统中所有组成成分的构 成及相互关系有着很大的相似性。越来越多的研究表 明，中药中含有的活性组分通过作用于多个靶点而共 同发挥治疗作用，即系统生物学范畴的多靶点药物治 疗。对中药中的有效成分或复方中各组分的多环节、 多靶点系统调节作用的研究将成为中药作用机制的 重要研究方向之一。Chen 等[18]利用中药有效成分的 三维结构对其分子靶点进行搜索，并对这些靶点可能 产生的生物学作用和该药的药理学活性进行了比较 和分析，为中药活性成分靶点预测和发现提供了新的 思路。随着系统生物学和计算生物学的不断发展，将 会产生更多新的研究手段发现目前未知的中药协调 各组分间的相互作用而发挥治疗效果的具体机制。此 外，近年研究发现许多从中药中提取分离得到的单体 化合物也是通过多靶点作用发挥药理学活性的。姜黄 中的主要活性成分姜黄素以其强抗肿瘤活性和高安 全性成为最受关注的多靶点药物之一。研究表明姜黄 素可以影响多条信号转导通路而抑制肿瘤细胞的增 殖、侵袭、转移和血管新生，其临床药效学评价正在 进行中[19]。 5 目前已在临床使用的多靶点治疗药物——优势与 问题 随着多靶点药物发现技术的不断成熟，已经有越 来越多的多靶点治疗药物进入临床应用，尤其是在癌 症、糖尿病、病毒和细菌感染等复杂性疾病中。 多靶点作用在癌症治疗中的应用是十分有优势 的，尤其是对单靶点抑制剂产生耐药性的癌症患者。 近年来，FDA 先后批准了多个多靶点酪氨酸激酶抑 制剂上市，包括 2005年获批的索拉非尼 (sorafenib)、 2006年获批的达沙替尼 (dasatinib)、2007年获批的苏 尼替尼 (sunitinib) 和拉帕替尼 (lapatinib)。拉帕替尼 的作用靶点是表皮生长因子受体 (epidermal growth factor receptor, EFGR) 和人表皮生长因子受体 2 (human epidermal growth factor receptor 2, HER-2), 可以对这两个靶点产生双重抑制作用。研究表明，拉 帕替尼可以诱导曲妥珠单抗耐药的人乳腺癌细胞凋 亡，并对 HER-2 过表达且经曲妥珠单抗治疗无效的 晚期乳腺癌患者有效[20]。 徐 炎等: 多靶点药物治疗及药物发现 · 229 · 随着多组分抗糖尿病药物的推出，多靶点药物治 疗在 2 型糖尿病中的应用越来越广泛。Glucovance 由二甲双胍和格列本脲两个组分组成, 用于单独应 用二甲双胍不能有效控制血糖的患者, 促进胰岛素 的释放; Avandamet由二甲双胍和 PPARγ拮抗剂罗格 列酮组成, 可以增加胰岛素的敏感性[21]。这些多组分 药物通过对多个组织相应靶点的调节来维持体内血 糖水平的稳定, 使多靶点作用得到了较为合理的整 合。 联合用药和多组分药物也常常用于抗感染治疗。 Rebetron含有两个组分: PEG干扰素和利巴韦林, 用 于丙型肝炎的治疗。艾滋病治疗中最有效的方案就是 多种逆转录酶抑制剂及蛋白酶抑制剂组合成的鸡尾 酒疗法。多组分药物 Epzicom、Truvada 和 Conbivir 均含有两种核苷类逆转录酶抑制剂 (nucleoside reverse- transcriptase inhibitors, NRTI), 含两种NRTI和一种非 核苷类逆转录酶抑制剂的三组分抗艾滋病药物 Atripla 也已获批上市[22]。这些多组分药物相比于其 组分中的单靶点药物, 可以更有效地控制 HIV 的感 染并防止 HIV耐药株的产生。 现有的多靶点药物面临的主要问题是其对多个 靶点的抑制作用可能导致更多潜在的不良反应。例 如，多靶点酪氨酸激酶抑制剂索拉替尼和苏尼替尼发 挥抗肿瘤作用的同时会产生严重的心脏毒性[23]。此 外，对各靶点产生最佳作用的药物浓度往往不同，单 个多靶点药物很难对其作用的每个靶点都达到最佳 的药理学作用，从某种程度上可能会影响多靶点药物 各靶点间协同作用的发挥。 6 结语 多靶点药物治疗在癌症、抑郁症、糖尿病以及感 染性疾病上的成功应用证明了系统性治疗应用于复 杂性疾病的优越性。基于细胞的表型分析进行剂量- 效应矩阵筛选提供了多靶点药物发现的基本途径。多 靶点药物治疗会产生协同效应，从而使总效应大于各 单效应之和，标志着系统生物学从理论研究过渡到治 疗应用的第一步。 体外联合用药的系统化研究可以发现新的多靶 点作用机制。活性组分的配伍筛选是非常有意义的, 通过筛选可以发现潜在的协同作用，进而加速临床前 和临床试验的进程。此外，靶点明确的药物的联合用 药的作用机制研究可以发现疾病相关通路间的新的 相互作用方式。这种聚焦于通路的靶点研究将有助于 更深入地了解疾病的发病机制。 References [1] Kola I, Landis J. 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Trends Biotechnol, 2008, 26: 295-301. 全国医院药学（药学服务与实践）学术会议征文 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 由中国药学会医院药学专业委员会主办、《中国医院药学杂志》承办的“全国医院药学（药学服务与实践）学术 会议”将于 2009年第 3季度在内蒙古召开。本次会议以药学服务与实践为主题，深入探讨药学服务的范筹、流程及 其创新实践。交流药学服务在合理用药中的任务与表现，促进安全、合理用药，更好的服务于患者，滿足患者对医 疗的需求，推动医院药学事业的发展。会议还将邀请全国知名药学专家作专题报告，与代表进行学术交流和研讨。 现向全国医院药学工作者、医药研究人员、医药单位管理层人员征文。欢迎踊跃投稿。 1 征文内容 ① 医院药学工作落实医疗卫生体制改革的思路与实践；② 药师在临床药物治疗中的药学服务及管理模式的探 索；③ 药学服务的流程及服务的创新；④ 药学服务中药品调剂自动化管理及 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ；⑤ 药学服务中的信息化管理的 建设；⑥ 药品管理及保障药品安全性中的新观念；⑦ 临床合理用药，新药的临床评价和临床观察，药物的配伍， 药物的不良反应与分析等中的新经验；⑧ 国外医院药学发展动态，临床药师的培养和继续教育，如何开展适合我国 的临床药学，医院药学的学科建设和管理经验。 2 征文要求 所有征文均属于未公开发表，未一稿两投，每篇文章均需附 600～800字的摘要。论文书写格式按《中国医院药 学杂志》2009年第一期稿约，请用电子邮件发送。请附作者详细通讯地址，电话和电子信箱。 3 说明 被大会录取的论文将编入论文集（光盘），优秀论文可在《中国医院药学杂志》发表。会议将评出一、二、三等 优秀论文并进行奖励。参会代表将被授予中国药学会 II类药学继续教育学分并获论文证书。 4 会议地点和时间 内蒙古，具体时间和地点将另行通知。 5 征文截止时间 2009年 6月 30日。 来稿请 E-mail：82836596@163.com,请在电子邮件上注明“会议征文”字样，以免与其他稿件混淆。 联系地址 地址：武汉市胜利街 155号《中国医院药学杂志》编辑部，邮政编码：430014, 电话/传真：027-82836596