为什么在开发靶点抑制剂之前最好先开发其激动剂?

健康   2024-12-24 17:46   上海  

抑制剂是一类能够与酶或受体结合,从而降低酶的催化活性或阻断受体功能的小分子。抑制剂按结合方式分类可以分为:可逆性抑制剂、竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂和不可逆抑制剂。按作用位点行分类主要为变构抑制,即与酶的变构部位结合,改变酶构象,使活性位点无法结合底物。激动剂是一类能够与酶或受体结合并激活其功能的小分子,通常用于增强正常的生理或药理效应。酶激动剂机主要是小分子化合物通过与酶结合,激活无活性酶原或增强酶活性。

图1:酶促反应

我们知道,药物要发挥作用则必须要与相应的靶标结合,药物靶标主要包括酶、受体、离子通道、激素和细胞因子等。但是在实际药物研发中,为什么相对抑制剂的开发,我们会优先开发激动剂呢?今天我们从研发逻辑、技术难度和药物研发策略进行解析。


 

 01  

物机制:激动剂研究助于理解靶点功能

激动剂在作用机制上具有直观性,激动剂是直接激活靶点(如受体)的化合物,通过模拟内源性配体(如激素、神经递质)的功能,我们可以迅速观察并测定靶点的功能变化。例如,β受体激动剂模拟肾上腺素的作用,用于哮喘的治疗。激动剂在作用机制上为我们提供了“正向调控”机制,可以帮助研发人员明确受体被激活后的下游生物学效应。这是研究靶点在病理状态和正常生理状态中角色的基础。

而且,激动剂在与靶点结合后,通常会诱导特定的构象变化,这种构象变化往往是受体信号传递的核心,能够为我们揭示受体活性位点与构象变。例如:GPCR(G蛋白偶联受体)在激动剂结合时会发生构象转变,激活特定的信号通路。通过研究激动剂与靶点结合的晶体结构,可以确定受体的活性位点及其构象变化,这为后续抑制剂的设计提供精确指导。

 

 02  

技术难度

在实际药物研发中,激动剂的发现往往比抑制剂更“直接”,由此也就更有技术优势。

(1)激动剂筛选简单且功能显著:激动剂筛选通常基于已知活性配体,比如肾上腺素或多巴胺等化学结构。因此,利用这些分子作为模板设计激动剂化合物,效率较高。而且激动剂引发的生物学反应较强,容易通过生物实验直接检测。

(2)抑制剂开发需要更精确的靶点信息:抑制剂需要阻断靶点的活性,其设计要求对靶点活性位点的详细了解,如果没有先开发激动剂,受体的活性位点、构象变化机制往往不明确,这增加了抑制剂研发的技术难度。

(3)从激动剂研究到抑制剂的逻辑:通过激动剂研究靶点,确定哪些功能可以被调控;利用激动剂的结合位点,反过来设计分子阻断该位点的活性,从而开发抑制剂。

 

 03  

应用场景与研发策略

开发激动剂优先于抑制剂的具体策略,通常取决于疾病治疗需求和靶点特性:

(1)靶点性质决定研发方向:如果靶点主要通过“被激活”发挥生理功能,激动剂是研究和治疗的首选。例如,针对胰岛素受体或GLP-1受体(用于糖尿病治疗)的研究。对于活性过强或异常激活的靶点(如癌症相关靶点EGFR),则需要开发抑制剂。然而,即使在此情况下,先通过激动剂了解受体激活的生物学后果,也能为抑制剂设计提供重要线索。

(2)药物研发的成功率和经济考量:激动剂的作用模式较直接,筛选效率高,早期验证靶点假说的速度更快,有助于降低研发风险。激动剂研发成功后,常为同一靶点开发抑制剂提供明确路径,从而节约时间和成本。

 

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案例分析


(1)β受体激动剂与抑制剂的开发:

激动剂:开发用于哮喘治疗的β2受体激动。如沙丁胺醇通过模拟肾上腺素激活受体,放松气道平滑肌。

图2:沙丁胺醇作用图示

抑制剂:β1受体拮抗剂被开发用于治疗高血压,如美托洛尔通过阻断肾上腺素在心脏的作用减缓心率。激动剂研究为拮抗剂提供了靶点结合位点的信息。

图3:美托洛尔作用图示

(2)腺苷受体的药物研发:

腺苷受体激动剂(如腺苷本身)用于抗炎症和心脏保护作用;其抑制剂(如咖啡因)通过研究激动剂结合部位而设计,用于清醒和注意力增强。

 

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总结

综上所述,药物研发中激动剂的优先主要因为:①靶点功能验证:激动剂是研究靶点功能的关键工具,提供对受体活性位点和下游效应的理解。②技术路线优化:激动剂的筛选较直观,为抑制剂设计提供结构和功能线索。③研发风险控制:激动剂开发为同一靶点后续开发抑制剂奠定基础,有助于提高成功率并降低开发成本。

尽管相比于抑制剂会优先考虑开发激动剂,但是研发顺序因靶点性质、疾病需求和研发目的而异。对于一些明确靶点异常活性的疾病,直接开发抑制剂也是常见的策略。


Ref.

1. Chadda KR, et al . GLP-1 agonists for obesity and type 2 diabetes in children: Systematic review and meta-analysis. Obes Rev. 2021 Jun

2. Takada I, et al. Peroxisome proliferator-activated receptor agonists and antagonists: a patent review (2014-present). Expert Opin Ther Pat. 2020 Jan;

3. Cheng B, et al. Recent progress in the development of hypoxia-inducible factor 2α (HIF-2α) modulators: Inhibitors, agonists, and degraders (2009-2024). Eur J Med Chem. 2024 Sep 5

4.李兴红,金春娜.新型降糖药物SGLT2抑制剂和GLP-1受体激动剂的心血管获益研究进展[J].心电与循环,2024,43(05):524-529.


封面图来源:123rf

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