Dorzolamide Hydrochloride

Mark A. Murcko ACS 药物化学名人堂成员 麻省理工学院高级讲师 多家国际药企/药物研究机构成员   国际知名药物化学家 国际慈善团体募集者 Mark 直接参与了十种上市药物（青光眼、HIV、HCV、癌症、囊性纤维化）的研发。在获得耶鲁大学有机化学博士学位后，Mark 在默克公司开始了他的职业生涯，在那里他帮助发现了多佐胺，这是第一种基于结构药物设计方法获得批准的药物。随后，Mark 成为福泰制药的创始科学家，最终参与了福泰前七种上市药物的研发。离开福泰后，Mark 已帮助构思、创立或为超过20家从事不同药物模式和技术研究的组织提供咨询。他曾是戈登研究会议的理事，目前与波士顿科学博物馆和The Possible Zone合作。Mark 喜欢通过远足为慈善团体筹集资金。 ABSTRACT：药物发现是一个复杂、多参数优化的过程。Mark A 认为，更加注重优化结合亲和力将加速药物发现。请注意，“优化”并不总等同于“最大化”。尽管亲和力并非唯一重要的属性，优化药物-受体相互作用的价值是深远且常被低估的。优化亲和力可带来七个显著益处：更快获得强效的工具化合物；制备效价更高的化合物；制备选择性更强的化合物；更快地优化候选药物；鼓励追求更具合成挑战性的化合物；在先导化合物优化阶段拓展化学多样性；以及最大程度减少与“回避组”（avoid-one）靶点的相互作用，这些相互作用可能导致不良的ADME和毒性特性。亲和力与其他属性一样，应被视为整个发现过程中的关键战略组成部分。Mark A 提供了一份实用建议清单，以帮助项目团队更易实现亲和力优化的益处。SIGNIFICANCE 优化药物-受体相互作用具有多种显著益处。“优化”不一定意味着“最大化”。这些益处适用于药物发现的所有阶段和所有模式，但通常未被充分认识。本文提出一份实用清单，以促进亲和力的优化。 1. 引言 药物发现科学家中一个普遍持有的观点是：“效价是容易的部分”。根据这种观点，找到能以纳摩尔级亲和力与期望靶点结合并产生期望生物学效应（即具有“活性”或“强效”）的化合物很简单。不幸的是，效价是必要的，但并不充分；正如 Ralph Hirschmann 所说：“发现一个活性化合物相对容易，发现一个重要的新药仍然难以置信地困难。”要开发出有用的药物，必须克服的挑战已广为人知：证明药理学益处；实现足够的选择性、DMPK（药物代谢与药代动力学）和安全性；能够生产药物；设计和执行适当的临床试验；了解相对于替代疗法的真实医疗效益等等。成功的药物发现团队理解并采用多种策略应对这些不同的挑战。 此处的效价定义为在生化或细胞实验中达到给定生物学效应所需的药物浓度，而效能则是在给定剂量下药理学反应的程度。效价和效能均衡量药物的效果；它们是功能性读数。相反，结合亲和力是生物分子与药物之间相互作用的强度或紧密程度。更高的亲和力通常（但绝非总是）对应更高的效价或效能。 尽管效价并非全部，但能够优化效价极大地增强了我们发现突破性药物的能力。当我们能优化药物与期望靶点的结合时，实现期望药理学反应的机会就会增加；反之，与意外靶点的结合可能导致毒性效应、药物的代谢消除或组织分布阻止药物到达期望作用位点。每一个有利或不利的事件，都是由药物与体内生物分子（通常是蛋白质或核酸）之间的分子间相互作用驱动的。因此，探索改进测量、预测和调节亲和力的策略，将对药物发现产生深远益处。本文主张我们在优化亲和力方面投入的努力尚不足够。 需要明确的是，本文并非主张最大化亲和力。最佳亲和力取决于具体情况——药物模式、药理学作用机制、结合动力学等因素。对于简单的抑制剂或拮抗剂，通常最大化亲和力更好。然而，对于其他情况，最佳亲和力可能并非可达到的最高亲和力。下文将讨论此点。需要特别澄清的是，本文绝不是说优化药物的其他属性不重要。成功的药物必须平衡多个参数。药物需要以足够高的浓度到达作用部位足够长的时间以实现期望效果。药物还必须安全、可制剂和可生产。但任何药物首先必须有足够的分子间相互作用才能产生药理学反应。2. 亲和力的优势 优化亲和力可带来七个显著优势：2.1. 更快获得可测量的细胞效价 问题：药物发现活动中的起始点通常非常弱——通常在微摩尔（μM）甚至毫摩尔（mM）范围。无论是通过从头设计、筛选命中化合物的优化还是对已知化合物的修饰，将这些起始点转化为强效的先导分子通常是一个缓慢且易出错的过程。在这些早期阶段，目标是达到展现细胞效应所需的亲和力阈值水平。 益处：强效的工具化合物（尚未完全优化DMPK属性）能够快速评估和降低新靶点的风险，同时提供对潜在脱靶效应的见解。这是一个极具价值的贡献，它通过对亲和力的深入理解和重视得以实现。此外，对于癌症或传染病领域的项目，强效工具化合物可能有助于更快地识别出有问题的耐药性。快速获得效价的能力也鼓励了探索，从而获得更多样化的化学起始点，这对于确认从靶点评估研究中获得的知识极具价值。用几种不同化学型实现的相似结果本质上更可信。最后，强效工具化合物可能早期提示潜在的脱靶毒性效应，使团队在设计策略和实验工作流程方面抢占先机。2.2. 实现更高的效价 问题：即使在研究透彻的靶点上，团队也常常难以创造出具有足够效价的分子。 益处：改善的结合亲和力可能导致更高的效价（即，在更低剂量下产生药理学反应）或更高的效能（在相同剂量下产生更强的药理学反应）。见图1。在不恶化药物ADME属性的前提下实现更高的效价和效能，可以降低剂量；这降低了脱靶毒性的风险，并可能实现替代给药途径。最后，更高的亲和力使得复杂的“规则破坏者”分子能够口服给药，因为尽管口服生物利用度低，但可以递送足够的浓度以实现期望的药理学益处。近期令人信服的例子包括PCSK9抑制剂enilcitic和IL-23拮抗剂icotrokinra。2.3. 加速先导化合物优化过程 问题：药物发现是一个令人沮丧的多参数优化过程。在优化其他属性（如生物利用度）时，亲和力可能会丧失，需要额外的优化轮次。即使在后期先导化合物优化阶段，也有很高比例的化合物缺乏成为候选药物所需的亲和力。 益处：在优化其他属性的同时保持期望的亲和力和选择性水平，可以减少先导化合物优化的时间和成本，并有助于探索额外的先导系列。还需注意的是，如果优化候选药物所需的资源更少，则可将精力投入到额外的先导系列中。2.4. 优化针对密切相关靶点的选择性 问题：即使在深入研究且成功的基因家族中，如激酶和GPCRs，选择性仍然是一个主要挑战。（对于精准肿瘤药物，我们有时需要选择性结合到目标靶点的突变形式。）与密切相关的“反靶点”结合的化合物可能毒性过大，或需要降低剂量以避免毒性，从而降低其有效性。此外，药物可能无法考虑到靶点（导致缺乏益处）或反靶点（导致毒性）中的人类遗传变异。 益处：减少与“反靶点”的相互作用可以消除混杂分子，带来更安全的药物。未来的选择性挑战涉及多药理学药物或蛋白形式特异性药物的设计——这些分子能够结合特定的构象、多靶点复合物或蛋白质的翻译后修饰形式。2.5. 鼓励团队追求具有合成挑战性的化合物 问题：构效关系不可避免地相当复杂。即使是“微小”的改变，例如添加甲基或氟，也可能产生深远影响但难以合成。当然，更广泛的化学修饰通常问题更多（这就是为什么持续投资推进化学合成艺术至关重要。）任何缺乏有力理由的、具有合成挑战性的分子将被降低优先级。 益处：更强的预测亲和力的能力将鼓励团队迎接合成挑战。在最佳情况下，它将促成合成出否则永远不会被制造出的优越化合物。2.6. 探索多样化的化学空间 问题：众所周知，任何给定的化学系列都可能最终失败，因此，找到多种、多样化、新颖、有吸引力的化学型，为设计问题提供根本不同的分子解决方案，会增加产生临床候选药物的几率。许多团队确实在命中到先导阶段追求多个系列以确定首选化学型。然而，即使团队从几个有趣的化学系列开始，这些系列通常也会迅速被淘汰，团队很少在后期先导优化阶段在多个系列上投入大量精力。 益处：识别和追求多种、多样化、新颖、有吸引力的化学型是增加产生临床候选药物几率的最佳方法之一。拥有多个先导化合物既提供了保险（以防第一个系列失败），也带来了获得更好药物的潜力（如果第二个系列最终证明更优越）。因此，对亲和力有深入理解的团队获得了相当大的优势，因为他们可以更有效地驾驭探索过程。2.7. 回避“回避组” 问题：候选药物的ADME属性和潜在安全性风险取决于候选药物与一大类多样化蛋白质的相互作用，如细胞色素P450、有机阴离子转运蛋白、hERG、PXR、血清白蛋白等。粗略估计，全身有大约一千种此类蛋白质，仅肝脏中就有超过250种已充分表征。这个被称为“回避组”的反靶点集合的规模和多样性，给药物发现团队带来了一个令人生畏的选择性挑战。 益处：通过减少或消除候选药物与导致不良ADME/毒性后果的反靶点之间的相互作用，我们可以期待获得更多、更好的候选药物。逐渐地，这些“回避组”蛋白质的三维结构将被解析，并将开发出可靠、高通量、低成本的测定方法来测量我们的药物与这些反靶点的相互作用。我们最小化候选药物与“回避组”靶点相互作用的能力，将极大地加速先导化合物优化过程。3. 强调亲和力可能面临的异议 值得考虑对我强调亲和力可能提出的广泛异议。以下清单总结了在过去十年中与全球科学家进行的多次讨论。该清单可分为两部分：认为强调亲和力是误导或误解的异议，以及对亲和力应用于更具挑战性项目的异议。 (A) 认为关注亲和力是误导或误解的异议。 异议：您将药物发现视为亲和力问题而忽略其他一切——这是您的锤子。 回答：不。我并非建议我们忽略其他属性！我同意许多其他复杂属性对于实现低剂量有效药物至关重要。然而，分子间相互作用驱动生物学后果；理解结合是基础。我认为应该稍微更多地强调优化这些相互作用。 异议：如果我过分关注结合亲和力，我可能会损害化合物的物理性质——要么添加过多的疏水性基团，要么添加过多的氢键基团。因此，通过强调亲和力，我担心实际上会降低成功的几率。 回答：如上所述，亲和力并非唯一重要的因素，设计过程必须考虑其他因素。关注平衡亲和力和亲脂性的实际措施至关重要，跟踪那些无法被分子内氢键屏蔽的氢键基团也是如此。最终目标是尽可能低的剂量，这将取决于多个因素。 异议：如何以相关的方式测量亲和力？试管中的实验无法反映生物体内的复杂环境。 回答：我同意必须注意简单生化测量可能无法捕捉药物与其靶点相互作用的分子间环境的重要微妙之处这一风险。然而，经验证据表明生化亲和力与细胞效价之间存在合理的相关性；生化测量通常能提供有价值的信息。 异议：先导优化团队已经实现了效价——问题何在？ 回答：该过程效率非常低下。即使在后期项目中，正在制造的化合物中仍有相当大比例（通常三分之一到三分之二）没有足够的亲和力和选择性成为候选药物。该过程极其缓慢。团队通常至少花费一年——通常更长——来优化他们的先导化合物。大多数团队只对一个先导系列投入大量精力，增加了失败的风险。许多团队未能产生开发候选药物，尤其是在处理挑战性靶点时。 异议：更强的药物会更强烈地作用于结构相关的反靶点，导致毒理学风险。 回答：是的，改善的亲和力更强调选择性。如果我们能够设计亲和力，我们也可以设计避开反靶点。 异议：真正的要点难道不是需要提高效价——化合物在细胞实验中的活性吗？ 回答：是的，细胞效价有助于实现有效的低剂量药物，并且在大多数情况下，更高的亲和力有助于实现更高的细胞效价。此外，对于激动剂，能够优化配体与靶点之间精确的分子间相互作用将有助于产生期望的药理学效应。 (B) 认为关注亲和力无关紧要的异议 异议：对于靶点未知的表型筛选项目怎么办？ 回答：随着化学生物学技术的不断发展，我们药物的靶点被了解将变得越来越普遍。然而，即使在靶点未知的情况下，了解我们的药物与“回避组”的结合也将使候选药物优化更快、更确定。 异议：我最大的问题是靶点选择和生物学验证。 回答：评估靶点的最佳方法通常是使用“工具”化合物，这些化合物可以补充从人类遗传学或基因敲除/敲低技术获得的信息。这类工具化合物必须具有合理的效价和选择性，并且理想情况下具有适合（无需优化）在靶点动物中给药的DMPK属性。缩短生产此类工具化合物所需的时间将极大地改善靶点验证过程。 异议：我最大的问题是毒理学。 回答：优化的亲和力（结合保持优异的ADME属性）将有助于实现更低剂量，降低随机脱靶毒性（包括特异质毒性风险）的机会。改善对邻近“反靶点”的选择性也降低了毒理学风险。拥有多种结构不同的化学型增加了项目成功的机会，因为在临床前研究中观察到的毒性效应通常在化学系列之间有所不同。消除与“回避组”靶点的相互作用将进一步降低毒理学风险并改善ADME。 异议：亲和力如何帮助我应对新颖模式，如分子胶和异双功能药物？ 回答：邻近增强领域正在快速发展。这类药物具有共同的机制特征：它们与两个生物分子形成三元复合物。分析这类三体系统既复杂又反直觉。理解蛋白质降解的机制微妙性同样具有挑战性。在这类复杂的三体系统中，更深入地理解分子间相互作用的强度与所产生药理学之间的关系，将指导最优化合物的设计。这也是为什么化学蛋白质组学和生物物理学的进步如此关键。 异议：亲和力如何适用于具有长驻留时间的药物？ 回答：共价化合物的结合依赖于分子识别，以在合理的时间尺度上形成必要的反应中间体。此外，慢解离速率可逆抑制剂的结合通常涉及蛋白质构象变化，这些变化依赖于药物与蛋白质之间有利的分子间相互作用。 异议：亲和力如何适用于激动剂？ 回答：与异双功能药物和分子胶一样，分析非常复杂。激动剂必须首先以足以触发必要构象变化的亲和力与其靶点结合，才能产生药理学反应。理解这些分子间相互作用有助于设计。 异议：后期出现的特异质毒性可能由多种原因引起，目前都无法预测。您如何解决这个问题？ 回答：虽然相对罕见，但这确实是一个严重的医学问题。理解驱动此类事件的潜在机制，并学习如何避免它们，是一个具有挑战性的难题，可能会在未来几十年继续困扰该领域。间接地，对亲和力的深入理解有助于产生多种多样不太可能遭受相同特异质效应的化学型。然而，由于特异质毒性可能在临床试验后期才出现，在研究阶段拥有多种化学型可能无法立即解决问题。更具影响力的将是在临床前阶段识别特异质毒性潜力的能力，这需要借助对“回避组”的更深入理解以及更准确地预测可能的人类代谢物范围的能力。优化亲和力导致更低剂量，可降低特异质毒性的风险。 异议：这如何帮助我应对生物制剂？ 回答：效价和选择性对于生物制剂的设计同样相关。对于形成多聚复合物的生物药物（ADCs、双特异性抗体等），理解分子间相互作用将同样具有挑战性且同样重要——如同小分子邻近增强药物。整合非标准氨基酸和翻译后修饰（糖、磷酸盐、SUMO基团等）有望极大地提高许多生物药物的效用。这需要优化这些非标准部分与大分子靶点的相互作用。 异议：如今我的大多数靶点都是高度复杂的分子机器，要获得关于药物结合亲和力的相关见解相当具有挑战性。 回答：许多靶点仍然“不可成药”，因为我们缺乏有用的化学起始点。如果一个靶点“不可筛选”（意味着无法设计并执行合适的筛选）或“不可配体化”（意味着可以筛选但无法产生有用的化学物质），那么该靶点实际上是“不可成药”的。即使在有化学物质的情况下，辨别复杂细胞内多组分机器的结构-功能关系在一段时间内仍将是艰巨的任务。在没有靶点结构信息的情况下，我们可以将其视为类似于表型筛选项目，对“回避组”靶点的结构洞察应有助于通过预防ADME和毒性挑战来优化化合物。化学蛋白质组学领域的持续发展极为有用。新兴方法可以直接在细胞或细胞裂解物中准确测量化合物亲和力。这类测定对于研究那些在其天然细胞环境中研究最佳的复杂分子机器的成药性特别有用。 最后，随着结构生物学领域的不断成熟，以及我们进一步提高在计算机中预测结构的能力，我们理解药物与这些复杂多组分系统结合的能力将会提高。4. 讨论 如上述七种方式所述，更加强调亲和力为药物发现带来了显著益处：更快获得多种强效的早期工具化合物；制备效价更高的化合物；制备选择性更强的化合物；更快地优化候选药物；追求更具合成挑战性的化合物；在先导化合物优化阶段拓展化学多样性；以及通过规避“回避组”（众多导致ADME和毒性挑战的靶点）来制造更好的药物。这些益处在不同项目的不同阶段会有不同程度的体现。 为了放大这七个优势之一，考虑验证生物学上新颖、高风险靶点的挑战。通常，此类靶点被视为非常难以成药。快速创建工具化合物具有巨大价值；然而，此类化合物很少具有理想的ADME属性。幸运的是，现在存在一系列提高暴露量的技术，例如使用P450抑制剂、外排泵阻断剂，或通过非口服途径配制和递送药物的多种策略。这些方法通常使此类化合物适合达到药理学相关的暴露水平，从而能提供足够的靶点验证以证明进一步进行PK优化的合理性。 深入了解亲和力的另一个重要优势是其可转移性。对一个困难靶点发现高亲和力化合物，常常有助于在与相关但更困难的靶点方面取得成功。近期基于共价G12C化合物的成功发现非共价KRAS G12D抑制剂，很好地说明了这一点。 为了阐明实现这七个益处的多种方式，可以考虑任何发现团队的化学策略如何被描述为探索和微调的混合。 探索指的是广泛采样化学空间。关键问题是：“我探索了多少化学空间？”以及“我如何确定探索的优先级？”。然而，在药物化学史上，我们总共只采样了潜在“药物空间”的极小一部分——字面上少于“沧海一粟”。项目团队常常难以找到多个不同的先导系列，并且对如何更广泛地搜索化学空间的最佳方法了解有限。幸运的是，我们的科学界似乎已经克服了仅根据任意定义的“规则”认为一小部分分子“类药”的破坏性思维模式。现在的团队更具冒险精神，而对亲和力的深入理解有助于指导探索。 微调指的是我们做出更微妙改变以优化先导系列内属性的能力。微调时的相关问题是：“我正在制造的分子中，有多大比例是好的选择？”。当我们选择在给定系列内制造特定的类似物时，我们试图同时优化多个参数。我们必须承认，我们在微调方面并不十分有效。许多项目团队从未产生过候选药物，而成功的团队通常在多年的过程中制造数千种化合物以选择一个“优胜者”。对亲和力的深入理解可以显著提高搜索过程的整体效率。 总的来说，项目团队倾向于在早期阶段进行探索，在先导化合物优化阶段进行微调。然而，亲和力的七个益处都可以不同程度地应用于探索和微调阶段，具体取决于特定项目的具体挑战。在探索阶段，可能发现一个原本会被错过的显著改进的化学型。在微调阶段，对亲和力更微妙的理解可能有助于完善现有系列内的分子属性，或提供追求合成挑战性分子的动力。 细胞效价远高于结合亲和力总是值得注意的。它可能提示药物的作用机制，或表明混杂性，也可能表明药物具有有利属性，如出乎意料的高细胞内或组织浓度。厘清这些可能的解释总是必要的，并且从理解分子的亲和力中获益良多。理解亲和力可能具有挑战性，尤其是在处理复杂靶点和新颖药物模式时。实验和计算方法的持续进步将帮助我们应对此类情况。 鉴于分子胶和异双功能分子的突出性和复杂性，值得强调的是即使在这里，亲和力也起着关键作用。更高的三元复合物亲和力和有利的协同效应确实与更强的细胞降解相关，而PROTAC三元复合物形成的动力学在有效靶点降解中起着至关重要的作用。目前强大的生物物理和生化方法使得能够量化这些关键参数。总之，新兴文献强烈支持“亲和力思维”在分子胶和降解剂设计中的相关性。 显然，追求亲和力高但化学性质差的系列，或只专注于亲和力，将是愚蠢的。相反，我的观点是，化学家通常在达到纳摩尔水平后就停止尝试提高亲和力。虽然这些水平通常足够，但额外的亲和力可能极大地简化多参数优化过程，特别是对于挑战性靶点。如果需要在作用位点达到期望效果所需的循环药物量更少，PK优化就变得更容易管理。总剂量更低的化合物也往往更安全。 因此，我建议在整个研究项目期间，追求进一步的内在亲和力提升是一种合理的策略。提高的亲和力，只要不被ADME参数的退步所抵消，通常会导致更好的结果。因此，故意简化的标准（如LipE和VLE）在实践中是有用的，仔细关注半衰期也同样重要。 我也不希望低估解决困扰药物发现的许多其他挑战的重要性。在此文中，我已经提到了诸如：特异质毒性；运行合适的筛选以确定可行化学起始点的能力；以及邻近增强药物的复杂行为等主题。其他一些挑战包括：驻留时间对药物作用的影响；受体药理学的微妙性（偏向信号传导、部分激动和反向激动等）；辨别复杂、动态、多组分细胞内机器的结构-功能关系；以及生物学靶点验证。配体-靶点亲和力的理解只能部分解决这些挑战。 尽管并非全部，但亲和力极其重要——通常超出我们的认识。前进的道路是明确的。更加强调亲和力的优化提供了清晰、多样且显著的益处，并将加速革命性药物的创造。 原文（点击底部 阅读原文 直达论文页面）： The Affinity Advantage Mark A. Murcko* J. Med. Chem. 2026, ASAP https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c03222 © 2026 American Chemical Society  每日寄语 ： 你还年轻，肯定记得自己犯过这种毛病：某人的缺席反而使他在你心里完美无缺