从依折麦布看无靶点新药研发

2024-05-05

作者｜景言近 30 年来，随着生活水平的提高，我国高脂血症患病率明显增加。自从他汀类药物问世以来，高胆固醇的问题解决大半。依折麦布作为首个胆固醇吸收抑制剂，它的发现可以说实力与运气并存，研发人员在无心插柳之时发现了这项足以改变后世降脂方案的用药。令人深思的是其设计研究的过程中没有任何已知的靶点可供参考，是一种完全基于受体外、脱离受体模型的研究方式，是一种“早于受体的抑制剂”。其所走过的路径提供了开拓思维的借鉴意义，本文通过分享其研发与验证的小故事，希望为新药研发领域带来一些启发。图1：依折麦布的研发历程概览 01 依折麦布的研发历程一直以来，对于药物研发的基本思路是首先发现某一作用靶点，进而研究其增强或抑制剂，再通过不断优化其有机结构完成某一新药的研发与推广。而依折麦布作为首个胆固醇吸收抑制剂，其上市时间远早于其靶点受体的发现，这一不走寻常路的药物研发成为了医疗制药领域的轶事。20世纪80年代末，医药巨头默沙东公司研发的洛伐他汀横空出世，其强大的治疗效果使其名利双收，从此制药领域引发了降脂药物的研发热潮。图2: 洛伐他汀在这次热潮中，先灵葆雅公司将注意力放在了ACAT上——其是催化胆固醇重新酯化进而进入人体的关键酶。他们以ACAT抑制剂为起点，设计优化分子结构并进行有机结构的改进和筛选，再通过生物测试验证其降脂效果。然而结果却不尽如人意，实际治疗效果远远达不到预期。但在研究过程中得到的一个产率不到5%的副产物有着意想不到的降脂活性。然而这一产物虽然在体外有着优异的ACAT抑制作用，但是在体试验中，对试验动物的高脂血症治疗效果收效甚微。频繁出现的体内和体外疗效差异使得先灵葆雅公司高层在再三讨论后，决定放弃体外试验，直接在试验动物体内开展在体试验进行药物筛选。但随着研究的进展，高额的科研支出并没有换来满意的结果，最终公司决定终止这一研究，以收集数据、发表文章作为项目的收尾。峰回路转，在实验组撰写论文、收集数据时，补充做了两组新化合物的实验，意外的发现这两个化合物具有很强的在体效果，对血脂的降低作用达到了更高的疗效。在此基础上，研究组进一步探索，最终在仓鼠的胆管中发现了与之类似且活性更高的代谢产物，进而对这种复合物进行化学修饰，并研制成了早期的“依折麦布”。然而以动物实验为基础的在体实验由于缺乏相关的机制基础，不仅缺乏分子层面的支持，而且在人体和仓鼠之间的异质性问题也没有得到解决。但先灵葆雅公司决定放手一搏，跳过机制研究直接进行临床试验。幸运的是依折麦布在临床试验中表现出了优异的疗效，并存在更加宽广的安全窗口。但造化弄人，依折麦布的上市又将是一个极具挑战的问题。辉瑞公司在1996年上市的阿托伐他汀（立普妥）的强大降脂作用为整个医药行业的降脂药物研发拉高了门槛。这对只能降低15%左右胆固醇的依折麦布来说是一条难以逾越的鸿沟。于是依折麦布的研发上市再次被先灵葆雅公司搁置。图3: 阿托伐他汀（立普妥）由于立普妥现象级的降脂效果，导致新型他汀类降脂药物的优化在其面前就好似蚍蜉撼树，此时“同是天涯沦落人”的默沙东找到先灵葆雅，由默沙东牵头开展了他汀类药物与依折麦布的联合治疗。令人惊喜的是，两者的联合应用显示出了很好的协同效应导致了更强的降脂效果，更为重要的是他汀与依折麦布的联合应用减少了他汀的使用量，一定程度上避免了他汀大量使用导致的肌肉疼痛等症状。而此时，依折麦布的作用机制以及靶点仍属未知。在临床试验期间，两家公司合力攻坚终于弄清楚依折麦布的作用靶点，同时首次发现胃肠道的胆固醇吸收受体NPC1L1。图4 02 胆固醇的吸收途径体内胆固醇主要来源于两个方面。一方面是内源性的，主要在肝脏中乙酰辅酶A在羟甲基戊二酸单酰辅酶A（HMG-COA）和角鲨烯单加氧酶（SM）限速酶的作用下，经酶促反应从头合成。他汀类药品作用机制为抑制HMG-COA还原酶以减少内源性胆固醇的生成，实现降低胆固醇的作用。另一方面是外源性的，即食物中胆固醇的吸收和由肝脏分泌的胆汁。而饮食来源的胆固醇约占全部胆固醇的50%。进入肠道的食物胆固醇是酯化胆固醇，必须经消化液中胆固醇酯酶的水解，使之变为游离胆固醇后才能被吸收。游离胆固醇通过形成混合乳糜微粒，与小肠刷状缘充分接触并被其表面的NPC1L1介导进入上皮细胞内，在酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶（ACAT）的作用下又重新酯化，生成胆固醇酯，最后与载脂蛋白一起组成乳糜微粒经由淋巴管、胸导管进入循环血液。一般认为空肠起始段和部分回肠是胆固醇吸收的主要部位。上述即为胆固醇吸收的主要途径。图5：胆固醇吸收机制示意图此外，小肠近腔侧除了具有NPC1L1之外还有ABCG5/G8等诸多转运蛋白共同辅助完成胆固醇吸收过程。例如ABCG5/G8将ACAT难以酯化的胆固醇（部分植物来源胆固醇）排出体外。因此，有关NPC1L1和ACAT的探索长久以来都是降脂研究的热点。 03 机制与受体的验证先灵葆雅随后在Science上发表文章阐明NPC1L1受体的存在以及依折麦布对其的抑制作用。图6在人体中，胆固醇的吸收发生在小肠近端空肠，在那里膳食胆固醇和胆汁胆固醇都可以从肠腔吸收。胆固醇吸收的二级动力学、其甾醇特异性以及依折麦布的抑制作用都表明，这一过程是由一种特定的转运蛋白介导的。然而，这种假定的胆固醇转运体的身份仍然难以捉摸。为了确定参与胆固醇摄取的基因，研究者准备了两个cDNA文库进行测序，一个来自大鼠空肠粘膜，另一个来自激光捕获显微解剖分离的空肠肠细胞。将从这些文库中获得的16500个表达序列标签(est)与所有公开的大鼠est相结合，并将大鼠序列与小鼠和人类数据进行交叉比对进行注释。该序列数据库分析了含有胆固醇转运体中预期特征的所有转录本，即预测跨膜结构域、细胞外信号肽、n链糖基化位点以及已知胆固醇相互作用基序(如胆固醇传感结构域)的序列。从这个分析中只有一个可信的候选基因:NPC1L1的大鼠同源基因。而NPC1L1缺失小鼠对胆固醇吸收抑制剂依折麦布完全不敏感，提示NPC1L1或相关蛋白可能是该药物的分子靶点。图7：NPC1L1的发现之后，我国著名学者宋保亮院士团队也在Cell子刊上面发表了NPC1L1受体的工作机制。图8简言之，即细胞膜上的NPC1L1受体通过携带胆固醇，向胞内形成与网格蛋白形成网格蛋白复合体，在微丝和肌动蛋白的牵拉下以胞吞的形式进入细胞内吸收胆固醇，而NPC1L1再次回到细胞膜准备下一次的吸收过程。依折麦布的作用则是抑制NPC1L1的内陷，组织网格蛋白复合体的形成，从而抑制胆固醇的吸收。图9：NPC1L1吸收胆固醇及依折麦布作用机制写在最后作为现代新型降脂药物的代表，依折麦布的研发和上市过程可谓是一波三折，但正因如此使之成为医疗制药行业一段脍炙人口的佳话。依折麦布的成功背后离不开研发人员严谨求实的科学态度和及锋而试不离不弃的坚守，企业高层的放手一搏和超凡魄力也常让人不禁为之暗生敬意，拍手叫绝。谨以此则小故事向诸敢想、敢干、肯坚持、不放弃的科研学者和为人类福祉谋进步的制药企业致敬与学习。Reference1.Scott W. Altmann et al. ,Niemann-Pick C1 Like 1 Protein Is Critical for Intestinal Cholesterol Absorption. Science303,1201-1204(2004).DOI:10.1126/science.10931312.Cannon CP, et al. Ezetimibe Added to Statin Therapy after Acute Coronary Syndromes. N Engl J Med. 2015 Jun 18;372(25):2387-97. doi: 10.1056/NEJMoa14104893.Ge L, Wang J, Qi W, Miao HH, Cao J, Qu YX, Li BL, Song BL. The cholesterol absorption inhibitor ezetimibe acts by blocking the sterol-induced internalization of NPC1L1. Cell Metab. 2008 Jun;7(6):508-19. doi: 10.1016/j.cmet.2008.04.0014.Sudhop T, Lütjohann D, Kodal A, Igel M, Tribble DL, Shah S, Perevozskaya I, von Bergmann K. Inhibition of intestinal cholesterol absorption by ezetimibe in humans. Circulation. 2002 Oct 8;106(15):1943-8. doi:10.1161/01.cir.0000034044.95911.dc5.Scott W. Altmann et al. ,Niemann-Pick C1 Like 1 Protein Is Critical for Intestinal Cholesterol Absorption.Science303,1201-1204(2004).DOI:10.1126/science.1093131声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手觉得本文好看，请点这里↓