点击显示 收起
寻找药物设计的新靶点
中国免疫学杂志 1999年第1期第15卷 述评
作者：沈倍奋
单位：军事医学科学院基础医学研究所，北京100850
中国图书分类号 R966 R392.11
以往寻找一个治疗药物的传统方法是筛选天然产物或合成化合物，使它们干扰与疾病有关的生物学过程。使用这种方法是由于人们对人类疾病的分子病因学的知识有限，因此随机筛选是必须的。近20年间，分子生物学技术的迅速发展确定了许多参与人体生理或病理过程的主要蛋白，及这些蛋白间的相互作用，这些信息为寻找药物设计的新靶点提供了基础。本文简述了近年来有关研究的概况。
1 靶向CD分子的治疗制剂
白细胞分化抗原(CD分子)是白细胞在正常分化过程的不同阶段出现或消失的细胞表面分子，它们大多是蛋白质或糖蛋白，一般可分为胞外区、穿膜区和胞内区。目前CD分子共有166种，根据它们的性质及表达的细胞可分为九大类：T系、B系、髓系、NK/非谱系、血小板、内皮细胞、激活抗原、粘附分子和细胞因子受体。很多分化抗原都是有功能的分子，有些是酶、有些是受体、有些是信号传导分子、离子通道或调节分子。对这些分子的研究不仅能阐明一些理论问题，如细胞激活、信号传导等，而且也可以作为治疗制剂设计的靶点。目前靶向CD分子的治疗制剂有几种类型：
1.1 抗CD分子的抗体用于疾病治疗 抗T细胞上CD3分子的单抗是FDA最早批准上市的单抗制剂，可用于治疗急性同种异体肾移植排斥反应，抗CD25抗体是针对IL-2受体的单抗，目前已用于抗肾移植排斥反应、某些自身免疫病及某些血液肿瘤。抗CD20、抗CD19-封闭的蓖麻毒素用于B细胞淋巴瘤的治疗。目前全世界正在开发的单抗制剂约有80余种，其中20多种已进入临床试验，见表1。
表1 已进入临床试验的部分CD抗体及其衍生物
| CD抗体或其衍生物 | 用途 |
| 抗CD3抗体 | 器官移植时抗排斥(已通过FDA) |
| 嵌合抗CD3抗体 | 器官移植时抗排斥( III ) |
| 抗CD4抗体 | 预防排异反应、自身免疫病( II ) |
| 抗CD4抗体 | 类风湿关节炎( II ) |
| 嵌合抗CD4抗体 | 类风湿关节炎、T细胞淋巴瘤( I ) |
| 嵌合抗CD4抗体 | 类风湿关节炎、炎性肠道疾病( II ) |
| 抗CD5-蓖麻毒素A链 | 骨髓移植预防GVHD ( III ) |
| 抗CD6-封闭的蓖麻毒素 | T细胞恶性肿瘤( I / II ) |
| 抗CD19-封闭的蓖麻毒素 | B细胞淋巴瘤 ( III ) |
| B细胞白血病 ( II ) | |
| 自体骨髓移植 ex vivo ( I / II ) | |
| 嵌合抗CD20抗体 | 非何杰金氏B细胞淋巴瘤 ( III ) |
| 抗CD25抗体 | 抗肾移植排斥 ( III ) |
| 抗CD33抗体 | 急性髓系白血病 ( II /III ) |
| 抗CD33-封闭的蓖麻毒素 | 髓系白血病 ( I / II ) |
| 自体骨髓移植 ex vivo ( I / II ) | |
| 抗ICAM-1 (CD54)抗体 | 中风 ( II / III )、热损伤 ( II ) |
| 131 I-抗CEA(CD66e) | 结直肠癌 ( I ) |
1.2 免疫粘附素(Immunoadhesin) 近年来人们将识别特异性配基的细胞表面受体胞外区与人免疫球蛋白重链的绞链区和Fc段融合成具有“免疫”和“粘附”功能的免疫粘附分子，亦称免疫粘附素。它们作为治疗制剂有两个特点：由于结构上与人源分子的同源，它们在体内的半寿期与人源抗体相似，持续时间比较长；其次，它与抗体一样可以影响病理过程中起主要作用的一些反应。原则上免疫粘附分子可以设计成拮抗剂或激动剂。利用分子生物学操作可以构建不同结构的免疫粘附素。以CD分子为基础的免疫粘附素见表2。
表2 以CD分子为基础的免疫粘附素
| 免疫粘附素 | 配基 | 应用 |
| 粘附分子 | ||
| CD4 | HIVgp120 | 抑制体内HIV感染 |
| L-选择素(CD62L) | CD34 | 预防嗜中性细胞介导的肺损伤 |
| P-选择素(CD62P) | 唾液酸化
Lewis |
同上 |
| ICAM-1(CD54) | CD11a / CD18 | 抑制鼻病毒感染 |
| TNF受体家族成员 | ||
| TNFR1 (CD120a) | TNF | 治疗脓毒症休克 |
| TNFR2 (CD120b) | TNF | 抑制TNF升高的HIV复制 |
| Fas/Apo-1/CD95 | FasL | 治疗过度凋亡引起的疾病 |
| 细胞因子受体 | ||
| IFN-γRa(CD119) | IFN-γ | 抑制IFN介导的自身免疫病 |
| IL-1R (CD121) | IL-1 | 抑制IL-1介导的炎症 |
| 受体酪氨酸激酶 | ||
| PDGFR (CD140) | PDGF | 确定配基结合区 |
| 其他细胞表面蛋白 | ||
| CD21 | C3片段 | 预防对免疫抑制剂和肿瘤治 疗剂的抗体反应 |
| IgER (CD23) | IgE | 治疗过敏性疾病 |
1.3 基于CD分子结构设计的药物 CD4与主要组织相容性复合物II类分子的相互作用对CD4 T细胞的激活是十分重要的，后者的激活与移植排斥反应及某些自身免疫性疾病密切相关。李松等将CD4分子胞外区上D1、D2结构域和MHC II类分子的晶体结构已经测定，CD4蛋白的许多突变体已构建成功，其中包括与MHC II类分子结合部位的突变体，因此有可能通过计算机模建确定CD4表面与MHC II类分子结合及激活T细胞的功能表位构型，然后在此基础上再通过计算机从分子数据库中筛选大量有机化合物，从中寻找能适合这种表位构型的化合物作为配基，研究它们特异性阻断CD4-MHC II类分子结合的能力，发展小分子有机化合物，在自身免疫性疾病和同种异体移植反应的动物模型上能有效抑制免疫反应。
2 信号传导分子作为药物设计的靶
外部信号例如细胞因子、激素、神经传导介质等，与细胞表面膜受体相互作用后，外部信号被传导到细胞膜的内侧面。在那里受体分子的胞内区与细胞内的靶接触，通过一系列可诱导的和可逆的蛋白-蛋白相互作用，调节蛋白从可溶性细胞物质中出来形成暂时的蛋白质复合物。这种蛋白分子的相互作用，最后到细胞核使某些基因开放或关闭，影响细胞的行为和功能。上述信号传递过程中涉及许多独特的、性质不同的蛋白质，而且信号通路也是多条。因此，确定参与每一信号传递途径的单个蛋白，蛋白与蛋白相互作用的次序及相互作用的部位，对控制信号传递是十分重要的。
信号传递过程中包含一些蛋白质，往往具有多个功能域，这种“模式”结构既具有结合特性，与其他细胞蛋白、DNA调节元件、钙、核苷酸或脂质结合，也有酶活性。编码这些功能域的DNA序列在整个进化过程中穿梭出现，结果一个特殊的功能域可以在30～100或更多的不同蛋白质中发现。每个功能域中的氨基酸不同，这种差异对功能域的结合特异性产生影响，利用这些信息就可以进行药物设计，使它们特异性地干扰疾病过程中重要分子的相互作用。与正常细胞相比较，某个信号途径的活性增加或多样性丧失，往往导致疾病的发生，例如原癌基因的过量表达或突变使信号传递途径被激活，细胞接受无限增殖的信号，或某些信号途径的亢进使细胞的细胞周期失去控制，以致细胞无限增殖。这种信号传递功能异常引起的增生性疾病有肿瘤、动脉粥样硬化、乳头瘤、牛皮癣等。理论上抑制增殖信号合理地提高凋亡途径的信号将有助于这些疾病的治疗。Src homology-2(SH2)结构域存在于许多信号传递分子上。SH2-磷酸酪氨酸相互作用的许多特征使它们在以结构为基础的药物设计中特别引人注意。另一些细胞内信号传递途径中包括的蛋白质结合域，例如亮氨酸拉链、TAM/ARH motif、SH3、锌指结构等也有类似的结构特性，对这些蛋白质相互作用部位的结构分析，产生肽模拟物，对药物设计来说是非常有用的，然而这些模拟肽用于人类疾病治疗还有一些困难，其中包括药物如何释放到细胞内靶部位。细胞内途径的多样性，特别是特异性，每一个这种结构域都可在许多细胞蛋白上出现。因此要考虑每一类结构域上的氨基酸差异，单个结构域上氨基酸残基的差异是每个配基结合部位的结构特异性，配基在磷酸酪氨酸残基周围有不同的氨基酸。阻断信号传递途径可以有多种方法，如利用小分子有机化合物、抗体、显性失活蛋白、反义RNA、核酶等。一般信号传导的抑制剂可分为选择性和非选择性，但二者的差别是量而非质，已知的选择性和非选择性抑制剂见表3、表4。
表3 非选择性抑制剂
| 靶分子 | 化合物 |
| Ras | L-744 ,832 ，RasAsn17显性 |
| PI-3’激酶 | Wortmannin |
| ‘MEK/MKK1 | PD 098059 |
| CdK2 | Olomoucine |
| Cdc2 | Butyrolactone 1, L86-8275 |
| 蛋白激酶C (PKC) | Bryostatin |
| Pp60c_src | PPI |
| FIK/KDR | AG1433 |
表4 选择性抑制剂
| 靶分子 | 化合物 |
| EGFR | PD153035, RG13022 |
| DAPH1 , AG1478 , 抗体 | |
| HER-2/neu | AG879类似物 ，抗HER-2抗体 |
| PDGFR | ‘AG1295/6 , CGP 53716 |
| JAK-2 | AG490 |
| P210bcr_abl | ‘AG1112 , AG957 |
| 锌指阻断结构 | |
| 靶向BCR-ABL的核酶 | |
| 雌激素受体 | 三苯氧胺，ICI 182,780 |
目前靶向信号传导分子的药物设计靶点有几种类型：
2.1 蛋白酪氨酸激酶(PTK) 蛋白酪氨酸激酶是正常细胞生长所必须的，几乎在所有增生性疾病中起主要作用，因此PTK阻断剂有较强的效应，例如酪氨酸磷酸化抑制剂RG13022和RG14620在荷瘤裸鼠模型上能阻断过量表达EGFR的人鳞状细胞癌，PTK阻断剂对其他增生性疾病也有一定效果，例如，在血管成形术和搭桥术引起的动脉再狭窄中，由于损伤区血小板释放PDGF，当它与平滑肌细胞上的受体结合后，引起细胞增殖。PTK阻断剂可以抑制细胞增殖，降低再狭窄的发生率。
2.2 Ras和其他小G蛋白 GTP酶的Ras家族成员在细胞生长分化的调节中起轴心作用。在哺乳动物细胞中3个基因编码4个Ras蛋白，它们之间是高度同源的。Ras蛋白在GDP至GTP的周期中将胞外信号传导到核内。大部分人类肿瘤细胞表达Ras蛋白的突变体，它们使GTP形成周期受影响，以致向核内输送无限增殖的信号。阻断Ras癌蛋白的功能就有可能找到抗癌药物。至今人们一直在努力发展Ras法尼基化的抑制剂去阻断它锚定到膜上，以降低其癌基因的活性。在许多受试的细胞中，70％以上的Ras活性可被法尼基化的抑制剂抑制。Merck研究组也证实这种法尼基化的抑制剂在体内是有效的。在Ras诱导的信号传导中小G蛋白Rho和Rac起关键作用，但只有Rac和Rho是完整的时候Ras才表达全部癌基因活性。因此，这两个小G蛋白也成为药物设计的靶点。
2.3 细胞周期分子 在细胞癌变时，复杂的细胞周期同样发生改变，细胞周期蛋白过量表达、Cdk2蛋白抑制剂缺乏、Rb缺乏、p53突变是许多肿瘤细胞的特点。这些变化使细胞的细胞周期失控，细胞无限增殖，因此合成Cdk2、Cdc2激酶的抑制剂和另一些依赖cyclin激酶的抑制剂可阻断此增殖过程。
2.4 转录因子和核受体 转录因子在基因表达中是非常重要的调节分子，在DNA复制中转录元件的激活是增殖信号途径的终点，寻找并确定在增殖过程中起主要作用的转录因子，以及它们与疾病的相关性就可以作为药物设计的靶点。第一个成功的例子是Tamoxifen和ICI 182 .780，它们阻断参与乳腺癌变过程的雌激素受体。NF-kB是另一个以转录因子为靶的例子。NF-kB参与一些炎症性疾病，抑制它的活性是抗炎药物设计的一种思路。
2.5 参与细胞凋亡的分子 细胞凋亡是一种生理性程序，但在病理条件下可以被激活，造成机体损伤，凋亡过程具备一系列典型的生化和形态学特征。近年来的研究集中在参与并调节凋亡过程的分子，例如半胱氨酸蛋白酶(Caspases)家族的成员，特别是Caspase-3，它是该家族中最重要的凋亡执行者之一，在凋亡的执行阶段，负责对全部或部分关键性蛋白的酶切。选择性激活肿瘤细胞Caspase-3活性并进而诱发肿瘤细胞凋亡是治疗肿瘤的一种新途径，而选择性抑制Caspase-3活性可以作为神经退行性变化的疾病的治疗手段。
靶向信号传导分子的治疗的概念是近几年来提出的，随着人们对疾病机理的深入了解及技术手段的不断改进，合理药物设计的靶点将会更多。
作者简介：沈倍奋，女，研究员，中国工程院院士，中国免疫学会常务理事，《中国免疫学杂志》编委
〔收稿1998-12-28〕