我傻傻分不清的激酶,奥布替尼分清了

北京儿童医院白癜风外用药 http://pf.39.net/bdfyy/qsnbdf/160304/4780807.html
目前人体中发现的激酶有种，虽谈不上浩如烟海，但也让人傻傻分不清；我傻傻分不清问题不大，最多是“无知”，如果药物也分不清，在与目标激酶结合的同时，也“盲目的”与非靶标激酶结合，产生脱靶效应，带来的严重副作用如房颤、腹泻、出血等则可能会“要命”！1.激酶kinase激酶(kinase)是一类生物化学里的分子，参与底物磷酸化的过程，把磷酸基团从能量高的分子如ATP转移到能量相对较低的特定靶分子（如蛋白质、脂质、糖、氨基酸和核苷等）上。激酶通过磷酸化底物从而激活下游信号通路，调控细胞的生长、分化、增殖、血管生成和凋亡等重要的生物过程。可以说，人类激酶组是一个潜在治疗靶点资源库。目前在人体中发现了种激酶，蛋白激酶是最大的激酶族群，能把ATP上的γ-磷酸转移并结合到特定蛋白质分子中某些丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上，从而改变底物蛋白质及激酶的构象和活性，影响一系列生命活动。2.激酶组kinome根据蛋白激酶域序列的差异性，可将蛋白激酶聚集成组、家族和亚家族，构建成激酶树状图，两个激酶间沿分支的距离越近，两个激酶序列间的差异越小，属于同一家族的激酶间距离较近，序列差异相对较小。点击图片查看大图，找找BTK在哪里具体来说，蛋白激酶主要分为两大类，即丝氨酸/苏氨酸激酶和酪氨酸激酶。丝氨酸/苏氨酸分为TKL、STE、CK1、AGC、CAMK和CMGC六个亚家族。酪氨酸激酶（TK）根据其是否存在于细胞表面，分为受体型酪氨酸激酶（RTKs,如：EGFR、ErbB2、ErbB4等）和非受体型酪氨酸激酶（NTKs，如TEC激酶家族：BTK、BMX、ITK、TXK等），如下图所示。

左右滑动浏览不同家族激酶

3.激酶抑制剂年，重磅炸弹伊马替尼的上市，彻底点燃了科学家对激酶抑制剂的研究热情，肿瘤治疗也正式进入小分子靶向药物与单克隆抗体“双雄争霸“”的时代。根据激酶的分类，目前已上市的激酶抑制剂大部分属于酪氨酸激酶抑制剂，也就是我们熟知的“替尼”类药物，其次为丝氨酸/苏氨酸激酶抑制剂、脂激酶抑制剂等。根据与蛋白激酶结合方式的不同，小分子蛋白激酶抑制剂也可分为可逆和不可逆两大类，已上市的激酶抑制剂中大部分都是可逆抑制剂。可逆性激酶抑制剂主要通过作用于蛋白激酶的关键结构域“铰链区”发挥效应，铰链区是蛋白激酶中具有高保守性的催化活性结构域，包含ATP与激酶的结合位点，通过氢键与ATP的腺嘌呤相互作用。可逆抑制剂通常利用一个类似于ATP结构中嘌呤环的杂环作为骨架核心来“模拟”ATP分子，以实现竞争性占据激酶中ATP嘌呤环结合位点的目的，进而阻止或减少激酶的磷酸化，实现抵抗肿瘤的作用。这些可逆性抑制剂与ATP结合位点的结合是通过较弱的、可逆的作用力，如氢键、范德华力和疏水作用力等来实现，这种较弱和可逆的作用力为这一类药物带来了一些不可忽视的缺点:选择性不够好、药效不够强烈和持久、易引发耐药。不可逆抑制剂也称共价抑制剂，小分子化合物通过共价键与靶蛋白氨基酸残基（cys等）发生不可逆结合，进而发挥生物学活性。相较于可逆抑制剂，不可逆抑制剂具有自己独特的优势：相对于可逆抑制剂的氢键、范德华力、疏水作用力等作用力，共价结合作用力较强,化合物与靶蛋白的共价结合是不可逆的，可以对靶蛋白“永久灭活”，其作用更为强烈和持久，进而减少给药剂量和频率；同时其在一定程度上可克服耐药性（如二代不可逆抑制剂阿法替尼可克服第一代EGFR(吉非替尼、厄洛替尼等)可逆抑制剂出现的耐药性问题，同时对非耐药性EGFR受体也表现出良好的活性）。但是，共价抑制剂这种较强的作用力，一旦脱靶,也同样会发生在脱靶靶点上,从而也带来增强的毒副作用，出于对其可能带来更大毒副作用的担心,在过去相当长一段时间内共价抑制剂的发展相对较慢。随着人类对药物靶点作用机制的理解更为深入，才发现一些现存的药物本身就是共价抑制剂，比如奥美拉挫、阿司匹林等，进而对不可逆抑制剂的质疑才不断减少，不可逆共价抑制剂迎来了新的发展阶段，但是，对共价抑制剂的风险仍然不容小觑，提高其选择性至关重要。4.不可逆共价激酶抑制剂作用机制为提高不可逆激酶抑制剂的选择性，使其准确定位到目标靶点，减少与非靶标蛋白的结合，不可逆性激酶抑制剂通常也会具有可逆激酶抑制剂的母核骨架结构，该骨架结构具有可逆激酶抑制剂的选择性及可逆性结合至ATP结合域的能力，在该母核骨架的基础上，优化设计可进行共价反应的官能团。因此不可逆共价抑制剂分子包括母核骨架（可逆抑制剂母核骨架）与弹头（不可逆共价结合官能团）两个部分，进入体内后，不可逆共价激酶抑制剂与靶蛋白的结合分为两步,第1步是药物的母核骨架与靶蛋白“铰链区”的结合位点发生非共价结合（模拟”ATP分子，竞争性占据激酶中ATP嘌呤环结合位点）,形成非共价复合物；第2步是非共价复合物中，不可逆共价激酶抑制剂的弹头与靶蛋白中的氨基酸残基形成共价键，产生不可逆的共价结合,从而阻断靶蛋白与ATP的结合。前面我们提到可逆结合主要是通过氢键、范德华力、疏水作用力等来实现，那么不可逆结合是如何实现的呢？共价结合的本质是蛋白激酶中的亲核性基团与不可逆抑制剂中的亲电基团（弹头）进行相互反应，形成新的共价键，涉及到的反应类型主要有以下几种：酰化反应、烷基化反应、Michael加成、二硫键化、Pinner反应等。蛋白激酶中的亲核性基团主要有半胱氨酸、丝氨酸、赖氨酸等残基中羟基、巯基、氨基等官能团；不可逆抑制剂中的亲电基团（弹头）主要有丙烯酰胺（伊布、泽布、奥布替尼）、丁炔酰胺（阿卡替尼）、氰基、乙烯砜基、缩氨基硫脲、酮类、醌类和丙炔酸等。半胱氨酸其侧链有富电子巯基，是最常见的共价氨基酸残基；丙烯酰胺是较常用的亲电性弹头，如图所示，丙烯酰胺与半胱氨酸的富电子巯基发生Michael加成反应,形成共价键。5.BTK抑制剂结构差异接下来我们直观的比较下伊布替尼、泽布替尼、阿卡替尼和奥布替尼的分子差异。首先来看紫色的母核骨架部分，有些类似，主要是由于母核骨架主要作用就是“模拟”ATP分子，竞争性占据激酶中ATP嘌呤环结合位点，既然都是“模拟”ATP分子，有些类似的必然的；但结构也有一定差异，主要是由于认识到伊布替尼选择性差的不足，希望通过优化母核骨架结构，提高激酶选择性。在弹头方面，伊布替尼、泽布替尼和奥布替尼都采用了丙烯酰胺基团，阿卡替尼采用了丁炔酰胺（小野制药的BTKi也是这个基团，其亲电反应性较丙烯酰胺弱）。前文我们知道母核骨架（紫色区域）对不可逆激酶抑制剂的激酶选择性至关重要，奥布替尼通过结构优化，母核骨架采用单环母核结构，减少了1个H-键位点，进而减少与其他激酶结合的可能，提高激酶选择性；同时科学家微调了奥布替尼疏水基团与共价受体部位的相互空间位置，获得更小的空间夹角，使其三维结构和BTK活性中心更匹配，提高BTK激酶抑制性和选择性；不仅如此，与其他3个化合物相比，奥布替尼分子中不含手性中心，减少了空间构象，从而避免与其它激酶的相互结合，提高激酶选择性。提到手性，就不得不提对行业影响深远的“反应停”事件。沙利度胺之所以导致“海豹儿”畸形婴儿，原因是因为沙利度胺是外消旋化合物，其由两种各占50%的空间结构呈镜面对称的化合物组成，这一对化合物的相似性就像我们的左右手，难以区别，被称为手性化合物，其中的右手构型化合物(R-构型)具有抑制妊娠反应和镇静作用，而左手化合物(S-构型)则有致畸性，答案呼之欲出，S-构型就是罪魁祸首。再后来的研究还发现：即使以单一构型的R-沙利度胺给药，在生理条件下，它也会转变为有害的S-构型。“反应停事件”的惨痛教训，让人们对手性药物毒副作用高度重视，充分认识到不同的手性异构体其药效和毒理作用可能完全不同！6.BTK抑制剂选择性作为首个BTK抑制剂，伊布替尼创造了一个销售神话，划时代的提高了CLL等患者的生存，但临床实践中，伊布替尼较多的不良反应（房颤、出血、腹泻等）限制了其临床应用及患者获益，这些不良反应，在一定程度上归因于脱靶效应。伊布替尼在抑制BTK的同时，也会抑制ITK、EGFR、TEC等靶点，进而引起相关的不良反应，因此伊布替尼也被称为“dirtyinhibitor”，一开始作为“工具化合物”的伊布替尼存在较大的优化空间。科学家利用DiscoverX公司的KINOMEscan平台，高通量筛选和检测激酶与抑制剂的结合情况，该平台是目前世界上最大的商业化激酶检测panel，可对种激酶（种人类激酶和3个病原体激酶）进行分析，包括AGC,CAMK,CMGC,CK1,STE,TK,TKL，脂激酶家族和非典型激酶家族等，覆盖超过80%的人类激酶组，其中酪氨酸激酶达个，可以说结果非常具有代表意义，对新药研发具有重要指导价值。在对种激酶的KINOMEscan测定中，奥布替尼1μM仅对BTK有90%的明显抑制作用，而对其它激酶并无明显抑制作用；得益于奥布替尼的结构优化，奥布替尼的激酶选择性＞阿卡替尼＞泽布替尼＞伊布替尼，可以说奥布替尼具有最佳激酶选择性，可最大程度避免由于脱靶效应带来的不良反应，“cleanerinhibitor”的称号当之无愧。同时，我们也会发现，BTK抑制剂脱靶的区域（红点集中的区域）主要在集中TK（酪氨酸激酶）家族，其实不难理解，毕竟同一家族的激酶距离较近，序列差异相对较小，结构较为相似，简单来说就是彼此之间长得很像，也真不能怪其他几个BTK抑制剂分不清谁是谁，毕竟这些激酶实在是太像了！酪氨酸激酶家族图谱在这些长得像的激酶中，有9种激酶与BTK非常类似，在同一位置也有一个半胱氨酸残基，可以说是BTK的近亲，他们分别是与BTK同属TEC家族的BMX、ITK、TXK、TEC以及BLK、EGFR、ErbB2（HER2）、ErbB4（HER4）、JAK3。（上图中绿色标注激酶）脱靶效应导致非目标激酶被抑制，从而引起相关不良事件，如药物抑制TEC会导致出血和房颤，抑制EGFR会导致腹泻和皮疹，抑制ErbB2/ErbB4/BMX会导致房颤，奥布替尼对其他激酶IC50值均较高，可减少与治疗无关的药物作用，降低相关不良事件的风险。7.BTK抑制剂安全性当然，体外实验的数据并不能完全代表临床结果，阿卡替尼的选择性虽然相对伊布替尼、泽布替尼更好，但却出现了其他BTK抑制剂没有的副作用：头痛，下面我们就简单对比一下几个BTK抑制剂的临床数据（非头对头比较）。如图，与其他BTKi相比，奥布替尼≥3级特定不良事件的发生率更低。以房颤为例，淋巴瘤患者中位发病年龄较高，本身更易合并心脏疾病，同时，如果患者一线接受免疫化疗方案，其中以蒽环类药物为代表的化疗药物可能会引发心衰、心律失常等心脏损伤，因此，淋巴瘤患者，尤其是复发难治、高龄的淋巴瘤患者，应格外