那些年我们“追过”的化合物——Hit,Lead,PCC之我见

原文始发于微信公众号(药时代):那些年我们“追过”的化合物——Hit,Lead,PCC之我见

那些年我们“追过”的化合物——Hit,Lead,PCC之我见

撰文 | 谢轶谦(modestxie)

2017年2月27日

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引言

曾经满怀深情的喊出了“fallin love and get married with your targets1,让很多志同道合的朋友深表同感,当我们能够很享受,很愉悦的像欣赏艺术品一样地去欣赏每一个小分子化合物时候,我认为这是一种很好的状态。我们每个医药研究者,对小分子结构式有着特殊的感情。听过一个很有趣的故事,一个医药前辈总是抱着手机看,老婆生气了,说你成天抱着个手机,到底在干什么,里面很多美女么?!前辈很无辜的说,美女哪有我手机里面的结构式好看呢,你看这些化合物多美。今天,和大家探讨下我对苗头化合物hit compounds),先导化合物(lead compounds),以及临床前候选化合物(PCCPreclinical Candidate Compounds)的理解,不妥指出,请各位同仁批评指正。

正文

首先,在写这篇文章前,我也请教过很多长期从事医药研发的老司机们,究竟对于苗头化合物,先导化合物,以及临床前候选化合物的exactly的定义是什么,拥有什么样的结构特征或者活性特征,才能算的上是个“good boy”,得到的答案总是若即若离,似是如非的,可遇不可求的海市蜃楼。所以今天索性拎出来和大家探讨下。圈内某些人认为苗头化合物应满足如下标准:①与靶标的结合强度不低于10μM;②有一定的水溶性,溶解度不低于10ug/mL;③可穿越细胞膜;④细胞水平显示生物活性;⑤无细胞毒性作用;⑥有化学稳定性;⑦可以制备获得;⑧具有知识产权的保护。之前有看到过文章指出所谓先导化合物,是指具有独特结构的有一定活性或潜在活性的化合物,一般具有新颖的化学结构,是现代新药研究的出发点。它可能因为活性小、选择性不高、药代动力学性质不好或毒性较大等缺点,不能直接作为新药来开发,但可以在该化合物结构的基础上,进行一系列的结构改造或修饰,得到符合治疗要求的新药。先导化合物通常有以下公认特征:纯净单一的化合物、具有类药性、药理活性的可重复性、有量效关系、活性是通过特定的机理起作用的、化学上有可操作性、有进行化学修饰的空间以及类似物有合理的构效关系等2临床前候选化合物:当一个化合物被合成出来,通过了诸如细胞活性,选择性筛选,并进一步完成药代动力学和各种毒性测试,安全性测试后,便基本上达到了临床前候选化合物的标准。

面对这五花八门的定义和标准,我相信很多做生物的朋友都会有所困惑,更不要说是其他药化学家。定义中我有很多不敢苟同的地方,苗头化合物的10μM的定义从何而来,难道20μM合物就不能成为苗头化合物?对于水溶性,脂溶性要求的指标何如?上市的药物都不能保证无细胞毒性?选择性要求怎么设定?很多已上市的激酶抑制剂选择性都没有个明确的表针。因此,我选择跳出这些定义和标准,重新描述下我所理解的HitLead,和PCC。我认为HitLead,和PCC在基于靶点药物发现阶段和过程中的代号,如同青蛙的发育过程一样,受精卵;蝌蚪;幼蛙;成蛙。

那些年我们“追过”的化合物——Hit,Lead,PCC之我见 

在基于靶点的创新药物发现中,我们确定了靶点,建立了筛选评估体系,进行了高通量筛选或其他方法获得了一些活性化合物,而这些活性化合物可以称之为:Hits.通常来讲,高通量筛选(HTS)主流都是所采用经济、快捷的化学生物学的方法,如ALPHA技术3TR-FRET技术,FP技术。有一个问题就是这些assay中,由于其作用原理的限制,很容易受到PAINS化合物的干扰。比如有些化合物是蛋白质killer”,又比如ALPHA中单线氧的淬灭剂;TR-FRETbiotin的类似物(mimic);FP中,化合物本身对荧光吸收的干扰。还有类似于像罗丹宁(Rhodanine)这种妖货,在两千多个含有它的化合物中,400余文章,接近300专利中都报告是活性结构,但是没有罗丹宁类似物或者衍生物进入临床研究4。因此,Hits阶段距离我们的目标还很远。所以接下来的“cherry pick”后,来到了重要环节:苗头化合物验证(Hit validation)。这里,我必须旗帜鲜明的喊出一个口号了:Primary screen is not a problemthe key point is the validation. 创新药物研发中,应当大胆假设,小心求证。大量的验证实验,例如物理生物学的方法SPRITCNMR1等综合验证方法须大力发展,多维度的进行验证。同时,这里多说一句,任何只提供HTS筛选,而不能支撑到苗头化合物验证的化合物库都是耍流氓!当一个苗头化合物完成验证后,确定其是一个真的hit后,就可以进入到下一个阶段——先导化合物阶段。我想指出的是,对于Hit的活性要求,不应该有太多的束缚,个人认为只要是真的都没问题,我就亲自经历过从大几十个微摩,稍微经过一改造,活性能提高1000倍的苗头化合物。

先导化合物,作为新药发现的源泉,这个阶段就需要考虑的多一点事情了:看看骨架怎么样,有没有可改造空间,让药化老司机看看结构的成药性。如果不理想的话,可以作为个chemical probe发法文章,阐明下MOA也不错。因此,在早期的基于靶点的创新药物发现过程中,基于MOAValidation要求,早期的药物发现必须是生物学家来主导。当进入先导化合物阶段后,这个时候需要药化学家的强势介入。单一得到一个好的先导化合物只是万里长征第一步,这个时候就可以向拥有绝世武功的药化高手们发布召集令了。想起了上次看到的一个标题,先导化合物的确定,绝不是简单的筛活性2。我简直不能同意的更多!除了最主观的活性问题,更多骨架成药性,水溶性,脂溶性,代谢稳定性,安全性等等,每一个指标都能够让整个team“魂牵梦绕。毫不夸张的说,为了克服解决某个问题,“fallin love”都不够,需要“heart and soul”的投入。需要对每一种可能,每一个细节进行delicateoptimization因此,个人认为,lead optimization是药物发现的核心环节,一个给力的药化团队,拥有精兵强将,经验老道的药化老司机能够大力促进新药研发POS君不见,中国的新药哪里出的最多,当然是药化老司机最多的地方了(涉嫌广告,就不点名啦)。当然了,生物团队必须能够提供强力支撑,如果能够获取晶体复合物结构,加上CADD团队参与,对构效SAR/QSAR进行深入研究,一定能够快速推动项目前进。值得指出的一点是,新药研发可能是药化学家为主导,但是创新药物研发必须而且一定是生物学家以及药化学家的紧密协作,高效配合。

当先导化合物不断优化,构效清晰后。个人认为,在分子水平能够达到个位数nM级别,细胞水平达到十几或者几十nM级别,动物毒理和有效性实验也不错。蛋白,细胞,动物水平具有一定的关联性,以及最最重要的成药骨架,就应该是个不错的PCC了。当然了,这只是一般的情况下。就如同如何确定一个靶点为药靶一样,当一个靶点成了药后应当是个确定的药靶了。一个PCC,最终的归根还是回归到安全性和有效性。现有的大多数药物都不知道其靶点和作用机制依旧也可以治病救人,服务人类。

结语

当我敲下这些文字的时候,外面已是灯火阑珊,饥肠辘辘,但是也挺充实,当我们能够热爱并且投身到医药事业中,enjoy我们所追求的东西,所获得荷尔蒙,和看美剧或者韩剧得到的幸福感是一样多的。最后,回归到前文提起的,如何给我们追过的各个化合物下个定义?必须要解决的就是标准问题。我想起了“老梁说药”中安进制药公司张明强博士2010年发表的评论文章(Editorial),在所有批准上市的1204个非生物药物中,只有619个口服药物满足最具广泛认同的列宾斯基的五规则Lipinski’s Rule of Five),正好是一半一半的概率。5】 对于新药研发来说,九分看运气,一分看努力,哪有那么多的条条框框,需要我们有着out of the box的创造力和想象力。但同时没有我们的一分努力却是万万不行的。对于生物背景的我来说,没有过多的药化知识,空余的时候,我会对着已经上市的几千个老药看看,能够真真切切的体会到这些小分子的艺术感和美感,如同熟读唐诗三百首,不会做诗也会吟。相信通过我们的努力,中国的新药梦不是梦!写作急促,不免有纰漏和不妥之处,希望大家指正,也多多打打赏,哈哈哈。

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参考文献

1】小分子,大作为——小分子创新药物发现之随想 药时代

2先导化合物的确定,绝不是简单的筛活性” 药渡

3ALPHA技术在创新药物研究中的应用 药渡

4Bioorg. Med. Chem. Lett. 13, 533–538 (2003) & Nature (2014),513,481-483.

5】药物化学的招数和意境 研发客


作者简介

谢轶谦,博士研究方向为基于靶点的先导化合物发现,特别是关注于表观遗传调控因子以及蛋白蛋白相互作用。联系作者,modestxie@hotmail.com


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本文独家首发于微信公号《药时代》(原《医药研发社交平台》)。

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作者: 谢轶谦

出处: 药时代(ID:drugsns)

编辑:Walker   配图:网络

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