细胞色素P450酶代谢物的先导物研发

焦林如，王新颖

(青岛科技大学，山东青岛266042)

细胞色素P450酶代谢物的先导物研发

焦林如，王新颖

(青岛科技大学，山东青岛266042)

细胞色素P450（CYP）酶在药物代谢方面发挥着重要作用，它可以催化一些有机反应，生成一些具有新型药理活性的化学实体。本文主要从CYP参与大量天然产物的生物合成途径，及一些已知药物通过CYP参与的代谢后生成药理活性物质两个方面，介绍细胞色素P450酶代谢物的研发现状。

细胞色素P450；CYP；酶代谢物

1 介绍

细胞色素P450（CYP）[1]酶超家族在氧化的药物代谢物方面发挥着重要作用，然而在最近几年，将CYP代谢物作为一种新型的治疗制剂引起了人们的广泛兴趣[2]。利用它独特的氧化性，CYPs能催化一些中小型有机反应，产生一些有新型的药理活性的新化学实体[3]。CYP酶在植物的生物合成中也发挥着重要作用，产生了一些已经发展成有效制剂的天然产物。此外，一些由天然产物衍生来的药物在体内被药物代谢CYPs转换成更有效的生物活性代谢物[4]。最近，微波分析技术已经被应用于生产和鉴定CYP代谢物作为先导化合物。结合生物反应技术的发展，CYP氧化转换成代谢物的量在不断上升，这使得使用CYPs作为先导物研发成为可能[5]。这篇文章着重介绍一些CYP代谢物被识别为药物先导物的例子，表明了可以用CYPs作催化剂去开发药物。

2 识别CYP改良的天然产物作为药物先导物

已经成功开发为药物的大量天然产物在它们的生物合成途径中要用到CYPs，包括抗生素、抗有丝分裂、抗肿瘤、降血压、抗心律失常药的开发。许多这些化合物涉及到植物或者微生物防御途径的次级代谢产物[6]。最后，人们开始关注鉴定来自CYP生物合成路径的新的先导化合物，这已被证明很有可能实现，具体的例子说明如下：

2.1 抗肿瘤制剂

有效的抗肿瘤制剂紫杉醇，最初从寄居于太平洋地区紫杉树的树皮的内生真菌中分离得到，有高达14种CYPs参与它的生物合成途径[7]。尽管紫杉醇被广泛应用，但是其脱靶效应和潜在的抗性导致人们不得不去寻找新的类似物。一种方法是克隆一些紫杉醇路径CYPs在酿酒酵母中表达，通过结合生物合成来提高产率及产生新型的类似物，结果发现浆果赤霉素Ⅲ可作为半合成新型紫杉醇类似物的前体[8]。另一个方法是，Guengerich等[9]以先前已知的药效团为基础，使用逆代谢法识别新型化学治疗剂。他们偶然发现几种人类CYPs能将吲哚代谢为靛蓝和靛红，因为吲哚是这些酶的一个已知药效团，所以我们假设它们能产生抑制酪氨酸激酶的先导化合物。研究发现，以靛红为基础的抑制剂比靛红本身更有效。这种运用酶突变和酶偶联产生已知药效团的新型化合物库，再从中进行筛选得到合成较困难的骨架的方法有特别的意义。

2.2 抗原虫药

近十年间，治疗疟疾最大的进步在于从艾蒿中分离得到了青蒿素。这使人们对在一个兼容的异源宿主中克隆整个生物合成路径产生了兴趣。Ke⁃asling等[10]成功地改良了酵母甲羟戊酸途径并引进了艾蒿中编码紫穗槐二烯合成酶和CYP71AV1的基因，有效的提高了青蒿素先导化合物青蒿酸的输出。之后，通过构造植物CYP还原酶和来自艾蒿的次级CYP，直接产生了目标产物青蒿素，产率提高了近20倍，并降低了生产成本[11]。

2.3 抗真菌剂

两性霉素B是从链霉素中得到的一种多烯类次级代谢产物，可有效治疗全身性真菌感染[12]。它通过与真菌细胞膜上的甾醇结合，损伤膜的通透性发挥抑制真菌生长的作用，但它的毒性限制了它的应用。先前工作表明，减少环外羧基的负电荷降低了毒性，所以Carmody等[13]构建了一系列链霉菌突变菌株，产生了环外羧基被甲基取代的两性霉素类似物，这些类似物保留了抗真菌活性而减小了溶血性毒性。今后在这一领域的努力可能集中在利用组合生物合成原则去改变分子结构来减少毒性，提高有效性。

另一种分离自青霉素的抗真菌剂灰黄霉素，由于抗恶性细胞增生的效力而被关注。研究发现，CYP是形成灰黄霉素基本骨架的必要条件。Cacho及其同事用这种酶第一次以乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A为原料在体外合成了灰黄霉素，CYP的应用使产生用于抗真菌和抗肿瘤的灰黄霉素类似物成为了可能。

3 已知药物的药理学活性代谢产物的鉴定

药物的代谢产物可能也具有药理学活性，其中最经典的是药物百浪多息的代谢物磺胺（一种有效的抗生素）的发现。最近的一项研究显示[14]，美国的前50种处方药中有22%产生活性代谢产物。

3.1 他汀类药物代谢物

他汀类药物是从真菌的次级代谢物衍生而来的HMG-CoA（羟甲基戊二酰辅酶A）还原酶抑制剂[15]。一些真菌的CYP参与他汀类药物的生物合成途径。最畅销的阿托伐他汀和罗素伐他汀都有活性代谢产物。其中阿托伐他汀被CYP3A4转化成邻-（2-羟基）和间-（4-羟基）代谢物。2-羟基阿托伐他汀和4-羟基阿托伐他汀的血药浓度相当，只是半衰期略短。而罗素伐他汀在N-脱甲基化之后仍有活性，只是有效性下降。鉴于一些参与他汀类药物产生的真菌的CYP已经被克隆，大量生产用于临床前研究和生产的特定代谢物成为了可能。

3.2 抗生素

与他汀类药物类似，许多临床上使用的抗生素在其他生物合成途径的关键步骤中用到CYPs去完成修饰改造功能[16]。这包括从链霉菌菌属中分离出的几种不同类型的化合物，如红霉素，四环素，两性霉素B，除虫菌素和阿霉素。红霉素可在体内转化成8,9-脱水红霉素，虽然这种衍生物本身无抗菌活性，但它是一种强效的模拟肽胃动素，最终导致十二指肠收缩。克拉霉素的CYP代谢物14-羟基克拉霉素也有抗菌活性，只是抗菌谱发生变化。几个在红霉素生物合成途径中用到的细菌的CYP已被克隆出来，并且在大肠杆菌中得到表达，从而为生产新的抗生素衍生物提供了可能。

3.3 抗抑郁药

吡啶类抗精神病药甲硫哒嗪，噻嗪环上甲硫基团中的硫的经过连续氧化，产生了亚砜（美索达嗪）和砜（磺达嗪），这两种化合物都已经独立开发成药物，且对D2、D3、D4多巴胺能受体和α1去甲肾上腺素能受体的亲和力比甲硫哒嗪本身更高[17]。

3.4 抗组胺药

第一个非镇静抗组胺药特非那定，于1985年在美国开始销售[18]，最初用于治疗过敏性鼻炎，然而二十世纪九十年代初期，由于其引起心律失常的副作用而被撤回。特非那定经过CYP3A4代谢后，产生羧酸代谢物非索非那定。非索非那定作为第二代非镇静抗组胺药，具有抗组胺作用的同时其心脏毒性也较小。在这里可以看到，化合物的毒性在经过CYP代谢后被避免而药效活性得以保持。

3.5 毒蕈碱受体拮抗剂

托特罗定是一种M2/M3毒蕈碱受体拮抗剂，用于治疗尿失禁和膀胱过动症[19]。它经CYP2D6代谢产生5-羟甲基托特罗定（Desfesoterodine）。尽管这两个物质的抗胆碱活性相当，但是代谢物透过血-脑屏障的量较少，以至于不太可能发生中枢神经的脱靶效应。

4 未来的方向与结论

微尺度和微流控技术已经被开发去鉴定和识别有活性的CYP代谢产物，使用这些技术可以同时筛选大量CYP产生的代谢产物。这些新方法不仅会促进CYP代谢产物引导药物发现的进程，也会大大降低开发成本。微尺度技术和其他新兴技术的结合，将促进药物发现过程中CYP代谢先导物的识别。

CYP酶对许多重要的生物学功能是非常必要的，包括内源性和外源性代谢、次级代谢产物产生及机体动态平衡，因而它们经常成为药物开发的的对象。然而，通过活性代谢物的产生、天然产物引导合成，使多元的CYPs也成为了药物研发的平台。伴随着针对代谢产物新技术的不断出现，产生自CYPs的药物候选物的数量可能大幅上升。

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The lead com pound developmentof the cytochrome P450 enzymesmetabolites

JIAO Lin-ru,WANG Xin-ying
(Qingdao University ofScienceand Technology,Shandong Qingdao,266042)

The cytochrome P450(CYP)enzyme superfamily is well known for its role in drug metabolism, which is able to catalyze a wide variety of unusual reactions on small-to-mediumsized organic substrates that can lead to new chemical entities with novel pharmacological activity.This article highlighted some of the recent examples of drug leads identified from CYPmetabolites and the intriguing possibilities of using CYPs as catalysts for future drug discovery and development.

cytochrome P450;CYP;enzymesmetabolites

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.04.004

TQ464.8

A

1008-1267（2015）04-0011-03

2015-03-18