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药物设计,设计什么?

上周《Nat. Rev. Drug Discov.》一篇分析显示设计符合类药性(drug-like)规则的候选药物并不能真正增加这些药物在开发路程上的成功率。那么现在药物需要如何设计才能保证一定的成功率呢?

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首先药物设计不是大学教科书里讲的活性分子设计,设计活性化合物要容易无数倍。新药在今天的药监、支付环境下想能为投资者带来回报必须要显着区别于标准疗法,即新药不仅要安全、有效,还要优于标准疗法。最早的类药性设计主要是为了解决药代的缺陷,后来选择性也和这些性质挂上勾了。


但类药性只是药物设计的一个次要考虑,多数人知道很多药物违背这些规则,而符合这些规则的药物也大部分无法成药,具体对成药有多大预测性没有可靠数据。当代药物设计的主要目标包括足够的活性、对大量常见蛋白的选择性、在目标组织在安全剂量下足够的暴露等。临床前动物疗效和安全性依然是重要的选拔标准,但仅仅有疗效或没有毒性还不行,因为假阳性、假阴性大量存在。


疗效方面,除非特殊情况新药确实需要通过动物疗效这一关(但有例外如Kalydeco)尽管很多动物模型非常不可靠。不仅要有疗效,还要有量效关系,即高剂量高疗效、低剂量低疗效。除此之外,现在一般需要有和机理相关的生物标记的同步移动,即剂量、生物标记、疗效三者同步改变。目标组织的药物浓度加上其活性必须能解释上面这些变化。


现在目标靶标敲除动物被广泛使用,如果设计的药物在没有靶点蛋白的动物依然有活性,那则被认为是脱靶效应(off-target effect)。虽然不一定是坏事,但由于缺失的信息太多很少有公司愿意优化这类疗效,但例外是有的(如Zetia)。


如果没有KO动物,至少要用一个结构类似但无活性的所谓阴性对照做同样实验。如果这个阴性对照有疗效那也得按脱靶效应算。很多人不理解为什么一定要mechanism based efficacy。简单的回答是这是风险控制的一个机制,虽然有成功案例,但作为一个模式无法持续。


安全性方面,新药不仅在合理剂量不能有急性、慢性毒性以及对消化、中枢、循环等系统的干扰,还得规避罕见但致命副作用的风险。最有名的是hERG活性。这个离子通道会导致QT波(心电图的一个指标)延长,而QT延长和一种极罕见的心脏副作用有微弱的关联。但由于这个毒性的严重性现在一般药物要避免hERG活性。


药代也是一个必须优化的指标,除了无药可治的罕见病或威胁生病疾病如癌症,一日一次给药几乎是必须。一是病人使用方便,二是这是个相对容易解决的问题。因为PK缺陷被后来药物超过是个愚蠢的错误。


现在慢性病人都同时服用多种药物,所以药物相互作用是个必须优化的指标,尤其是剂量较大的药物。药物不能抑制或诱导代谢酶如CYP的活性,也最好不要通过一种代谢酶清除,因为如果这个酶被其它药物抑制则会引起血药浓度的大幅度变化。


和标准疗法的区别一般是用标准药物和实验药物在上面这些指标比较。但临床前模型很少有真正可靠的,最可靠办法的还是作用机理的区分。机理正交也为和标准疗法的复方组合成为可能。


当代药物优化指标众多,到底哪个最关键没人事先能预测。这是一个复杂的赌博过程,目标不是百战百胜,而是能达到1-2%的成功率以维持制药工业的存在。每个模式都是负多胜少,每个模式都有大量例外。所以提高研发效率的文章铺天盖地,但几乎没有任何一个策略适用所有企业。新药设计纯粹是一门手艺,一门几乎没人真正掌握的手艺。


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