基与酶促原理的药物设计.ppt

基于酶促反应原理的药物设计,——THE DEVELOPMENT OF COX2 INHIBITORS,丛菲,目录,,,,酶促反应的基础知识,酶抑制剂的设计原理,酶为靶点的药物设计的例子 —THE DEVELOPMENT OF COX2 INHIBITORS,,酶促反应的基础知识,酶：机体内催化各种代谢反应的生物催化剂，有组织化体细胞合成分泌并对其特异性底物具有高效催化作用的天然蛋白质一、酶促反应理论 E+S↔E·S↔E·P↔E+P 游离酶（E） 底物酶（S） 底物复合物（E·S） 酶产物复合物（E·P） 酶促反应特点：特异性 加快反应速度 （一）酶促反应的特异性 绝对特异性 底物结合的特异性 相对特异性 反应的特异性,,（二）底物浓度对反应速度的影响 米氏方程式:,二、酶的激活与抑制 （一）酶的激活 酶原的激活 酶的无活性前体形成或暴露酶活性位点的 过程 酶的变构激活 变构效应是酶对底物的亲和力增加，从而 加快反应速度 酶的共价修饰激活 酶结构上的一些基团与某种化学基团发生 可逆结合，从而改变酶活性,（二)酶的抑制作用 Ki抑制常数：衡量抑制剂与酶的亲和力 IC50：在底物存在下使50%酶活性被抑制所需抑制剂的浓度。

酶的抑制作用常用半数一直浓度IC50表示 Ki=IC50/(1+S/Km）,,非竞争性抑制作用,,竞争性抑制作用,酶抑制剂的设计原理,一、酶抑制剂的分类 控制感染性疾病的酶抑制剂类药物 抑制一种宿主细胞中不存在的病原体的必需酶如：肽聚糖转肽酶、二氢叶酸合成酶 抗肿瘤的酶抑制剂类药物 选择性杀死肿瘤细胞而不伤害正常细胞，对肿瘤细胞中的同工酶可特异性识别如：致癌基因Bcr-Abl的蛋白激酶 调节代谢类疾病的酶抑制剂类药物 通过改变酶功能，阻断代谢途径或调节体内代谢物浓度 如：HMG-CoA、DDPIV,二、酶抑制剂设计原理 合理酶抑制剂设计：将有关靶酶催化机理和结构的相关知识用 于指导药物的设计和发现 （一）基于非共价键结合的酶抑制剂的合理设计 非共价键结合的酶抑制剂对其活性位点的亲和力和特异性取决于静电力、色散力、疏水作用以及氢键的相互作用 根据其作用机制，可分： 基态类似物抑制剂 多底物类似物抑制剂 过渡态类似物抑制剂,（二）基于共价结合的酶抑制剂的合理设计 先快速可逆地与酶活性位点非共价结合；一旦形成酶-抑制剂复合物，就通过各种机制与活性位点的化学活性基团发生反应，在酶与抑制剂之间形成共价键。

根据其作用机制，可分： 基于机理抑制剂 特点： 同正常底物的化学结构相似，电性和立体 在酶的催化阶段，经靶酶诱导激活，转化为反应性能强的活性基团或中间体； 与酶的活性中心共价结合，是酶不可逆失活亲和标记抑制剂 以非共价的形式结合到酶的活性位点，一旦酶-抑制剂复合物形成，就通过SN2烷基化、形成希夫氏碱、酰化反应等机制，活性基团同酶活性位点的一个或多个氨基酸残基反应，在酶和抑制剂之间形成一个共价键 特点： 分子中与酶可逆结合的部分，即识别基团 在识别集团上连接或修饰有反应活性的化学集团或原子，称活性基团 伪不可逆抑制剂 介于可逆性抑制剂和不可逆抑制剂之间，与靶酶作用虽以共价结合的方式形成复合物，但是共价复合物有一定的半衰期，半衰期从数小时至数天不等，经水解或共价键逆转重新产生游离酶THE DEVELOPMENT OF COX2 INHIBITORS,CASE HISTORY,1853年 法国化学家戈尔哈特（Charles F. Gerhardt） 以柳树皮为原料提取 出性能不稳定的原始乙酰水杨酸 1899年 拜尔公司以“阿斯匹林”为商标出售性能稳定的乙酰水杨酸制剂 1964年 推出首款非甾体抗炎药（NSAIDs）“布洛芬”。

1971年 科学家范尼（John Vane）提出阿司匹林及相关的非甾体抗炎药的 作用机理在于阻止环氧酶的产生，从而抑制前列腺素的产生，进而 终止了发炎过程 1989-1990年 尼德尔曼博士和他在华盛顿大学的同事们提出存在着两种形式的环 氧酶，即COX-1和COX-2COX-1被认为是“起积极”作用的酶，可 促使胃壁膜和血液的细胞维持正常功能而COX-2会对炎症的刺激 （如与前列腺素相关的关节炎）作出反应，加重炎症An overview of prostaglandin synthesis and metabolism,发现白介素(IL-1)能诱导细胞合成COX蛋白 Raz et al,1989 糖皮质激素能抑制(IL-1)诱导的COX活性增加 Fu et al, 1990 假说：COX存在两种异构体Needleman,1990 基础性环氧化酶（COX-1；维持正常生理功能） 诱导性环氧化酶（COX-2；引起炎症） 克隆出诱导型COX（COX-2）：Xie et al,1991;Kujubu et al,1991; oanion et al,1992;Hla,1992 COX-2表现为60%与羊的cox(cox-1)相同，可被细胞因子诱导，受糖皮质激素调节 用X线衍射获得COX-1和COX-2结构 Picot et al 1994, kurumbail et al 1996 确定COX-1和COX-2构效关系 Kurumbail et al 1996 设计出高度选择性COX-2抑制剂塞来昔布,The discovery of COX2,Some key residues in COX1 and COX2,,1Arg120、8Try355可稳定存在大多数 NSAID中的羧酸基团 芳香环结构在疏水结合通道内安置 Tyr385是酪氨酸酰基形成的过氧化物酶位点， 酰基氧进入花生四烯酸的关键 Ser是能被阿司匹林酰化的残基,4Leu503体积小，包裹紧密，从而扩张通道顶部的空间 6Val523是side pocket可完全容纳 COX2抑制剂的磺胺或类似的团体 总之，在COX2结合口袋的可用空间比COX1结合位点高25 ％ 。

塞来昔布 (Celecoxib): 一个以目标结构为设计基础的“COX-2特异性抑制剂”,能够与 COX-2 亲水“侧袋”接合 的磺胺侧链,,能够和疏水“通道” 接合的甲苯基,,没有可以和 COX-1 精氨酸120结合的 羧基末端,,特异性COX-2抑制剂与COX-2,特异性COX-2抑制剂与COX-1,The development of the ‘coxibs’,赛来昔布( Celecox ib) 是美国西尔公司推出的第一个特异性COX-2抑制剂, 其对COX-2选择性抑制强度为对COX-1抑制强度的375倍赛来昔布对骨关节炎和类风湿性关节炎的疼痛缓解明显优于安慰剂, 其疗效与萘普生相当在骨关节炎和类风湿性关节炎临床试验中接受萘普生的患者溃疡发生率为25% , 而用赛来昔布者溃疡发生率为3. 8% , 与安慰剂无明显差异 罗非昔布( Rofecoxib) 由默克公司生产的罗非昔布是第二个特异性COX-2抑制剂, 其对COX-2选择性抑制强度是抑制COX-1的800倍 据报道表明, 有1427 例骨关节炎患者服用罗非昔布，其溃疡发生率与安慰剂类似, 且明显少布洛芬在12 周终点时, 溃疡发生率安慰剂为7.3% , 罗非昔布为4. 7% ,而布洛芬组为28. 5%。

其疗效与其它NSAIDs 相同选择性COX-2抑制剂会导致心血管不良反应：2004 年9月30日美国默沙东药厂宣布自愿撤回全球所有关节炎及急性止痛药物罗非昔布,COX-1是稳定表达型的组成酶，由Housekeeping 基因所编码，存在于大多数组织中，一般情况下浓度稳定主要在血管、胃、肾等组织中，具有参与胃黏膜血流、胃黏液分泌的调节、维持胃肠黏膜完整性的多种生理功能，可参与血管舒缩、血小板聚集及肾功能等的调节COX-2是诱导酶，其基因的表达可被IL-1、内毒素、生长因子、细胞因子以及肿瘤促发因子等诱导，其诱导主要发生在转录后阶段 COX－1和COX－2同时存在于类风湿性关节炎患者的滑膜组及体外培养的类风湿滑膜细胞（巨噬、纤维母、内皮及单核）,The COX1/COX2 concept today,生理性表达： 肾、大脑皮层、睾丸、气管 COX-2 激素诱导性表达：卵巢、胎盘 炎症诱导性表达：关节滑膜、巨噬细胞、纤维母细胞 参与受伤组织修复,NSAIDS的作用,The COX family: a summary of properties,谢 谢,。