方泉,李寧,許彪,王銳
(蘭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)研究所 甘肅省新藥臨床前研究重點實驗室,甘肅 蘭州 730000)
疼痛是臨床患者最常見的癥狀之一,藥物治療能有效緩解病人的痛苦。嗎啡、芬太尼和羥考酮等傳統(tǒng)阿片類鎮(zhèn)痛藥物已廣泛用于中度和重度疼痛的臨床治療,但長期使用該類藥物會引起耐受和成癮等副作用,并伴隨著眩暈、惡心、嘔吐、便秘、瘙癢、呼吸抑制等不良反應(yīng),從而限制了其臨床應(yīng)用[1]。近年來,美國因芬太尼等阿片類藥物濫用而致死的人數(shù)不斷攀升,阿片類藥物濫用已成為嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題,即“阿片危機”[2-3]。
已有研究表明,mu阿片受體(MOR)在介導(dǎo)阿片鎮(zhèn)痛中起著重要作用,MOR敲除動物的研究進(jìn)一步驗證了該受體能同時引起阿片鎮(zhèn)痛和阿片樣副作用。近年來,為了有效降低傳統(tǒng)阿片類鎮(zhèn)痛藥物的副作用,研究人員發(fā)展了以下2種新策略[4]:1)利用阿片受體的藥理學(xué)功能選擇性,開發(fā)不激活β-arrestin信號通路的阿片類偏向性激動劑以降低便秘、呼吸抑制和耐受等副作用;2)開發(fā)“一藥多靶”的阿片鎮(zhèn)痛分子,即同時激活MOR及其相關(guān)的其他G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor,GPCR)的多靶點阿片類鎮(zhèn)痛分子,以平衡與痛覺相關(guān)且具有內(nèi)在聯(lián)系的多個藥物作用靶點,從而實現(xiàn)增加其療效,且降低其阿片樣副作用的目標(biāo)。
近年來,阿片類偏向性激動劑的研究取得了重要進(jìn)展。美國Trevena公司開發(fā)的阿片類偏向性激動劑TRV130,已進(jìn)入Ⅲ期臨床研究階段。與嗎啡相比,TRV130的呼吸抑制、便秘、惡心嘔吐等副作用有所降低,但其阿片樣副作用未完全消除,且最近的嚙齒類動物實驗結(jié)果顯示TRV130仍具有一定的成癮性[5-10]。諾貝爾獎得主Brian Kobilka教授團(tuán)隊報道的PZM21,其偏向選擇性雖高于TRV130,在動物實驗中也未出現(xiàn)便秘、成癮等副作用,但其鎮(zhèn)痛效果卻不到嗎啡的1/4,且產(chǎn)生鎮(zhèn)痛耐受[11-12]。Schmid等[13]發(fā)現(xiàn)的阿片類偏向性激動劑SR-17018,其鎮(zhèn)痛作用與嗎啡相當(dāng),且無呼吸抑制副作用,但目前仍缺乏臨床研究數(shù)據(jù)的支持。因此,阿片類偏向性激動劑的臨床鎮(zhèn)痛和副作用研究仍需進(jìn)一步驗證。
多靶點藥物能平衡與疾病相關(guān)且具有內(nèi)在聯(lián)系的多個藥物作用靶點,從而產(chǎn)生更好的療效,且有望降低副作用;近年來,“一藥多靶”的阿片類多靶點鎮(zhèn)痛藥物的研究也引起廣泛關(guān)注,特別是在復(fù)雜性疼痛治療藥物的研發(fā)中具有潛在的應(yīng)用前景[14-17]。恒河猴的實驗結(jié)果表明,MOR/孤啡肽受體(NOR)的多靶點鎮(zhèn)痛分子BU08028、AT121和BU10038的成癮、瘙癢、耐受、呼吸抑制、低血壓等阿片樣副作用均大幅降低[18-20]。MOR/NOR的多靶點鎮(zhèn)痛分子西博帕多(cebranopadol,GRT-6005)也已進(jìn)行Ⅲ期臨床研究,在關(guān)節(jié)炎和神經(jīng)痛治療等方面具有較好的應(yīng)用前景[21]。此外,從化學(xué)結(jié)構(gòu)分類上看,無論是小分子類多靶點阿片鎮(zhèn)痛分子,還是肽類多靶點阿片鎮(zhèn)痛分子都取得了重要進(jìn)展。其中,肽類藥物具有療效好、安全性高等優(yōu)勢,且筆者課題組長期從事多肽新藥創(chuàng)制的研究工作,因此,本綜述將著重介紹肽類多靶點阿片鎮(zhèn)痛分子的最新研究進(jìn)展,表1總結(jié)了各多靶點肽類鎮(zhèn)痛配體的序列結(jié)構(gòu)和藥理學(xué)作用。
早期研究表明,聯(lián)合使用delta阿片受體(DOR)激動劑和MOR激動劑,不影響MOR激動劑所介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛作用,卻顯著降低耐受、成癮和自發(fā)運動加強等副作用[22]。Lowery 等[23]發(fā)現(xiàn)低劑量的DOR激動劑能顯著增強MOR激動劑的親和性和鎮(zhèn)痛作用。上述結(jié)果表明DOR激動劑和MOR激動劑的聯(lián)合使用,能有效降低MOR激動劑的給藥劑量,并減輕其阿片樣副作用,有效提高藥物的治療指數(shù)。然而,有趣的是Zielinska等[24]發(fā)現(xiàn)DOR拮抗劑也能降低MOR激動劑海洛因的成癮性。不過,對于不同效能的DOR配體均降低MOR所引起的阿片樣副作用的作用機制迄今仍不清楚?;贛OR與DOR之間的功能性聯(lián)系,從理論上推測,同時作用于MOR和DOR的多靶點分子在發(fā)揮鎮(zhèn)痛活性的同時,有望降低其阿片樣副作用(見表1)?;诹涟彼崮X啡肽通過糖基化修飾而獲得的MMP-2200,在體內(nèi)和體外實驗中均表現(xiàn)為MOR/DOR的多靶點激動劑。外周注射MMP-2200在小鼠溫浴甩尾實驗中可產(chǎn)生劑量依賴性鎮(zhèn)痛作用。與嗎啡相比,連續(xù)注射MMP-2200所引起的耐受和成癮副作用均大幅度降低,其自發(fā)運動加強和便秘等副作用也顯著減弱[23]。此外,恒河猴全身注射MMP-2200在辣椒素誘導(dǎo)的痛敏模型中產(chǎn)生顯著的鎮(zhèn)痛作用,未出現(xiàn)明顯的成癮性[25]。
續(xù)表1
基于芬太尼和腦啡肽的化學(xué)結(jié)構(gòu)而構(gòu)建的MOR/DOR多靶點分子RV-Jim-C3,在體內(nèi)和體外實驗中均表現(xiàn)為MOR/DOR的多靶點激動劑。大鼠鞘內(nèi)注射RV-Jim-C3能產(chǎn)生強效的鎮(zhèn)痛作用,有效減緩急性痛、炎癥痛和神經(jīng)痛等病理性疼痛,且未出現(xiàn)運動抑制現(xiàn)象[26],因此具有較好的臨床應(yīng)用前景。最近,以芬太尼和腦啡肽為模板分子而構(gòu)建的MOR/DOR的多靶點激動劑carboxyfentanyl-NH-NH-Phe-Gly-D-Ala-Tyr,經(jīng)鞘內(nèi)注射時,在急性痛、炎癥痛和神經(jīng)痛等不同模型中均產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用,未出現(xiàn)鎮(zhèn)靜和運動抑制的副作用[27]。
UFP-505是表現(xiàn)為MOR激動活性和DOR拮抗活性的多靶點分子,大鼠鞘內(nèi)注射UFP-505在急性痛中可產(chǎn)生劑量依賴性鎮(zhèn)痛作用,僅在高劑量時出現(xiàn)顯著的運動抑制現(xiàn)象。然而,與嗎啡一樣,連續(xù)鞘內(nèi)注射UFP-505仍產(chǎn)生鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象[28]。
多靶點分子VRP26在體外功能性實驗中表現(xiàn)出MOR激動活性和DOR拮抗活性[29],并具有血腦屏障通透性。腹腔注射VRP26在小鼠溫浴甩尾模型中可產(chǎn)生劑量依賴性鎮(zhèn)痛作用。此外,VRP26不引起急性耐受現(xiàn)象,連續(xù)注射時未出現(xiàn)鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,與芬太尼相比,VRP26的成癮性也顯著降低。
綜上所述,已有的研究結(jié)果表明MOR/DOR的多靶點分子能產(chǎn)生高效的鎮(zhèn)痛活性,并且其運動抑制、耐受和成癮等副作用均不同程度地減弱。然而,值得注意的是,MOR/DOR的多靶點分子無論表現(xiàn)出DOR激動活性還是DOR拮抗活性,其阿片樣副作用均有所降低,但其具體的作用機制仍需進(jìn)一步的實驗來探討。
Kappa阿片受體(KOR)廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織[30]。與獎賞、情緒和認(rèn)知等功能密切相關(guān)的腦區(qū)核團(tuán),如腹側(cè)被蓋區(qū)(VTA)、海馬和紋狀體,均有KOR的mRNA高水平表達(dá)。同時,KOR也廣泛表達(dá)于與痛覺相關(guān)神經(jīng)組織中,如背根神經(jīng)節(jié)、脊髓、中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)和丘腦。已有的藥理學(xué)結(jié)果表明,KOR的激動劑在發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用的同時,無顯著的成癮性出現(xiàn)。此外,研究表明KOR激動劑可降低可卡因誘導(dǎo)的行為敏化、耐受和成癮等副作用[31]。KOR激動劑對成癮性的調(diào)節(jié),可能與其抑制了多巴胺能神經(jīng)元釋放多巴胺的性質(zhì)有關(guān)?;谶@些理論,MOR激動劑/KOR激動劑的多靶點分子,與MOR或KOR的單靶點激動劑相比,在高效、低副作用的鎮(zhèn)痛新藥研發(fā)中具有更好的應(yīng)用前景。
基于內(nèi)嗎啡肽2通過2個分子間環(huán)化而構(gòu)建的二聚體結(jié)構(gòu)(Tyr-[D-Lys-Phe-Phe-Asp]-NH2)2[32],在體外親和實驗和鈣流實驗中能同時表現(xiàn)出MOR和KOR的親和性和激動活性。藥理學(xué)實驗表明該多靶點分子不能穿透血腦屏障,側(cè)腦室注射(Tyr-[D-Lys-Phe-Phe-Asp]-NH2)2在小鼠熱板實驗中可劑量依賴性地產(chǎn)生鎮(zhèn)痛活性;此外,腹腔注射(Tyr-[D-Lys-Phe-Phe-Asp]-NH2)2也在小鼠扭體實驗中發(fā)揮顯著的鎮(zhèn)痛作用。
多靶點分子Dmt-c(D-Lys-Phe-D-1-Nal-Asp)-NH2也是基于內(nèi)嗎啡肽2結(jié)構(gòu)環(huán)化修飾而來[33]。體外功能實驗結(jié)果表明其表現(xiàn)出MOR激動活性和KOR激動活性,且對于2種受體的激動活性的效價基本相當(dāng)。側(cè)腦室和腹腔注射Dmt-c(D-Lys-Phe-D-1-Nal-Asp)-NH2在小鼠熱板實驗中均產(chǎn)生劑量依賴性鎮(zhèn)痛作用。
上述研究結(jié)果表明,MOR/KOR的多靶點激動劑可產(chǎn)生有效的鎮(zhèn)痛作用,然而,這些多靶點分子的阿片樣副作用仍待進(jìn)一步評價。
已有研究表明NOR與MOR、DOR和KOR等傳統(tǒng)的阿片受體之間存在高度的氨基酸序列同源性,被認(rèn)為是阿片受體家族的新成員,但NOR的藥理學(xué)功能與經(jīng)典阿片受體存在一定的差異性,MOR、DOR和KOR的配體對NOR的親和性不高。已有的研究表明,在嚙齒類和靈長類動物實驗中,鞘內(nèi)聯(lián)合使用MOR激動劑嗎啡和NOR激動劑孤啡肽可產(chǎn)生協(xié)同的鎮(zhèn)痛作用,并且NOR激動劑能有效降低MOR激動劑的呼吸抑制、瘙癢、耐受和成癮等副作用[34]。免疫共沉淀結(jié)果表明,NOR和MOR在與痛覺相關(guān)的腦區(qū)存在共分布[35]。因此,開發(fā)同時作用于MOR和NOR的多靶點分子是發(fā)展高效、低副作用的新型鎮(zhèn)痛藥物的有效策略。該策略已被臨床使用小分子結(jié)構(gòu)的鎮(zhèn)痛藥物所驗證,如丁丙諾啡,對MOR、DOR、KOR和NOR受體同時表現(xiàn)出激動活性,因其在呼吸抑制和成癮性等副作用中具有天花板效應(yīng),而在鎮(zhèn)痛作用中無此效應(yīng),因此是一種安全指數(shù)較高的鎮(zhèn)痛藥物,而且還可用于治療阿片類藥物的成癮[16]。
基于MOR激動劑皮啡肽(dermorphin)和NOR激動劑孤啡肽的化學(xué)結(jié)構(gòu)而構(gòu)建的多靶點分子DeNo,對MOR和NOR都表現(xiàn)出較高的親和性和激動活性,然而,與母體皮啡肽相比,大鼠鞘內(nèi)注射DeNo的鎮(zhèn)痛作用有所降低,且在轉(zhuǎn)棒實驗中表現(xiàn)出運動抑制[36]。
[Dmt1]N/OFQ(1-13)-NH2是作用于阿片受體/NOR的多靶點激動劑,以其為化學(xué)模板分子,通過肽裝訂技術(shù)(peptide welding technology,PWT)構(gòu)建了樹枝狀的多靶點分子PWT2-[Dmt1]N/OFQ(1-13)-NH2(PWT2-[Dmt1])[37]。在體外實驗中,PWT2-[Dmt1]對MOR、DOR、KOR和NOR都表現(xiàn)出較好的親和性和激動活性。在恒河猴的體內(nèi)實驗中,鞘內(nèi)注射PWT2-[Dmt1]在溫水浴甩尾實驗中對急性痛產(chǎn)生劑量依賴性鎮(zhèn)痛作用,其作用強度和持續(xù)時間均高于母體[Dmt1]N/OFQ(1-13)-NH2,且藥理學(xué)實驗表明該鎮(zhèn)痛作用由NOR受體介導(dǎo),而與阿片受體無關(guān)。此外,PWT2-[Dmt1]不產(chǎn)生瘙癢、運動抑制和鎮(zhèn)靜的副作用。
基于MOR激動劑活性片段Dmt-D-Arg-Abaβ-Ala-NH2和NOR拮抗劑活性乙?;腁c-Arg-Tyr-Tyr-Arg-Ile-Lys-NH2的化學(xué)結(jié)構(gòu)而構(gòu)建的MOR/NOR的多靶點配體KGNOP1,對MOR和NOR都具有較高的親和性,且同時表現(xiàn)出MOR激動活性和NOR拮抗活性[38]。在大鼠或小鼠體內(nèi),靜脈注射KGNOP1在急性痛或慢性縮窄性神經(jīng)損傷(CCI)誘導(dǎo)的神經(jīng)痛等模型中均產(chǎn)生劑量依賴性鎮(zhèn)痛作用,且鎮(zhèn)痛效果顯著強于嗎啡,作用時間更長,同時其呼吸抑制的風(fēng)險明顯降低。此外,大鼠鞘內(nèi)注射KGNOP1在急性痛和神經(jīng)痛模型中產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用,與嗎啡相比,延緩了其鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象的出現(xiàn),同時在嗎啡耐受大鼠中仍有效地緩解疼痛。
MOR/NOR多靶點肽類分子具有高效鎮(zhèn)痛作用,且能有效降低耐受、呼吸抑制、瘙癢、運動抑制、鎮(zhèn)靜等阿片樣副作用。值得注意的是,現(xiàn)有研究表明,MOR激動劑無論與NOR激動劑或拮抗劑的多靶點組合均可以降低阿片樣副作用,因此NOR的激動活性或拮抗活性在MOR/NOR多靶點分子中的作用仍待進(jìn)一步的實驗進(jìn)行闡明。
P物質(zhì)(substance P,SP)作為神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì),在痛覺信號傳導(dǎo)中具有重要的調(diào)節(jié)作用,也被認(rèn)為是一種阿片調(diào)節(jié)肽,其作用靶點為痛覺相關(guān)的神經(jīng)激肽1(NK1)受體[39]。在動物實驗中,聯(lián)合使用NK1受體拮抗劑和阿片類物質(zhì),能加強阿片的鎮(zhèn)痛作用,并且,NK1受體拮抗劑能減緩阿片所介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛耐受和惡心嘔吐副作用。因此,藥物化學(xué)家們基于阿片肽/神經(jīng)激肽來設(shè)計阿片/NK1受體的多靶點分子。
2000年,F(xiàn)oran等[40]基于內(nèi)嗎啡肽2和SP的C末端五肽SP(7-11)的化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)建了多靶點分子ESP7。體外功能性實驗表明ESP7能同時激活MOR和NK1受體。大鼠脊髓注射ESP7可產(chǎn)生阿片受體介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛作用,且連續(xù)注射5 d未出現(xiàn)耐受現(xiàn)象,進(jìn)一步的藥理學(xué)研究表明NK1受體參與了ESP7的無耐受鎮(zhèn)痛作用。在嗎啡耐受的動物體內(nèi)注射ESP7仍可產(chǎn)生高效的鎮(zhèn)痛作用,未出現(xiàn)交叉耐受現(xiàn)象。此外,ESP7經(jīng)氨基酸替換的類似物ESP6(Tyr-Pro-Phe-Phe-Pro-Leu-Met-NH2)保留了ESP7的NK1受體激動活性,但其MOR受體激動活性大幅降低,因此單獨注射時只產(chǎn)生輕微的鎮(zhèn)痛作用,但能有效加強并延長嗎啡的鎮(zhèn)痛作用,減緩其鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象的出現(xiàn)[40]。
AWL-60是將阿片與神經(jīng)激肽的藥效團(tuán)進(jìn)行化學(xué)連接的首個多靶點分子。在體外和體內(nèi)實驗中,AWL-60可顯著拮抗SP(6-11)的作用,表現(xiàn)出NK1受體的拮抗活性。脊髓注射AWL-60可產(chǎn)生強效、長時程的鎮(zhèn)痛作用[41]。隨后,Bonney等[42]基于腦啡肽和NK1拮抗劑的藥效團(tuán)進(jìn)一步構(gòu)建了AA501,大鼠鞘內(nèi)注射AA501在急性痛、炎癥痛和神經(jīng)痛等模型痛中均產(chǎn)生顯著的鎮(zhèn)痛作用。此外,該課題組以阿片肽DALDA (Tyr-D-Arg-Phe-Lys-NH2)和SP類似物為化學(xué)模板分子,構(gòu)建了多靶點分子AA3052,大鼠側(cè)腦室注射AA3052能產(chǎn)生無耐受鎮(zhèn)痛作用,且未出現(xiàn)鎮(zhèn)靜副作用[43]。
美國Hruby研究組基于阿片受體和NK1受體藥效團(tuán)構(gòu)建了一系列阿片/NK1受體的多靶點分子,以期篩選出高效、低副作用的鎮(zhèn)痛新藥?;诎⑵觿┖蚇K1受體拮抗劑構(gòu)建出多靶點分子TY005,大鼠鞘內(nèi)和靜脈注射TY005均能產(chǎn)生無耐受鎮(zhèn)痛作用,且無鎮(zhèn)靜副作用出現(xiàn)[44]。此外,多靶點分子TY027同樣表現(xiàn)出MOR、DOR激動活性及NK1受體拮抗活性,其血漿酶解半衰期可保持4 h以上。鞘內(nèi)、側(cè)腦室和靜脈注射TY027在急性痛和神經(jīng)痛等模型痛中產(chǎn)生強效鎮(zhèn)痛作用,且未出現(xiàn)明顯的成癮、便秘和惡心嘔吐等阿片樣副作用[45]。
2017年,Starnowska等[46]構(gòu)建了一系列阿片激動劑/NK1拮抗劑的多靶點分子RCCHM1 ~RCCHM8。在大鼠急性痛模型中,鞘內(nèi)注射先導(dǎo)化合物RCCHM3和RCCHM6所產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛活性低于模板分子 KGOP1(Dmt-D-Arg-Aba-β-Ala-NH2)。然而,在神經(jīng)病理性痛模型中,這2種先導(dǎo)化合物的鎮(zhèn)痛活性均顯著強于模板分子KGOP1。
阿片/NK1受體的多靶點肽類分子可產(chǎn)生無耐受鎮(zhèn)痛作用,并有效降低部分阿片樣副作用。同樣,NK1受體的激動活性或拮抗活性在阿片/NK1受體的多靶點分子中的作用需進(jìn)一步闡述。
膽囊收縮素(cholecystokinin, CCK)能減弱阿片類物質(zhì)所介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛作用,被認(rèn)為是一種阿片調(diào)節(jié)肽。CCK可作用于CCK2受體,促進(jìn)嗎啡鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象的出現(xiàn);反之,CCK2受體的拮抗劑可有效地逆轉(zhuǎn)嗎啡耐受現(xiàn)象,且減輕嗎啡所引起的生理性成癮等副作用。因此,開發(fā)具有阿片激動活性和CCK2受體拮抗活性的多靶點分子有望降低阿片樣副作用[47]。
美國Hruby研究組基于阿片藥效團(tuán)和CCK的類似物SNF9007的化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)建了多靶點分子RSA-504和RSA-601。兩者均具有MOR、DOR激動活性及CCK2受體拮抗活性,大鼠鞘內(nèi)注射RSA-504和RSA-601可產(chǎn)生無耐受鎮(zhèn)痛作用,且不出現(xiàn)運動抑制和鎮(zhèn)靜等阿片樣副作用[48]。
神經(jīng)肽FF(NPFF)是一類重要的內(nèi)源性阿片調(diào)節(jié)肽,對阿片類物質(zhì)所引起的鎮(zhèn)痛、耐受和成癮均具有一定的調(diào)節(jié)作用。已有的研究表明NPFF及其相關(guān)肽主要通過NPFF1和NPFF2這2種不同的受體來介導(dǎo)其生物活性。筆者課題組在NPFF活性鑒定過程中發(fā)現(xiàn)NPFF能加強內(nèi)嗎啡肽2的鎮(zhèn)痛作用,并能減弱阿片獎賞和成癮作用[49-50]。在此基礎(chǔ)上,率先提出將NPFF和阿片受體作為新型阿片類多靶點分子的組合靶點。
前期的阿片肽和NPFF構(gòu)效關(guān)系研究表明,NPFF的C末端以酰胺結(jié)尾的四肽結(jié)構(gòu)是其激活NPFF受體的關(guān)鍵藥效團(tuán),而內(nèi)嗎啡肽激活MOR受體的關(guān)鍵藥效團(tuán)是N末端三肽結(jié)構(gòu)?;诎⑵暮蚇PFF的結(jié)構(gòu)和功能研究,筆者課題組利用多肽“分子嵌合”策略,以內(nèi)嗎啡肽2和NPFF為化學(xué)模板分子,成功構(gòu)建了多靶點分子EN-9[51]。體外功能性鑒定發(fā)現(xiàn),EN-9能同時激活KOR和NPFF受體,但不能激活MOR。體內(nèi)活性檢測發(fā)現(xiàn),中樞注射EN-9能產(chǎn)生無耐受鎮(zhèn)痛作用。與模板分子內(nèi)嗎啡肽2相比,EN-9的獎賞和便秘等副作用均有所降低[51]。進(jìn)一步以EN-9為化學(xué)模板,對阿片肽和NPFF的藥效團(tuán)進(jìn)行替換,通過活性篩選發(fā)現(xiàn)了阿片/NPFF受體的多靶點分子BN-9[52],體外功能性實驗表明BN-9能同時激活MOR、KOR、DOR、NPFF1和NPFF2受體。側(cè)腦室注射BN-9能產(chǎn)生MOR和KOR受體介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛作用,且未出現(xiàn)鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,其便秘副作用也有所降低,但保留與嗎啡相當(dāng)?shù)莫勝p作用。進(jìn)一步的藥理學(xué)鑒定發(fā)現(xiàn)BN-9不能穿透血腦屏障[53-54],腳掌或腹腔注射BN-9在內(nèi)臟痛、手術(shù)后痛和炎癥痛等不同的病理痛模型中均能產(chǎn)生外周阿片受體介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛活性,并且無鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,其便秘副作用也有所降低。在先導(dǎo)化合物BN-9的基礎(chǔ)上,利用氨基酸替換修飾的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,成功篩選出高效鎮(zhèn)痛的多靶點分子DN-9[55],其能同時激活阿片和NPFF受體,且側(cè)腦室注射時能通過MOR和KOR介導(dǎo)高效的鎮(zhèn)痛活性,并在炎癥痛模型中具有鎮(zhèn)痛作用,無鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,其便秘和運動協(xié)調(diào)性副作用也明顯降低。
此外,筆者課題組以內(nèi)嗎啡肽2和NPFF受體拮抗劑RF9為化學(xué)模板分子,設(shè)計并合成了樹枝狀多靶點分子EKR和RKE[56],體外功能性實驗表明EKR和RKE表現(xiàn)為阿片受體激動劑、NPFF1受體拮抗劑和NPFF2受體半激動劑,脊髓以上水平注射EKR和RKE在光熱甩尾急性痛模型中產(chǎn)生MOR受體介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛作用,而在炎癥痛模型中,它們的脊髓水平鎮(zhèn)痛作用與阿片和NPFF受體的激活有關(guān)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),EKR和RKE能有效減緩鎮(zhèn)痛耐受的形成,且其便秘副作用也有所降低。
最近,Smionin和Ballet課題組合作研究發(fā)現(xiàn)了一系列阿片/NPFF受體的多靶點肽類分子,其中,KGFF03在體外功能性實驗中表現(xiàn)為MOR激動劑、DOR激動劑、KOR半激動劑、NPFF1和NPFF2受體的激動劑,而KGFF09表現(xiàn)為MOR激動劑、DOR激動劑、KOR拮抗劑、NPFF1和NPFF2受體的拮抗劑;且KGFF03和KGFF09均表現(xiàn)為不激活β-arrestin信號通路的MOR的阿片類偏向性激動劑,具有NOR受體的弱拮抗活性,并對GPR10、GPR54和GPR103等其他RF-NH2相關(guān)肽的受體基本無親和性[57]。體內(nèi)活性鑒定發(fā)現(xiàn)皮下注射KGFF03和KGFF09都能產(chǎn)生長效的鎮(zhèn)痛作用,且兩者的呼吸抑制和便秘等副作用明顯降低[57]。然而,KGFF03和KGFF09在鎮(zhèn)痛耐受方面存在一定的差異性,即具有MOR、DOR激動活性和NPFF受體激動活性的KGFF03產(chǎn)生鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,而具有MOR、DOR激動活性和NPFF受體拮抗活性的KGFF09未出現(xiàn)鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象[57]。因此,KGFF03和KGFF09的體內(nèi)活性的作用機制仍需進(jìn)一步的驗證,例如考察KGFF03和KGFF09所產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛作用具體由哪些阿片受體亞型參與。
綜上所述,已有的研究結(jié)果表明阿片/NPFF受體的多靶點分子可產(chǎn)生鎮(zhèn)痛活性,但仍有一些現(xiàn)象需進(jìn)一步的研究來闡明。例如:阿片/NPFF受體的多靶點激動劑BN-9和KGFF03存在不同的鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,引起這種差異現(xiàn)象的原因需從以下幾個方面來探求:其一,體外功能性實驗表明BN-9和KGFF03在KOR上存在不同藥理學(xué)特性,則需考慮參與鎮(zhèn)痛的阿片受體亞型是否存在差異性;其二,BN-9和KGFF03分別為九肽和六肽結(jié)構(gòu),則需考慮阿片和NPFF藥效團(tuán)是否需要維持一定的空間距離以使多靶點分子不出現(xiàn)鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,筆者課題組未發(fā)表的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)BN-9的六肽和七肽類似物的確存在鎮(zhèn)痛耐受現(xiàn)象,進(jìn)一步說明阿片和NPFF藥效團(tuán)的空間距離對于所構(gòu)建的多靶點分子是否產(chǎn)生鎮(zhèn)痛耐受極其重要。此外,樹枝肽EKR、RKE與六肽KGFF03的體外藥理學(xué)活性相近,但其鎮(zhèn)痛耐受卻不同,這種差異性進(jìn)一步驗證了空間結(jié)構(gòu)和距離對于多靶點分子的重要性。值得一提的是,雖然絕大部分研究都表明NPFF受體拮抗劑能有效降低阿片鎮(zhèn)痛耐受,但也有報道發(fā)現(xiàn)NPFF2受體的選擇性激動劑AC-263093能減緩嗎啡耐受的現(xiàn)象[58]。
內(nèi)源性神經(jīng)肽神經(jīng)降壓素(neurotensin,NT)主要通過神經(jīng)降壓素受體亞型1(NTS1)和亞型2(NTS2)來介導(dǎo)其生物活性,可產(chǎn)生不依賴于阿片系統(tǒng)的鎮(zhèn)痛活性。其構(gòu)效關(guān)系研究表明,NT的C末端六肽NT(8-13)是保持其受體親和性和激動活性的關(guān)鍵藥效團(tuán)。在大鼠熱板實驗中,皮下注射NTS激動劑NT69L與嗎啡具有協(xié)同的鎮(zhèn)痛作用[59]?;贛OR激動劑內(nèi)嗎啡肽2和NT關(guān)鍵藥效團(tuán)而構(gòu)建的多靶點分子PK20,對MOR、DOR和NTS1受體均具有較好的親和性和激動活性。大鼠鞘內(nèi)或小鼠靜脈注射PK20在溫浴甩尾實驗中具有長效的鎮(zhèn)痛活性,其鎮(zhèn)痛效價比嗎啡強150倍以上[60]。大鼠鞘內(nèi)或小鼠靜脈注射PK20的類似物[Ile9]PK20,在光熱甩尾實驗中同樣能夠產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用,雖其鎮(zhèn)痛效果弱于PK20,但未出現(xiàn)運動抑制的副作用[61]。
大麻(cannabinoid)受體(CB1和CB2受體)激動劑具有鎮(zhèn)痛作用,四氫大麻酚(Δ9-THC)等部分激動劑已應(yīng)用于臨床[62]。因此,大麻受體被認(rèn)為是構(gòu)建非阿片類多靶點分子的候選組合靶標(biāo)之一。阿片受體和大麻受體的激動劑共注射時能產(chǎn)生協(xié)同增強的鎮(zhèn)痛作用。此外,CB1受體拮抗劑能逆轉(zhuǎn)嗎啡的鎮(zhèn)痛耐受和依賴性?;诎⑵幕钚云蜹yr-D-Ala-Gly-Phe-NH2和CB1受體拮抗劑利莫那班(rimonabant)類似物構(gòu)建的多靶點配體,對MOR、DOR、KOR、CB1R表現(xiàn)出親和性和反向激動活性,然而在小鼠熱板和甩尾實驗中側(cè)腦室注射后喪失鎮(zhèn)痛作用[63]。
美國Hruby研究組構(gòu)建了一些阿片/其他受體的多靶點分子?;贛OR藥效團(tuán)Tyr-D-Ala-Gly-Phe與黑皮質(zhì)素受體拮抗劑SHU9119構(gòu)建的VVK052和VVK054,對MOR和MC4R具有極好的親和性[64]?;贒OR激動劑腦啡肽的類似物Tyr-D-Ala-Phe、Tyr-D-Ala-Gly-Phe、Tyr-Pro-Phe 和緩激肽B2受體拮抗劑Hoe140構(gòu)建了一系列多靶點分子,部分分子表現(xiàn)出較高的MOR和DOR受體親和性,但對B2受體的親和性較弱[65]?;谀X啡肽藥效團(tuán)和5-羥色胺再攝取抑制劑(selective serotonin re-uptake inhibitors,SSRIs)藥效團(tuán)構(gòu)建的多靶點分子,同時具有阿片受體激動活性以及5-羥色胺或去甲腎上腺素再攝取抑制活性[66]。然而,基于黑皮質(zhì)素受體、緩激肽受體或5-羥色胺再攝取抑制劑系統(tǒng)構(gòu)建的阿片類多靶點配體,其是否保持了鎮(zhèn)痛活性,且其阿片樣副作用是否有所降低,目前這些化合物的體內(nèi)藥理學(xué)活性鑒定結(jié)果仍未見報道。
近年來,阿片類多靶點分子的研究在新型高效、低副作用鎮(zhèn)痛新藥研發(fā)方面具有潛在的應(yīng)用前景,特別是在降低耐受、成癮、呼吸抑制、便秘和運動抑制等阿片樣副作用方面取得重要進(jìn)展,例如MOR/NOR多靶點鎮(zhèn)痛分子的藥理學(xué)活性在非人靈長類動物和臨床研究中得以驗證。雖然多靶點鎮(zhèn)痛藥物的治療優(yōu)勢已被廣泛接受,但是真正意義上的多靶點藥物(單藥多靶)的發(fā)現(xiàn)和藥理學(xué)鑒定仍需進(jìn)一步的研究來深入闡述,迄今還未建立完善的多靶點肽類分子系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化的策略和理論。多靶點藥物設(shè)計過程中通常會存在以下3個技術(shù)難點:1)可能組合靶點的發(fā)現(xiàn);2)活性篩選技術(shù)的復(fù)雜性;3)多靶點分子中各藥效團(tuán)之間的配比和協(xié)同效應(yīng)。針對上述技術(shù)難點,結(jié)合已有的研究,初步總結(jié)出多靶點肽類分子的研究策略:1)2個受體之間存在內(nèi)在的功能性聯(lián)系,并有助于提高鎮(zhèn)痛藥效、降低阿片樣副作用,對可以作為候選的組合靶點予以驗證;2)體外和體內(nèi)篩選方法相結(jié)合,體外活性篩選方法用于評價多靶點分子對單靶點的親和和激動/拮抗活性,而體內(nèi)活性評價用于檢測多個受體系統(tǒng)之間的協(xié)同效應(yīng),是否達(dá)到預(yù)期的鎮(zhèn)痛藥效提高或阿片樣副作用降低等目標(biāo);3)結(jié)合傳統(tǒng)單靶點肽類分子的構(gòu)效關(guān)系研究數(shù)據(jù),對多靶點分子中的關(guān)鍵藥效團(tuán)進(jìn)行替換修飾,并在化學(xué)修飾過程中一定要統(tǒng)籌考慮單位點或多位點對各個藥效團(tuán)的效能和效價的影響,多靶點分子中一般存在2個以上藥效團(tuán),結(jié)構(gòu)的細(xì)微改變都會直接影響不同藥效團(tuán)對其受體的親和性和藥理學(xué)特性。由于已有的多靶點肽類鎮(zhèn)痛分子的研究仍十分有限,上述研究策略尚需進(jìn)一步的實踐和研究來不斷地完善和提升。
多靶點肽類鎮(zhèn)痛藥物的設(shè)計和研發(fā)需要考慮多方面的因素:1)多個受體系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互協(xié)同效應(yīng);2)每個藥效團(tuán)具有不同的內(nèi)在活性和藥理學(xué)特性,如完全激動劑、半激動劑、反向激動劑、中性拮抗劑、構(gòu)象調(diào)節(jié)劑等;3)靶向的多受體之間是否存在受體異源性聚合現(xiàn)象;4)多靶點肽類分子是否具有血腦屏障通透性和細(xì)胞穿透性。雖然阿片類多靶點分子的設(shè)計和化學(xué)構(gòu)建目前受到廣泛關(guān)注,但不同給藥途徑時多靶點肽類分子的鎮(zhèn)痛活性和功能存在一定的差異性,其具體的藥理學(xué)功能鑒定仍需系統(tǒng)的研究來深入闡明,以期全面地評價多靶點鎮(zhèn)痛分子在高效、低副作用的鎮(zhèn)痛新藥研發(fā)中的成藥性。此外,由于單個受體可介導(dǎo)多種生物學(xué)功能,并且單個受體能激活不同的下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具有藥理學(xué)功能的選擇性,如MOR對下游的不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具有偏好選擇性,因此,仍需進(jìn)一步的研究來闡明高效、低副作用的多靶點鎮(zhèn)痛分子的具體神經(jīng)生物學(xué)機制。