基于片段的异喹啉衍生物设计为抗炎药

基于片段的药物发现(Fragment-based drug discovery, FBDD)是一种成熟的药物生成的高通量筛选方法。与传统的高通量筛选技术相比，用于FBDD的片段分子在结构上往往不那么复杂。
日本朝日Kasei制药公司的Masakazu Atobe博士和他的同事开发了一种方法，可以应用于发现有效的药物，而不需要x射线结构信息。

现代药物发现需要筛选大量的化合物库，这样一种有效的化合物就可以被确定为潜在的药物，进行试验，并最终上市。这种方法被称为高通量筛选，通常需要每天筛选数十万种化合物，并严重依赖自动化。

许多药物是酶抑制剂——一种结合在酶上从而降低酶活性的分子。例如，如果目标酶对病原体的生存很重要，那么针对该酶的特定药物抑制剂就会像抗生素一样杀死病原体。类似地，如果要治疗的疾病是由代谢途径故障引起的，使用适当的酶抑制剂将纠正代谢失衡。由于酶控制着每个生理系统，酶抑制剂也可以用作化疗药物、杀虫剂、消炎药或控制血压。为了有效，抑制剂需要与目标紧密结合。

虽然测试大量的候选药物是至关重要的，从而增加找到有效药物的可能性，更重要的是，通过合理的药物设计过程来选择潜在的药物，这些药物设计过程考虑了靶标的三维结构和使某些候选药物更有可能与靶标结合的化学特征。通常，结合是通过与目标蛋白结合的片段的x射线晶体结构来确定的，从而可以合理设计候选药物化合物。然而，在许多酶的靶标中，仍然很难设计有效的抑制剂，如
结合其靶酶的配体的X射线结构是不知道的。Masakazu Atobe博士从Asahi Kasei Pharma Corporation在日本和他的同事们通过合并了基于异喹啉的结构的文库的几个击中片段来克服了这个问题。

Atiobe博士的团队旨在开发针对蛋白激酶C（PKC）类激酶的成员的药物，用于治疗类风湿性关节炎。

设计片段合并
在他们的策略中，作者称其为“设计片段合并”，成功与目标结合的片段合并成一个分子，形成一种结构，可以作为一种潜在有效的药物在动物模型中进行测试。设计合并策略是对基于片段的药物发现(FBDD)的一种适应，FBDD是一种成熟的药物生成的高通量筛选方法。迄今为止，已有三种已获批准的抗癌药物源自FBDD，另有几种化合物已进入临床试验阶段。FBDD包含了广泛的技术来寻找对目标蛋白具有高亲和力的小片段分子。片段分子通常是低分子量的，它们的结构往往不像传统的高通量筛选中使用的化合物那么复杂。

识别合适的模板结构
由Atobe和他的同事构建的图书馆的起点是异喹啉衍生物药物Fasudil，一种酶Rho-kinase的有效抑制剂，其通常用作血管扩张器（用于加宽血管）的血管支气管痉挛（a sudden constriction or ‘spasm’ of the muscles in the walls of the bronchioles) and of pulmonary hypertension (high blood pressure within the arteries of the lungs). Isoquinoline is a type of organic compound structurally known as a benzopyridine, which is composed of a benzene ring and a pyridine fused together. Isoquinoline is the parent compound of many naturally occurring isoquinoline-derivative alkaloids, which include papaverine, codeine and morphine among many others. Fasudil is known as a hinge binder for a class of enzymes known as kinases. Kinases have special binding pockets to accommodate ATP, a molecule of fundamental importance in a large number of metabolic reactions. The hydrophobic part of the isoquinoline ring occupies the ATP pocket of the kinase.

Atiobe博士的团队旨在开发针对蛋白激酶C（PKC）类激酶的成员的药物，用于治疗类风湿性关节炎。也认为PKC抑制剂是治疗众多病症的理想候选者，例如糖尿病，皮肤慢性炎症和乳腺癌。

击中碎片的分析与优化
为了生成合适的片段，Atobe博士实验室的团队合成了几种化学结构，每种结构可以结合异喹啉环的1-、3-、4-、5-、6-、7-或8位异喹啉化合物，从而生成5000个异喹啉衍生物的文库。他们预计单取代异喹啉片段的生化筛选将提供许多命中片段。一旦在不同位置上被取代的两个片段被识别出来，它们就被合并到同一个异喹啉环上，快速提供一个高效的分子，而不需要先前获得的结构信息。

当碎片的x射线晶体结构与蛋白质结合时，可以采用“设计合并”策略
不知道。

在他们最新的论文中，为两种激酶抑制剂提供了两个设计片段合并的例子。他们首先将异喹啉环第4位取代的衍生物与第6位取代的衍生物合并，从而产生一种对其目标激酶产生中纳摩尔抑制的化合物。接下来，他们将5-取代的异喹啉衍生物与7-取代的衍生物合并，生成一种非常有效的化合物，能够在小于纳摩尔浓度下作为激酶抑制剂。进一步优化后得到了5,7-二取代异喹啉，随后在类风湿性关节炎的动物模型研究中进行了测试，效果良好。

结束语
“通过设计的合并”方法是一种有前途的药理学策略，当不知道与其蛋白质结合的片段的X射线晶体结构时，可以应用于挑战激酶抑制剂的发现。该技术是FBDD的改编，可以总结为五步过程。第一步包括属于共同模板结构的片段的生物化学筛选。在Atobe博士和他的同事的工作中，Isoquinoline被证明是激酶抑制剂的开发的良好模板，最初筛选了5,000个片段的文库。第二步是分析产生“击中”的片段，换句话说，具有目标蛋白的成功结合事件。在异喹啉的情况下，碎片可以源自原始双环分子连接到可以代替在双环上的七种可用位置中的任何一个上的氢的化学取代基的衍生物。第三步，片段合并，是设计策略的关键。当两个片段源于替换模板结构的两个不同位置时，可以合并，快速提供高度有效的分子。通过这种策略，atobe博士和他的同事管理到从原始的5,000种片段化合物的搜索缩小到两种化学系列二取代异喹啉的快速鉴定。一旦鉴定了潜在的药物候选者，第四步，优化包括通过评估其在细胞培养研究中的有效性进行的合成和验证中。 Finally, the most potent and orally available compounds are selected for more studies on animal models. Further in vitro analysis of a 5,7-disubstituted isoquinoline inhibitor proved to the team that it was a good candidate drug for the treatment of rheumatoid arthritis. The in vivo studies in a model of the disease in mice confirmed that the compound is effective in treating rheumatoid arthritis, acting as an anti-inflammatory with disease-modifying properties. In future, the team hopes to use the compound as a chemical tool to explore further the efficacy, safety and tolerability of inhibitors of the protein kinase C class of enzymes.