“Although a bit of an exaggeration, there is a lot of truthin the saying that we do not need to find new drugs; rather we need to find thepatients who can benefit from existing drugs”
——Christopher Lipinski
一個(gè)新藥的發(fā)現(xiàn)必然經(jīng)歷非藥～類藥～成藥的轉(zhuǎn)化歷程，需要承擔(dān)高額的投入和未知的風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，研發(fā)新藥并成功上市需耗時(shí)13～15年，平均花費(fèi)20億～30億美元，隨著對(duì)藥物安全性及有效性的要求不斷提高，開發(fā)新藥的成本還將持續(xù)上漲，根據(jù)Eroom定律，每隔9年新藥研發(fā)成本就會(huì)大幅上升。鑒于近年來(lái)新藥臨床研究的高失敗率，尋找現(xiàn)有藥物的新適應(yīng)癥成為極具吸引力及優(yōu)化藥企成本/效益的新策略。在老藥的原適應(yīng)癥以外開發(fā)新用途的過(guò)程就稱為老藥新用，當(dāng)然，“老藥”其實(shí)不僅限于現(xiàn)有已上市藥物，還應(yīng)該包含曾/現(xiàn)處于臨床前或臨床研究中的潛在候選物。近年來(lái)，老藥新用作為藥物開發(fā)策略越來(lái)越受到重視，并由此誕生了大量的新適應(yīng)癥藥物(Table 1)，同時(shí)，研究人員也積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和研究策略。接下來(lái)，本文將對(duì)老藥新用的研究策略進(jìn)行淺析。
▼策略一：基于現(xiàn)有藥物的副作用進(jìn)行開發(fā)
基于現(xiàn)有藥物副作用的偶然發(fā)現(xiàn)是早期老藥新用的最主要策略，并由此開發(fā)了一系列的新適應(yīng)癥藥物，如達(dá)泊西汀，氯丙嗪，依洛尼塞，非那雄胺，米諾地爾，西地那非，托吡酯等。
1.達(dá)泊西汀的早泄適應(yīng)癥
禮來(lái)開發(fā)的達(dá)泊西汀最初主要作為鎮(zhèn)痛和抗抑郁藥物，然而由于其起效快，且半衰期較短，不能實(shí)現(xiàn)每日給藥一次，因此成為抗抑郁藥物的一大缺陷。但是，研究人員在臨床應(yīng)用中觀察到選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑(SSRI)具有延遲射精的副作用。這一副作用的發(fā)現(xiàn)立即觸動(dòng)了當(dāng)時(shí)研究人員的敏感神經(jīng)，要知道當(dāng)時(shí)的美國(guó)有超過(guò)20％的男性存在早泄問(wèn)題?？紤]到SSRI這一可能的新用途，結(jié)合達(dá)泊西汀有利的藥代動(dòng)力學(xué)特征——起效迅速及半衰期短，貼合了男性早泄的臨床需求，先前的致命缺陷反而成了新適應(yīng)癥的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。不久，臨床試驗(yàn)于2001年啟動(dòng)，并于2009年被FDA批準(zhǔn)用于治療早泄，成為治療早泄的第一款口服藥物。
2.心血管到勃起功能障礙，再到肺動(dòng)脈高壓
最初，輝瑞公司開發(fā)的磷酸二酯酶-5(PDE5)抑制劑西地那非主要用于緩解心絞痛的臨床研究。然而，臨床實(shí)驗(yàn)中卻沒(méi)有顯示出有利的心血管效應(yīng)。相反，研究人員發(fā)現(xiàn)該藥的主要不良反應(yīng)是異常強(qiáng)烈而持久的勃起，其后研究發(fā)現(xiàn)PDE5也是介導(dǎo)勃起生化途徑中的關(guān)鍵酶。由此，可快速吸收，對(duì)心率和血壓無(wú)明顯影響的西地那非掀起了一股男性性功能障礙藥物研發(fā)熱潮，西地那非，伐地那非，他達(dá)那非等被相繼開發(fā)上市。其中，他達(dá)那非作為一種口服、長(zhǎng)效、高度肺靶向的選擇性PDE5抑制劑，能夠在肺組織中通過(guò)一氧化氮途徑持續(xù)起到緩解肺動(dòng)脈高壓的作用，成為新一代肺動(dòng)脈高壓藥物。
▼策略二：基于已有作用機(jī)制進(jìn)行開發(fā)
1.度洛西汀治療應(yīng)力性尿失禁(SUI)
20世紀(jì)80年代，禮來(lái)公司研發(fā)的度洛西汀最初作為抗抑郁藥，其作用機(jī)制是阻斷5-羥色胺和去甲腎上腺素在突觸間隙的再攝取。考慮到脊髓中5-羥色胺和去甲腎上腺素還能通過(guò)控制尿道括約肌以增加尿道阻力以防止尿失禁，研究人員首先在動(dòng)物模型上進(jìn)行了相關(guān)的概念驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)度洛西汀能夠通過(guò)5HT受體機(jī)制抑制膀胱活動(dòng)并通過(guò)5HT2和α-1-腎上腺素能機(jī)制增強(qiáng)外尿道括約肌強(qiáng)度。因此，應(yīng)力性尿失禁(SUI)成為度洛西汀的新適應(yīng)癥，SUI是一種以腹內(nèi)壓力急劇增加為特征的尿液泄漏，如笑，咳嗽和打噴嚏均可誘發(fā)尿失禁，在此之前除了手術(shù)治療和失禁墊，尚無(wú)任何有效藥物。
2.沙利度胺用于麻風(fēng)結(jié)節(jié)性紅斑和多發(fā)性骨髓瘤
20世紀(jì)50年代，沙利度胺因其在最初的適應(yīng)癥—治療孕吐導(dǎo)致海豹肢而聲譽(yù)不佳，致使德國(guó)頒布了Arzneimitteltelsetz法，要求證明上市藥物的安全性。沙利度胺的再利用也是非常偶然的，麻風(fēng)結(jié)節(jié)性紅斑(ENL)是一種以強(qiáng)烈的，持續(xù)性疼痛的結(jié)節(jié)和炎癥為特征的急癥，甚至?xí)?dǎo)致失明。1964年，一位ENL患者因嚴(yán)重疼痛而幾個(gè)星期持續(xù)失眠，但當(dāng)時(shí)接診的馬塞大學(xué)醫(yī)院極度缺藥，沙利度胺是醫(yī)院僅有的鎮(zhèn)靜類藥物，Jacob Sheskin博士認(rèn)為該藥的鎮(zhèn)靜作用可能會(huì)幫助患者入睡，于是給其處方了沙利度胺。幾周后，患者不僅奇跡般地治愈了失眠，而且也治愈了麻風(fēng)結(jié)節(jié)性紅斑疼痛，因此沙利度胺作為唯一一款治療ENL的藥物引起了世界衛(wèi)生組織的關(guān)注。世界衛(wèi)生組織對(duì)4552例患者進(jìn)行的臨床試驗(yàn)顯示，約有99％的患者在2周內(nèi)病情獲得完全緩解。并于1998年，批準(zhǔn)其用于治療ENL，商品名“Thalomid”。隨后的機(jī)制研究表明沙利度胺是一種有效的腫瘤壞死因子α抑制劑，具有抗血管生成特性。該作用機(jī)制使其成為抗癌治療的候選藥物，并合理解釋了其在人類胎兒肢體發(fā)育中的致畸作用。此后，92％的沙利度胺被超適應(yīng)癥用于癌癥治療，2006年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)其用于治療多發(fā)性骨髓瘤。
▼策略三：基于基因組、藥理學(xué)網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)通路分析
舒尼替尼和達(dá)沙替尼用于乳腺癌腦轉(zhuǎn)移
癌癥具有異質(zhì)性和復(fù)雜性等特性，由于個(gè)體癌癥的遺傳異質(zhì)性，不存在某一種特效藥能治療所有癌癥類型或亞型。有研究人員據(jù)此開發(fā)出了快速高效的老藥新用策略，該策略由6個(gè)計(jì)算模塊和2個(gè)乳腺癌腦轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成(Figure 1)。計(jì)算模塊包括差異分析、富集分析、癌信號(hào)橋(CSB)分析、網(wǎng)絡(luò)機(jī)制分析、生存分析和再定位分析，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括靶標(biāo)驗(yàn)證和藥效測(cè)定。首先，收集腦、肺和骨轉(zhuǎn)移患者的乳腺癌腫瘤群的微陣列數(shù)據(jù)用于計(jì)算分析，通過(guò)Partek(http：//www.partek.com)和Ingenuity Pathway Analysis(http：www.ingenuity.com)進(jìn)行差異和富集分析以鑒定在具有組織特異性轉(zhuǎn)移的患者和沒(méi)有轉(zhuǎn)移的患者之間差異表達(dá)最多的基因(基因標(biāo)記，P <0.001，Student'st-檢驗(yàn))。
癌信號(hào)橋(CSB)分析是將信號(hào)通路與癌癥相關(guān)蛋白聯(lián)系起來(lái)，CSBs組成的特定網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系是蛋白-蛋白相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)中常見的聯(lián)系模式，這其中PPI只包括在某一信號(hào)通路中至少具有一種蛋白和該信號(hào)通路之外的至少一種癌癥相關(guān)蛋白相互作用的模式才被定義為CSB。如此，則能在CSB中通過(guò)PPI信息發(fā)現(xiàn)未知的作用機(jī)制。例如，特定的CSB含有BRCA1，HSPA8，GRB2和NPM1四種蛋白，能夠形成四種PPIs：BRCA1?HSPA8，BRCA1?NPM1，GRB2?HSPA8和GRB2?NPM1。NPM1的編碼基因通過(guò)未知機(jī)制進(jìn)行突變導(dǎo)致急性早幼粒細(xì)胞白血病。通過(guò)運(yùn)用CSB，NPM1能夠基于GRB2蛋白與EGF通路相聯(lián)系，或基于BRCA1蛋白與E2F轉(zhuǎn)錄因子通路相聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)機(jī)制分析(Network mechanism analysis)主要基于差異分析和富集分析結(jié)果以及CSB信號(hào)網(wǎng)絡(luò)?；诰W(wǎng)絡(luò)建模，獲得的前網(wǎng)絡(luò)信號(hào)涉及最大數(shù)量的信號(hào)通路，并且包括基因標(biāo)簽中差異最大的基因。然后應(yīng)用生存分析模塊將假定的信號(hào)通路與患者的可用臨床信息(例如無(wú)轉(zhuǎn)移生存時(shí)間)相關(guān)聯(lián)。迭代地進(jìn)行路徑的分層聚類和Kaplan-Meier生存分析以過(guò)濾出對(duì)患者存活和轉(zhuǎn)移發(fā)生至關(guān)重要的高置信度蛋白途徑，以蛋白質(zhì)和基因?yàn)榘悬c(diǎn)的具有高置信度的藥物具有很高的干擾癌細(xì)胞中特定基因譜的潛力。研究人員通過(guò)使用計(jì)算模塊確定了15個(gè)再定位的候選藥物。其中有10種藥物滿足中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物的“類藥五規(guī)則”，表明其有可能穿透血腦屏障。其中，舒尼替尼(批準(zhǔn)用于治療晚期腎細(xì)胞癌和胃腸道間質(zhì)瘤)和達(dá)沙替尼(批準(zhǔn)用于治療慢性髓性白血病)，之前尚無(wú)報(bào)道將其與乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移相聯(lián)系，通過(guò)它們?cè)谛盘?hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的靶標(biāo)(RET和KDR，舒尼替尼；FYN，達(dá)沙替尼)，采用實(shí)驗(yàn)?zāi)K驗(yàn)證。結(jié)果表明，這兩種藥物均顯示出顯著降低腦轉(zhuǎn)移的潛力，目前正處于乳腺癌腦轉(zhuǎn)移II期臨床試驗(yàn)階段。
Figure 1 An overview of the technical pipeline for cancer drugrepositioning. (摘自Zhao et al. Novel modeling of cancer cell signaling pathways enablessystematic drug repositioning for distinct breast cancer metastases. CancerRes., 2013, 73, 6149–6163).
▼策略四：基于新靶標(biāo)確證(老藥脫靶效應(yīng))
抗抑郁藥阿莫沙平用于緩解伊立替康的毒性
伊立替康是一種常見的I型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑，用于惡性腫瘤，如腦癌，結(jié)腸癌和肺癌，以及難治性淋巴瘤。遲發(fā)性腹瀉是其主要的不良反應(yīng)，發(fā)生率高達(dá)88％，大約20%-30％的患者因嚴(yán)重腹瀉(CTCAE等級(jí)3-4)而必須終止治療。該副作用嚴(yán)重降低了患者的生活質(zhì)量，并限制了伊立替康的臨床應(yīng)用范圍及強(qiáng)化治療方案。研究表明，腸道細(xì)菌的β-葡萄糖醛酸酶(GUS)能夠?qū)o(wú)毒的伊立替康代謝產(chǎn)物SN-38G轉(zhuǎn)化成有毒的SN-38，從而誘導(dǎo)腸道副作用。GUS是一個(gè)全新的藥物靶標(biāo)，尚無(wú)有效的先導(dǎo)化合物，于是研究人員篩選了Prestwick Chemical Library? (www.prestwickchemical.com)中的1280個(gè)已上市藥物，其中抗抑郁藥阿莫沙平被確定為抵抗細(xì)菌GUS最有希望的潛在藥物之一。其后研究表明，阿莫沙平及其主要代謝產(chǎn)物7-羥基阿莫沙平和8-羥基阿莫沙平均為GUS抑制劑，能夠協(xié)同作用抑制伊立替康誘導(dǎo)的腹瀉。作為具有已知藥物性質(zhì)和安全性的老藥，抗抑郁藥阿莫沙平能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)用于伊立替康組合化療方案。
▼結(jié)論與展望
老藥具有經(jīng)證實(shí)的藥物代謝動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及安全性，因此老藥新用策略將避免由ADMET引起的臨床高失敗率，從而降低研發(fā)成本，并縮短開發(fā)上市的時(shí)間。在老藥新用開發(fā)策略中基于臨床偶然發(fā)現(xiàn)的確促成了許多成功的案例，但往往處于相對(duì)被動(dòng)的研發(fā)狀態(tài)，現(xiàn)有的基于靶標(biāo)或表型篩選的傳統(tǒng)方法也是老藥新用有力的開發(fā)策略。這些傳統(tǒng)方法仍有較多缺陷，首先是藥物可獲得的難易程度，盡管許多供應(yīng)商提供各種常用的化合物，但卻不可能涵蓋全世界已批準(zhǔn)或研究過(guò)的所有候選化合物。美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院的轉(zhuǎn)化科學(xué)庫(kù)存有3800個(gè)經(jīng)批準(zhǔn)或研究的化合物實(shí)體，其提供了免費(fèi)的電子資源，但用于篩選的小分子化合物只能通過(guò)有限的合作獲得。其次，即使該篩選僅限于現(xiàn)有上市藥物，大量篩選平臺(tái)的應(yīng)用仍然超過(guò)了任何一家制藥公司的運(yùn)營(yíng)能力。以罕見病為例子，根據(jù)FDA罕見病定義，美國(guó)國(guó)內(nèi)大約有6000種罕見病，其中大多數(shù)沒(méi)有有效的醫(yī)療方案及篩選模型。因此，基于計(jì)算的方法正在成為系統(tǒng)性老藥新用研究的主流，綜合運(yùn)用藥物分子-靶標(biāo)相互作用，PPIs，靶標(biāo)-疾病關(guān)聯(lián)，信號(hào)通路和藥理網(wǎng)絡(luò)，疾病相關(guān)基因組學(xué)，臨床監(jiān)察及大數(shù)據(jù)健康記錄等公開數(shù)據(jù)，將能夠進(jìn)一步減少老藥新用研發(fā)過(guò)程的投入，提高新適應(yīng)癥命中率。
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