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药品“库管员”发现新化合物, 有望预防常见手术并发症

药品“库管员”发现新化合物, 有望预防常见手术并发症

02/20/2019

约翰·霍普金斯(Johns Hopkins)大学的科学家们在一次战略检索中创建并筛选了一个化合物库,共选出 45000 个新化合物。所有化合物中均含有广泛用于免疫系统抑制剂的化学元素。同时,科学家们还称他们发现了一种可预防再灌注损伤(一种组织损伤性且常见的手术并发症)、心脏病发作、卒中等并发症的化合物。

该约翰·霍普金斯大学团队将此新发现的化合物称为 rapadocin,并为它和相关 45000 种化学同类物申请了专利。同时,该团队还将此药授权给总部位于巴尔的摩的生物科技公司 Rapafusyn Pharmaceuticals。本研究主管 Jun O. Liu(刘钧)博士系该公司的联合创始人,也是约翰·霍普金斯大学医学院的药理学与肿瘤学教授。研究人员提醒,此药必须经过大量人体安全和效益研究后方可出售或用于临床。

创造并识别 rapadocin 所用方法,以及在肾脏再灌注损伤小鼠中的实验室检验相关的报告见《自然-化学》(Nature Chemistry。 

刘博士是约翰·霍普金斯药品库(Johns Hopkins Drug Library)监管员,该药品库中收录了世界范围内应用的数千种药物,他表示:“再灌注损伤是常见的术后并发症,在老年人中尤为常见。”术后,当医生松开血管钳,大量含氧血液流回暂时缺血的组织,此时就会发生损伤。血流波动会冲击组织,造成发炎和器官损伤。心脏病发和卒中后,阻塞动脉重新疏通时,也会出现这种情况。目前,大量治疗再灌注损伤的药物正在研究中,其中血液稀释剂和抗炎药物等部分药物对某些情况成效甚微。 

为了找到新药,约翰·霍普金斯吉梅尔癌症中心(Johns Hopkins Kimmel Cancer Center)癌症化学与结构生物学项目(Cancer Chemical and Structural Biology Program)联合负责人刘钧回忆了他在博士后培训那几年,当时他主要研究雷帕霉素(rapamycin)的工作原理。该药主要通过抑制免疫系统发挥作用,是肾移植患者的常用药,用于预防新器官排斥。 刘博士说到:“我一直觉得雷帕霉素的性质很有意思,该药非常稳定,而因为其化学结构,其细胞吸收率高。”

雷帕霉素和另一种免疫抑制药 FK506 含有一种独特的化学支架,几乎可以形成半环。该半环叫做 FKBP 结合域(binding domain),两种药物中几乎完全一样。而另一半叫做效应域(effector domain),每种药物都不同。这些药物的 FKBP 结合域有诸多优势,包括稳定、在体内分布较多等。效应域能让每种药物以不同蛋白为靶点来抑制免疫系统或癌细胞生长。

了解雷帕霉素和 FK506 的独特化学结构后,刘博士有感而发,想知道是否能通过将雷帕霉素的效应域替换为新的成分来构建类似的环形分子,以将人类疾病相关其他蛋白作为靶点。

为此,刘钧及其团队以 FKBP 结合域和不同的效应域构建了 45000 种化合物组合。研究人员首先将 45000 种化合物分为 3000 个小组,然后测试每组化合物是否阻断再灌注损伤相关化学通路。

该通路是一种泵系统,称为平衡型核苷转运蛋白(equilabrative nucleoside transporter,ENT),可将腺苷分子(一种重要的生物信使)转运至细胞中。严重缺氧的组织可产生大量腺苷。腺苷可通过与细胞表面的受体连接,进而保护细胞免受伤害。为了控制腺苷与其受体的连接数量和时长,细胞可通过 ENT 转运蛋白将腺苷吞入细胞中,从而抑制其活性。“因此,我们的目标是延长腺苷留在细胞外的时间,以防止再灌注损伤,”刘博士说到。

为了将腺苷留在细胞外,研究人员研究了多种化合物,这些化合物均能抑制 ENT 活性并将大多数腺苷留在细胞外,进而尽可能延长其组织保护效果。其中一种化合物脱颖而出,他们将其命名为 rapadocin。

对 25 只小鼠进行的实验室研究中,研究人员向所有小鼠体内注入 rapadocin,后摘除其一个肾,并夹住另一个肾 45 分钟。24 小时后对小鼠采血,以测定肌苷酸和氮的含量,因为这两种物质都是再灌注损伤的标志物。 给予 rapadocin 的小鼠肌苷酸含量比给予抵消 rapadocin 效果药物的对照组小鼠低三分之一,氮含量低一半。

目前,Rapafysyn Pharmaceuticals 公司正在研发 rapadocin,以期能够治疗再灌注肾损伤。