先导化合物的发现

新药研发是一个高投入、高成本、高风险、高收益、长周期的活动。在发达国家，开发一个新药往往需要投入数亿美元。国内虽以仿制药研发为主，但所需花费也在百万至千万级别。新药研发大致可以分为在研究阶段确定候选药物，以及在开发阶段进行候选药物的临床前和临床研究两个阶段。

候选药物的研究阶段包括四个重要环节：靶标确定、建立模型、发现先导化合物以及优化先导化合物。本文将主要介绍发现先导化合物的经典案例和常规策略，为读者开阔思路。

在药物研究的初期，天然产物是治疗疾病最主要的手段。我国中医文化源远流长，民间偏方口口相传，为新药研究提供基础。从天然产物中提取分离得到的活性成分，有些甚至无需修饰即可直接作为药物应用于临床，如万古霉素、奎宁、利血平等。而紫杉醇、长春碱等活性成分，作为先导化合物，经过成药性优化后，顺利被应用于临床。

靛玉红的发现是一个通过从中药复方中拆解单味药，最终提取活性成分的成功案例。

中国医学科学院在研究白血病的过程中，通过“泻肝经实火”的治则，采用当归芦荟丸治疗性粒细胞性白血病。在22例病人中，4例完全缓解，5例部分缓解。当归芦荟丸由11味中药配伍组成，即当归、芦荟、龙胆草、木香、黄芩、黄柏、黄连、栀子、大黄、青黛、麝番。经研究发现，去掉麝香和黄连仍保持疗效，但若去掉麝香、芦荟、青黛三者则无效。通过中药药理作用的分析，研究者进一步将方剂拆分为由芦荟、大黄、胆草、木香组成的泻方，以及由黄芩、黄柏、栀子、当归、青黛组成的所谓非泻方。临床试用结果表明，泻方对慢性粒细胞白血病无效，且副作用严重，但非泻方有一定疗效。而青黛、芦荟两味药配伍的疗效颇佳。动物实验表明青黛能够提高白血病小鼠寿命，而芦荟无治疗效果，临床试验也得到了一致的结果。植物化学研究表明，青黛中靛蓝含量最高，实验治疗无效，但微量成分靛玉红则具有明显抗白血病作用。靛玉红虽是一个已知化合物，但在我国首次发现它具有抗癌作用。经过后期先导结构的优化，通过分子变换得到了水溶性和口服吸收更好的新药甲异靛，作为治疗慢性粒细胞白血病药物。

在新药研究过程中，大量先导化合物是通过化合物活性筛选而获得的。随着筛选技术的不断发展，尤其是高通量筛选技术的不断成熟，大大增加了发现化合物概率。事实上，在国外几乎所有的大制药公司，高通量筛选技术已经成为药物发现过程不可缺少的一部分。为了解决随之带来的对化合物的多样性和数量的挑战，组合化学技术应运而生。组合化学将一些基本小分子通过化学或生物合成的手段装配成不同的组合，由此得到大量具有结构多样性的化合物分子，使一次合成数百个化合物甚至数万个化合物成为可能。

索拉非尼是第一个来自组合化学成功上市的小分子药物。于2005年被FDA批准治疗晚期肾细胞癌，于2007年被FDA批准用于无法切除治疗的肝细胞癌的治疗，2013年FDA又批准用于治疗晚期(转移性)分化型甲状腺癌。拜耳公司在Raf-1激酶抑制剂的研发过程中，通过20万个化合物的高通量筛选，发现了活性较弱的3-噻吩基脲，通过取代基和环系结构的变换，在苯环对位引入甲基，活性提高了10倍。进而基于3-噻吩基脲，设计了约1000个双芳基脲的小分子化合物库，通过组合库的高通量筛选，发现了化合物3-氨基异噁唑脲，最终通过环取代修饰，发现了第一个口服有效的Raf激酶抑制剂索拉非尼。

内源性生物活性物质也是先导物的重要来源。开发和应用体内这些微量的内源性物质为先导化合物寻找新药是目前药物研发领域中的新兴方向。体内的内源性估性物质除受体、酶以外，还有神经系统所释放的各种神经介质、内分泌系统所释放的调节物质、各种氨基酸及各种多肽等。体内这些活性物质和自动调节控制过程中的每一个环节都是药物设计的靶点。如组胺，在细胞间传递信息，通过活化特定细胞表面受体产生不同的生理效果。1948年Folkow、Haeger和Kahlson等在研究抗组胺药物对动物不同器官的组胺受体作用后，提出在体内也许有两种对组胺敏感的受体，其中一种能被苯海拉明及有关的抗组胺药所阻断，称为H1受体。H1受体拮抗剂在临床上最广泛的应用是治疗过敏性疾病。另一种组胺受体则不能专一性地被这些抗组胺药所阻断，也就是现在所讲的H2受体。

1964年，Black和Parsons博士从组胺结构出发，试图通过结构改造来寻找拮抗剂。在改变组胺的侧链时发现用胍基取代组胺结构中的胺基，具有部分拮抗活性。后来得到了第一个具有特色的H2受体拮抗剂布立马胺。布立马胺最大的缺点是口服难以吸收。甲硫米特是在布立马胺侧链中的一个次甲基换成电负性较大的硫原子，形成含硫四原子链，同时在咪唑环的5位接上供电子的甲基，得到甲硫米特。其体外抑制胃酸分泌的作用比布立马胺大10倍，是一个有效的抑制剂，曾试用于治疗胃溃疡。用硫脲的电子等排体胍替换硫脲基，在胍的亚氨基氮上引入吸电子的氰基，制得西咪替丁。西咪替丁的发现在胃溃疡疾病治疗上是一个根本性的突破，改变了传统用抗酸剂和手术治疗胃溃疡的方法，人称胃溃疡治疗上的“泰胃美”革命。西咪替丁成为药学史上第一个年销售额超过10亿美元的药物。

临床药物的常见的副作用包括恶心、干呕、视力模糊、精神改变、头昏、嗜睡等。根据这些不良发应研究其作用机制，可以发现某些先导化合物。异烟肼是抗结核药物，临床医生发现部分病人服用后患者情绪提高，出现了与结核病人体征不相符的情绪高涨的副作用，引起医学界的关注。经研究后发现，病人情绪高涨的副作用与异烟肼抑制单胺氧化酶的作用有关，于是以异烟肼为先导化合物，通过烷基或环烷基取代肼基氮原子，进而发现苯乙肼。此后，研发了一系列单胺氧化酶抑制剂类抗抑郁药，如反苯环丙胺和司来吉兰。

老药新用是指已在临床应用的药物被发现了新用途。由于研究对象是临床常用药，使用的历史久，病例多，发现新药作用的机会也多，是一条发现新药较简便的途径，且成功率高。老药新用的典范就是阿司匹林和二甲双胍了。以二甲双胍为例，二甲双胍是从山羊豆中得到的双胍类化合物，上世纪五十年代开始用于治疗高血糖，是临床处方量最大的糖尿病治疗药物之一。二甲双胍能够改善外周胰岛素敏感性，降低空腹血糖和胰岛素浓度。近来研究发现二甲双胍具有减肥、抗衰老、抗心血管疾病等功效，也可用来治疗标签外的多囊卵巢综合征、非酒精性脂肪肝炎和艾滋病毒相关的代谢异常等疾病。一系列正在进行的较好的临床试验结果使得这个经典老药极有可能转变为一个可实际应用的新的抗癌药物。 

除了上述介绍的发现先导化合物的途径，基于代谢作用发现先导化合物如对乙酰氨基酚的发现、偶然发现先导化合物如青霉素的发现等，也都是大家熟知的途径。此外随着人类基因组计划的完成以及功能基因组、结构基因组和蛋白质组计划的实施，逐渐也形成了从基因功能到药物的新药研究新模式。相信随着研究技术不断创新，会有更多的先导化合物被发现，并进入临床研究。

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