别构类药物，是指那些不直接与蛋白活性位点结合，而是与其他部位结合引起蛋白分子结构发生变化，进而产生相应活性的药物分子。最近，Hotspot Therapeutics公司的首席执行官Jonathan Montagu先生，在知名博客LifeSciVC发文，向大家介绍了Novartis的激酶别构抑制剂Asciminib的发现过程，进而阐述了他对别构类药物的看法，包括其发展所面临的挑战、未来的机遇等。
Hotspot Therapeutics公司的CEO Jonathan Montagu先生(图片来自网络)
Asciminib，别构类药物的典型代表
以往，慢性髓性白血病(CML)患者的生存期仅有3-5年，在此期间，这种疾病会迅速从慢性白血病转变为侵袭性和致命的急性白血病。值得庆幸的是，自2001年靶向Abl1的ATP结合活性位点药物Gleevec(imatinib)上市以来，CML变成了靶向癌症治疗的一个典范。Gleevec将CML患者的十年生存率提升到84%，以46亿美元的最高销售额开创了一片崭新的市场。
毋庸置疑，CML的治疗已经取得了巨大的进展，但大多数患者仍然要持续使用强效激酶抑制剂。此外，当一部分患者出现T315I等突变时，只能使用黑框药物Iclusig(Ponatinib)继续治疗，相关治疗领域的研究进展已经停顿有一段时间了，直到激酶别构抑制剂的出现。
2017年3月，Novartis公布了一种全新的靶向Abl1致癌融合药物Asciminib(ABL-001)的试验数据。通常靶向Abl1的分子都设计为直接结合活性位点，而Asciminib做为一种别构抑制剂，靶向激酶的非活性位点，其作用机制效仿蛋白调控的自然机理，只是在尾端加入一条脂肪链。
X射线晶体结构：ABL001(红色)与Nilotinib(紫色)分别靶向激酶的口袋结构
(图片来自参考文章)
由于其独特的作用机理，与传统疗法相比对T315I突变的肿瘤具有更显著的活性。早期临床研究结果表明，对其他激酶抑制剂有耐药性或者不耐受的患者在给予Asciminib后，肿瘤得到了可靠的抑制。研究人员还发现，将Asciminib与Nilotinib联用，一种别构抑制剂再加上另一种活性位点抑制剂，这一互补组合达到了一种近乎完美的治疗效果，可以完全控制异种移植瘤小鼠的癌症发展，并且结束给药后不易复发。
Asciminib(30mg/kg)与Nilotinib(75 mg/kg)联用治疗移植肿瘤的KCL-22小鼠
这并不是第一次在临床前模型中发现突破性的组合疗法，很多组合疗法面临的最大问题是药物联用虽然提高了药效，但同时也“叠加”了毒性，就像治疗黑色素瘤的抗CTLA4和BRAF药物组合那样。这对Asciminib倒不是个问题，做为别构抑制剂，Asciminib结合的口袋结构要比活性位点保守的多，提高了药物的选择性。除此之外，因为避开了激酶活性位点，这一具有挑战性的化学空间结构不再成为相关药物发现的阻碍。
别构类药物发展所面临的挑战
靶向BCR-ABL的别构分子通常具有更好的耐受性，面对如此安全的药物结构诱惑，为什么研发人员没有全部放弃激酶活性位点，而全都转向别构药物开发呢？这主要有以下几个原因。
别构的英文“Allostery”一词来源于希腊语allos，意思是“其他的立体”。别构调节分子不通过活性位点发挥药效，但是我们并不确定这些别构位点具体在哪里。寻找它们充满了挑战，现行的分析方法并不容易发现这些隐藏的位点，有些口袋结构可以通过X射线晶体结构来呈现，但是我们也不清楚这些区域的具体功能。
另外，已建立的药物发现流程大都是为了开发活性位点的抑制剂，很多公司都是以活性位点为导向来进行相关药物研发。用于筛选此类化合物库的高通量筛选方法需要易于扩展到数百万个化合物的分析，首选规则当然要简单规范，剔除不确定的功能区域。当然，那些不能立刻带来成果的项目也很难进行下去。
除了别构位点和药物筛选流程的困境，药物化学家也更倾向于关注容易在筛选中脱颖而出的活性位点分子。别构类分子从刚开始不太优异的药效到nM级的构效改造，需要药物化学家倾注更多的付出，有时还要敢于打破Lipinsky成药原则，这些都使得药物化学家对其敬而远之，宁愿选择活性位点分子，即便他们也知道很多分子不过是昙花一现。因此。几十年来惯性的努力使得别构类药物从一开始就不容易被接受。
别构类药物的新方向
虽然有以上种种挑战，Jonathan先生对别构类药物的发展还是充满希望的。随着探索别构分子口袋结构的新方法不断进步，研究人员尝试通过探索自然界中蛋白调控的机理来发现新的别构位点。前面说过，Asciminib的作用位点就与自身调控激酶的位点相同。通过靶向这些调控位点，就不难发现哪些是与蛋白调控有关的。由Nimbus Therapeutics公司的Gerry Harriman负责的乙酰辅酶A羧化酶(ACC)项目，就是靶向激酶的一个天然调控位点，目的是发现高选择性和良好药效的别构药物用于治疗非酒精性脂肪性肝炎(NASH)。另一家公司Relay Therapeutics则是从首要原则出发来解决问题。通过使用特殊的技术，他们可以在较长一段时间内模拟蛋白的活动过程，从而发现在静态X射线晶体结构方法中难以发现的隐蔽别构口袋结构。
传统的基于碎片的筛选方法虽然耗时且昂贵，但已经帮助发现了一些别构口袋结构。几Wellspring和Shokat团队在Cell杂志上报道了最新的半胱氨酸抑制剂，他们的目标就是将一个突变的半胱氨酸放入KRas的别构口袋结构中。
Wellspring和Shokat团队在Cell杂志上发表的靶向KRas别构口袋突变的半胱氨酸抑制剂(图片来自参考文章)
如果能将生物靶点以它们自然的方式展现出来，可能在化学上会帮助我们有更多的突破。当Novartis最初筛选Abl1靶点时，Markus Warmuth和Nathanael Gray带领的团队认为用老方法筛选激酶口袋区域肯定是行不通的。他们选择用一种细胞替代方法来研究ABL-001的前体分子GNF2，这一筛选方法将BCR-ABL以自然的蛋白长度呈现。最近，Phoremost公司利用基于细胞的筛选方法对慢病毒库中携带的数以百万计的多肽进行了筛选。
(图片来自Phoremost公司官网)
还有一点很重要的是化合物库的多样性，应该与别构口袋结构分子的要求保持一致而不是只包括活性位点分子。比如最初的GNF2系列来自一个50k的化合物库，而最近公布的SHP2别构抑制剂是从100k的分子库中筛选得到的。这告诉我们，化合物库要选择最合适的，而不是最大的。除此之外，成功的别构药物发现还需要巧妙的筛选模式，而不是只关注分子是否抑制了靶点。Novartis的团队利用NMR确定Abl1的C端螺线状结构的整个过程很好的印证了这一点。
总之，别构药物的发现并不是一帆风顺的，要想达成该目标，首先需要强有力且坚定决心的团队领导者，敢于去打破药物发现的常规，并能推动相应的灵活可靠的研究方法。对于接受这一挑战的团队来说，回报也是相当丰厚的。因此，我们应该向Novartis的团队致敬，是他们的坚持才有了Asciminib，我们才可以对罹患CML的患者许下提供更好疗法的承诺。
参考文章：
Targeting KRAS Mutant Cancers with a Covalent G12C-Specific Inhibitor
Allostery: Realizing The Promise, Lifescivc.
The allosteric inhibitor ABL001 enables dual targeting of BCR-ABL1
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