减肥药作用新靶点及其新药的研究进展

减肥药作用新靶点及其新药的研究进展

体重是一种全身内侧分泌的疾病，在世界范围内已成为一种趋势。它不但影响体态和活动,而且与高脂血症、动脉粥样硬化、冠心病、糖尿病等密切相关。因此,科学地防治肥胖是保健、延寿的措施之一。由于饮食节制和增加运动通常不能达到满意的减肥效果,故药物治疗已成为肥胖症的重要治疗手段。目前,美国FDA只批准了2种药物可以长期用于肥胖症治疗:西布曲明(sibutramine)和奥利司他(orlistat)。西布曲明是一种单胺类神经递质再摄取抑制剂,它作用于中枢神经系统以减少摄食而降低体重。奥利司他是一种脂酶抑制剂,可抑制胃肠道中胰脂酶的活性,并使脂肪吸收减少约30%。这两种药在辅以节食和增加活动时,可以减轻体重的8%～10%(体重减轻10%被认为是治疗效果明显)。但这两种药都有明显的不良反应,其长期效果也有待进一步评价。近年来,随着对肥胖症研究的深入,国内外学者对减肥药物进行了大量研究,新的药物作用靶点的发现促成了一些有治疗潜力的新药的开发。本文对这些减肥药作用的新分子靶点及相关的新药研发进展作一综述。1调整能量输入的分子目标点1.1不同神经肽的活性1994年纽约洛克菲勒大学的Zhang等首先克隆出小鼠和人的肥胖基因产物——瘦素(leptin)。瘦素主要由脂肪组织产生,作为一个传入信号通过血脑屏障进入下丘脑,与下丘脑中的瘦素受体结合,调节下丘脑不同神经肽的活性。现已发现瘦素可下调神经肽Y(NPY)、agouti-相关蛋白(AGRP)、黑色素浓缩素(MCH)及食欲素(orexin)的表达和活性,上调前皮质素原(POMC,为α-MSH的前体)、可卡因-安非他明转录调节肽(CART)和促肾上腺皮质激素释放素(CRH)的表达。NPY、AGRP、MSH和orexin可以刺激食物的摄取,而α-MSH和CART有抑制摄食的作用。目前,这一系列与瘦素相关的分子都在被作为减肥药作用靶点进行新药研究开发。1.1.1治疗措施减少体重,促使其减轻负担瘦素是肥胖基因的产物,它的主要功能是对能量平衡及体重进行调节。人血浆瘦素水平升高与人体脂肪重量成正比,瘦素及其受体基因突变可导致病态肥胖。在一项为期24周的研究中,给肥胖者每日皮下注射瘦素可使其体重不同程度地减轻:在0.3mg/kg的高剂量组,体重平均下降7.1kg,而中等剂量的作用轻微。目前认为,瘦素治疗肥胖症肯定有效,没有全身性不良反应,但个体之间减重不均匀,注射部位也有明显的不适。而且,近年来研究发现,肥胖患者血中瘦素的水平高于正常,其脑脊液与循环中瘦素水平之比明显低于正常人(约为正常人的1/4),表明肥胖患者体内瘦素转运至大脑的能力下降,从而造成肥胖个体的瘦素抵抗。因此,有研究者正致力于能通过血脑屏障的瘦素小分子类似物的研究,以开发出有潜力的肥胖治疗药物。目前正在研究中的作用于瘦素受体的物质多为合成的短肽类物质,而小分子化合物尚未见报道。1.1.2ptp1b抑制剂瘦素通过抑制食欲、增加能量代谢、减少脂肪合成等减轻体重。瘦素受体信号转导的主要途径是JAK-STAT(januskinase-signaltrans-ducerandactivatoroftranscription)途径。瘦素受体本身无酪氨酸激酶活性,但可与JAK酪氨酸激酶偶联。当瘦素与其受体结合后可使受体形成二聚体,与受体偶联的JAK分子靠近,分子间交互磷酸化,活化JAK激酶,使受体蛋白胞内结构域的某些酪氨酸残基磷酸化,磷酸化后与特定的STAT分子相互作用,启动特定基因表达而发挥瘦素的作用。PTP1B可使瘦素受体相关激酶JAK2去磷酸化失活,导致瘦素受体不能对瘦素产生应答,从而引起瘦素抵抗,这是产生瘦素抵抗的受体后机制。研究PTP1B特异性抑制剂以增敏瘦素的作用,成为近年来减肥药研制领域的热点。文献报道,Vanadate(钒酸盐)是一种非特异性PTP1B抑制剂,而formylchromone(甲酰色酮)对PTP1B则有强效抑制作用(EC50为73μmol/L)。有研究者对其衍生物进行了筛选,其中得到活性最强的化合物抑制PTP1B的EC50为4.3μmol/L。1.1.3基于序列的药物敏感性检测睫状神经营养因子(ciliaryneurotrophicfactor,CNTF)可以模仿瘦素在下丘脑的效应,也成为减肥药研究的重要靶点之一。CNTF受体的信号转导亚基即gp130和白血病抑制子受体(LIFR)与瘦素受体具有序列同源性和相似的信号传递能力,而且CNTF和瘦素以相似的方式活化神经元细胞的STAT因子,都可向下丘脑的饱感中枢传递信号。正在开发的这类药物如Regeneron公司开发的Axokine。该药为CNTF经基因工程改造后制成。在瘦素抵抗的动物模型中,该药显示能快速降低体重的作用。但Regeneron公司于2003年公布的该药的一项关键性Ⅲ临床实验结果显示,有2/3的受试者对该药产生耐药性,而未对药物产生耐药性的患者,用药效果与目前的减肥药类似。而影响Axokine市场前景的重要因素是其会在部分患者体内产生抗体,可能造成病毒感染,以及必须皮下注射给药。1.1.4内源性天麻素大麻在各地民间用于治疗呕吐和疼痛已有100多年历史,但因会产生依赖性限制了其医用价值。1964年分离出了大麻的活性成分——Δ9-四氢大麻酚(Δ9-THC),由于该物质具有高亲脂性,故推测其作用的发挥与干扰细胞膜功能有关。1992年发现体内存在一种与Δ9-THC作用类似的物质。1988年大麻素(cannabinoid)合成成功。同时经放射配体结合实验证实体内存在高亲和力的、特异性膜结合位点即大麻素受体(cannabinoidreceptor,CB),随后克隆出其亚型CB1和CB2,并发现了内源性大麻素——花生四烯乙醇胺(Anandaide,ANA)。目前已知,CB1受体主要存在于中枢神经系统,参与疼痛、呕吐、欣赏、学习记忆等重要生理功能的调节;而CB2受体主要表达于免疫系统,因而与免疫功能调节有关。研究发现,敲除小鼠CB1受体基因后,可使其血中胰岛素与瘦素水平降低,并改善胰岛素和瘦素抵抗。表明CB1受体的激动在饮食诱导的肥胖的发展中起重要作用。进一步研究表明,内源性大麻素不仅与摄食控制有关,也参与了外周代谢调节。抑制CB1受体能够有效减少机体对食物的摄取,并增加能量的消耗。法国Sanofi-Synthelabo公司开发了一种选择性内源性大麻素CB1受体拮抗剂rimonabant(SR141716A,商品名:Acomplia)。2004年8月该公司公布了rimonabant的Ⅲ期临床实验结果。在这项有500个临床中心参与的随机、双盲、安慰剂对照临床实验中,纳入了3000多例超重或肥胖患者,其中许多人还同时伴有高血压、血脂异常和代谢综合征。实验分为:rimonabant大剂量组(20mg/d)、小剂量组(5mg/d)及安慰剂组,各组病人均在用药的基础上采取低热卡饮食。在为期2年的临床实验结束时,rimonabant大剂量组、小剂量组和安慰剂组的病人腰围分别从基线水平减少7.9、4.8和3.8cm;体重自基线下降5%以上的患者比例分别为62.5%、36.7%和33.2%。令人惊喜的是,rimonabant大剂量组病人戒烟成功的病例数为27.6%(安慰剂组仅为16.1%),HDL显著升高(24.5%),甘油三酯下降(9.9%),并且机体对胰岛素的敏感性增加。实验中各组的不良反应发生率都很小,最常见的不良反应为抑郁、焦虑和恶心等。这些实验结果表明,rimonabant不仅能有效减肥,还可同时作用于与心脏疾病有关的另两种风险因子——吸烟和高胆固醇。由于临床上肥胖病人常伴发心脏损害,该药的治疗将对患者带来更大的益处,因此rimonabant成为目前最有前景的减肥药物之一。Sanofi-Synthelabo公司已于2005年6月向FDA提交了新药申请,2006年可望上市。据预测,到2012年,该药的销售额可达到8.29亿美元。此外,Sanofi-Synthelabo公司还在开发rimonabant的后续药物SR147778,目前正处于Ⅰ期临床实验阶段。辉瑞公司也在rimonabant的结构基础上,经修饰改造后筛选出了化合物AM-251。该化合物对CB1受体的亲和力(Ki=7.49nmol/L)是对CB2受体的306倍,目前正在进行Ⅱ期临床实验。1.1.5神经肽受体分子抗剂神经肽Y是具有36个氨基酸残基的单链多肽,广泛分布于中枢神经系统及外周很多器官,在下丘脑中具有调节摄食行为、刺激食物摄取生理功能。已证实神经肽Y的致肥胖效应主要通过其受体机制发挥作用。目前发现至少有5种神经肽受体,其中神经肽Y5受体可调节能量消耗,是新近发现的“摄食”受体。侧脑室注射神经肽Y5受体反义寡核苷酸对营养性肥胖大鼠有明显的抑制进食和减轻体重的效应。因此,研究神经肽Y5受体的小分子拮抗剂,成为近年来减肥药研究的一大热点。有研究报道称,芳基磺胺甲基环己基(Arylsul-fonamidomethylcyclohexyl)衍生物对神经肽Y5受体有选择性拮抗作用。其中,trans-N-{4-[(Quinolin-3-yl)aminocarbonyl]cyclohexyl-methyl}-2,4-dichlorobenzene-sulfonamide与人神经肽Y5受体的亲和力高达2nmol/L。1.2脑肠肽治疗糖尿病已发现一些来源于胃肠道的多肽可提供饱感信号,包括胆囊收缩素(CCK)、bombesin家族的多肽、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、肠抑制素(enterostatin)等,这些多肽可以局限在外周起作用,也可以被释放进入循环像内源性因子一样起作用。这些分子的类似物都有可能成为减肥药物。其中,GLP-1受体激动剂的研究颇受瞩目。GLP-1是回肠内分泌细胞分泌的一种脑肠肽(brain-gutpeptide),可刺激胰岛素分泌,抑制胰高血糖素分泌和抑制胃排空。目前主要作为2型糖尿病药物作用的靶点。由于GLP-1可抑制胃排空,减少肠蠕动,故有助于控制摄食,减轻体重。研究表明,肥胖患者的胃排空比消瘦者快,GLP-1反射性抑制胃排空的功能降低。在19例肥胖患者中进行的前瞻性安慰剂对照、随机、双盲、交叉实验中,GLP-1皮下注射给药可增加患者餐后的饱腹感,并使每餐的饮食量平均减少15%。但由于GLP-1是多肽,不能口服给药是其一大缺憾。而且,近来有观点认为,GLP-1只是在短期内调节摄食与体重有效,长期作用不明显。该类药物目前开发进展最迅速的是Amylin制药公司合成的GLP-1受体激动剂Exenatide(又名exendin-4)。该药为一含39个氨基酸的多肽。Amylin制药公司于2003年11月报告,Exenatide治疗2型糖尿病的3个关键性Ⅲ期临床实验均显示该药物有预期的疗效。高剂量组(10μg,tid)可使患者体重平均减轻2kg,与对照组相比有显著性意义。该药最常见的不良反应是轻到中度的恶心,但持续时间很短。Amylin公司已于2004年中期向FDA提出新药申请。2腺激素对大鼠体重的影响增加能量消耗,刺激机体产热是减肥的另一大思路。机体内肾上腺素与甲状腺激素都是促进脂肪代谢的内源性物质,都具有脂肪动员作用。但由于它们的作用太广泛,在减轻体重的同时也会产生严重的不良反应。因此,近年来研究人员致力于研发β3-肾上腺素受体与甲状腺激素β受体的选择性激动剂。2.1-肾上腺素受体激动剂β3-肾上腺素受体激动剂与β3受体结合后,可提高白色和棕色脂肪组织中cAMP的水平,导致激素敏感的脂酶活化,脂肪酸氧化增加,并通过活化解偶联蛋白(UCPs)而增加产热。UCP位于棕色脂肪组织的线粒体上,它可使氧化磷酸化解偶联,使合成ATP的能量用于产热。由于β3-肾上腺素受体激动剂能显著减轻啮齿动物体重,在白色脂肪组织中分解脂肪,并加强棕色脂肪组织非颤栗性产热作用,降低血糖,也不影响摄食,因此被认为是较理想的抗肥胖和抗糖尿病药物。在动物模型中,β3-肾上腺素受体激动剂可显著促进白色脂肪组织分解,从而明显减轻体重。但β3-肾上腺素受体在人体白色脂肪组织(主要存在于皮下)中的数目较少,而主要存在于棕色脂肪组织(主要位于内脏器官或血管周围)。因此,许多对动物模型有效的β3-肾上腺素受体激动剂对人体却没有明显作用。β3-肾上腺素受体激动剂在人体主要通过棕色脂肪的非颤栗性产热作用而减肥。目前筛选β3-肾上腺素受体激动剂倾向于以重组人体β3-肾上腺素受体模型进行,以使其有更好的特异性和选择性。目前研究中的β3-肾上腺素受体激动剂,以Wyeth-Ayerst公司研制的CL316243(又称BTA-243)效果较好,已进入Ⅱ期临床实验,而且是第一个在人体内具有高度选择性的β3-肾上腺素受体激动剂,对β3-受体有高度的亲和力(EC50=0.3nmol/L)。其化学结构式如下:对健康清瘦男性志愿者的研究表明,CL316243以血浆浓度依赖方式增加胰岛素的活性和脂肪的氧化。用药28天后,胰岛素调节的血糖分解增加45%(P<0.01),脂肪氧化增加23%(P<0.01),碳水化合物氧化降低17%(P=0.05)。CL316243对血浆中葡萄糖、胰岛素和瘦素的浓度没有影响,游离脂肪酸浓度增加41%(P<0.05),对血压、心率也没有影响,用药期间没有震颤发生。但由于生物利用度较低,其应用受到了限制。为提高生物利用度和改善药代动力学特性,有研究者合成了一系列CL316243酯类化合物作为前药。此外,有研究者通过人重组β3-肾上腺素受体筛选了一种选择性与亲和力均明显高于CL316243的β3-肾上腺素受体激动剂N-5984,其化学名为:6-[2(R)-(氯苯基)-2-羟乙基]氨基]丙基]-2,3-二氢-1,4-哌氧环烷-2-(R)羧酸。该化合物由Kyorin公司开发,目前处于Ⅰ期临床实验阶段。除了上述两种化合物外,目前研发中的β3-肾上腺素受体激动剂还有布迈-施贵宝公司的BMS-194449和BMS-196085(Ⅰ期临床实验),MidySanofl-Synthelabo公司研制的SR58611A(Ⅱ期临床实验),辉瑞公司研制的CP11427l(Ⅰ期临床实验)和CP80625(临床前研究),以及Merck公司研制的芳氧丙醇胺类化合物L-755507等。许多中药或天然药物都有减肥、降脂作用。因此,从中药或天然药物中分离、提取具减肥作用的有效成分,一直是减肥药研究的一个重要方向。国内有研究者报道,柳茶有类似肾上腺素样促进脂肪分解、释放游离脂肪酸作用,该作用可被普奈洛尔部分拮抗。提示柳茶可能激活β3-肾上腺素受体,以此促进脂肪的动员分解。与诱导厌食的瘦素和阻断脂肪吸收的脂酶抑制剂相比,β3-肾上腺素受体激动剂能在不改变能量摄入的情况下,增加脂肪细胞的脂解,提高能量消耗,从机制上来看,在治疗肥胖症方面具有一定优势。虽然目前处于生物活性测试阶段的β3-肾上腺素受体激动剂较多,且不少在动物模型上显示有较好的作用,但真正对人体有效的化学实体却很少,原因可能是由于人体和啮齿类动物的β3-肾上腺素受体的病理生理学特性不同,或药物在人体或啮齿类动物体内的代谢和药代动力学方面的差异引起的。有些化合物由于缺乏对β3-肾上腺素受体的选择性,具有较大的副作用,而不得不停止进行临床研究。因此寻找高效、高选择性的人用β3-肾上腺素受体激动剂是医药工作者的一个重要研究方向。2.2转化消费受体甲状腺激素(包括T3、T4)是机体内一种重要的内分泌激素。甲状腺分泌的甲状腺激素进入血液循环后,到达作用靶器官如心脏、肝脏、垂体等,通过与靶细胞核内相应的受体结合,调节相关基因的转录与表达,从而发挥生理效应。目前认为,甲状腺激素受体有α受体和β受体两种亚型,α受体主要与心脏作用有关(加快心率),β受体主要与调节肝脏胆固醇代谢及抑制TSH有关。虽然甲状腺激素β受体调节代谢率的作用机制尚未明确,但有研究者通过合成一个与T3结构相似的化合物KB-141,证实其为甲状腺激素β受体的选择性激动剂,并与T3进行了对比研究,表明该化合物具有明显的减轻体重、降低胆固醇等作用,而增加心率作用甚微。3调整脂肪吸收的分子目标3.1口服普外药的安全性分析奥利司他(商品名:Xenical,赛尼可)是脂酶抑制剂的一个成功例子:由于其抑制肠道脂酶活性,使脂肪不能吸收而直接由粪便排出。但又因其会引起油样便与腹泻,并可造成脂溶性维生素缺乏,这使该药的应用受到一定限制。但总体来说,其全身性副作用明显低于现有减肥药,是这类药物的一大优势。另一种研发中的脂酶抑制剂是英国Alizyme公司开发的ATL-962,该药目前已完成370例的Ⅱb期临床实验,是目前继奥利司他后唯一处于临床实验阶段的脂酶抑制剂。其作用机制与罗氏公司的奥利司他类似,但其不良反应如油性便、大便失禁及胃肠胀气等比奥利司他少。另外,由于其生产成本较低,预计市售价也将低于奥利司他,因而会有竞争优势。预计ATL-962能在2008年上市,到2012年其销售额有望达到9.45亿美元,与rimonabant合计几乎可占到减肥药市场份额的70%。3.2fatp4减肥药的筛选脂肪酸转运蛋白(fattyacidtransportproteins,FATP)是一类跨膜蛋白,主要生理功能是促进长链和超长链脂肪酸转运入细胞内。人体含有6种高度同源的FATP,即FATP1～FATP6。其中,FATP4是唯一在小肠中表达的FATP,位于小肠上皮细胞的刷状缘上,主要负责食物来源的脂肪