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候選藥物分子的早期毒理篩選

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-04-17 08:25

藥物候選分子進(jìn)入臨床,是從項(xiàng)目立項(xiàng)到找到hit,優(yōu)化成為late lead,最后成為PCC,從而進(jìn)入藥物開(kāi)發(fā)階段,之后開(kāi)展為人熟知的IND enabling毒理相關(guān)試驗(yàn),用于支持首次人體臨床。如果該候選分子在臨床試驗(yàn)中開(kāi)發(fā)順利,那么相應(yīng)的用于支持晚期臨床試驗(yàn)的其它毒理試驗(yàn),也會(huì)隨之啟動(dòng)。進(jìn)入藥物開(kāi)發(fā)階段的毒理試驗(yàn)有成熟的法規(guī)可循,專(zhuān)業(yè)的CRO也會(huì)提供一些參考和建議,相比之下,候選分子從立項(xiàng)到PCC階段的早期毒理(discovery toxicology)研究,可能還不夠成熟和完善。可能原因包括該階段毒理檢測(cè)的靈活性要求比較高,需根據(jù)項(xiàng)目探索的目的case by case進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。本文將主要針對(duì)這一階段的毒理試驗(yàn)進(jìn)行概述性地討論。

 

從非臨床安全性方面考慮,在項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí),需了解該項(xiàng)目擬將用于腫瘤還是非腫瘤適應(yīng)癥,這將決定候選藥物分子的優(yōu)化策略以及在安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中能容忍的限度。在安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中基本圍繞兩個(gè)方面進(jìn)行,1)on-target潛在藥理相關(guān)的作用;2)off-target與候選藥物分子結(jié)構(gòu)相關(guān)的非預(yù)期的作用。這些用于候選藥物的評(píng)估通常按照一定的層級(jí)進(jìn)行篩選和檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō),將以高通量的in silico和/或者in vitro assay作為第一或者第二層篩選,標(biāo)記具有潛在風(fēng)險(xiǎn)的化合物,接著用生理相關(guān)的in vitro或者in vivo模型證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。將這些模型得到的多終點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,利用WOE來(lái)分析表征以上風(fēng)險(xiǎn)并定義他們臨床轉(zhuǎn)化的相關(guān)性。

 

一、on-target潛在藥理相關(guān)的作用

 

這一部分的評(píng)估主要是針對(duì)確定靶點(diǎn)的潛在風(fēng)險(xiǎn),并基于該候選分子擬用適應(yīng)癥綜合進(jìn)行評(píng)估,且通常開(kāi)始于項(xiàng)目立項(xiàng)階段。在這一階段,還沒(méi)有合適的tool compound可用于探索。因此,該階段的評(píng)估主要來(lái)源于文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及公司內(nèi)部生物學(xué)專(zhuān)家已有的發(fā)現(xiàn)。主要關(guān)注靶點(diǎn)在體內(nèi)的分布情況,cross-species同源性以及其生理作用。

 

在進(jìn)行靶點(diǎn)體內(nèi)分布分析時(shí),需注意靶點(diǎn)在人體和動(dòng)物種屬間表達(dá)的差異,以免引起over-predicting(靶點(diǎn)在人體內(nèi)不表達(dá))或者under-predicting(靶點(diǎn)在人體內(nèi)表達(dá)而不在動(dòng)物體內(nèi)表達(dá))。分析蛋白質(zhì)序列的相似性也是非常有幫助的,特別是藥物結(jié)合位點(diǎn)的蛋白序列,幫助理解該靶點(diǎn)的生理作用從而建立相關(guān)藥物模型進(jìn)行探索,也可以了解是否這一靶點(diǎn)的生理作用具有種屬差異,同時(shí)也可為后面的動(dòng)物毒理試驗(yàn)種屬的選擇提供有價(jià)值的參考。另外,評(píng)估不同種屬中靶點(diǎn)的potency也是非常重要的,可用于了解靶點(diǎn)相關(guān)毒性的therapeutic index,并用于解釋毒理試驗(yàn)中的一些發(fā)現(xiàn)。

 

在研究成年群體中靶點(diǎn)抑制的潛在作用時(shí),inducible KO模型的數(shù)據(jù)是非常有價(jià)值的。這種模型通常利用tamoxifen-或者tetracycline-引起的Cre-lox system使目標(biāo)蛋白失活,而對(duì)蛋白在多蛋白復(fù)合物的作用影響很小,這也使得該模型在模擬靶點(diǎn)藥理抑制作用方面最為相關(guān)。研究在動(dòng)物試驗(yàn)甚至人體試驗(yàn)中的毒理發(fā)現(xiàn)的機(jī)制,KO模型也非常有幫助。如果在KO模型中出現(xiàn)的表型與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的一些特定的毒性反應(yīng)一致,那么極有可能該毒性反應(yīng)與靶點(diǎn)相關(guān);同樣如果該毒性沒(méi)有在KO模型中看到,這是一個(gè)很強(qiáng)的證據(jù)說(shuō)明該毒性作用來(lái)源于靶點(diǎn)。相反如果在KO模型中發(fā)現(xiàn)這一特定毒性反應(yīng),這可以說(shuō)明該毒性是脫靶作用。

 

二、off-target與候選藥物分子結(jié)構(gòu)相關(guān)的非預(yù)期的作用

 

對(duì)于候選分子在安全性風(fēng)險(xiǎn)方面的優(yōu)化,評(píng)估由化學(xué)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的off-target毒性是非常重要的。安全性風(fēng)險(xiǎn)方面的優(yōu)化,可與藥效,藥代動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)化平行進(jìn)行。我們主要可以從以下四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考慮。

 

1)selectivity/promiscuity (secondary/safety pharmacology);2)intrinsic cytotoxicity;3)ADME-based drivers of toxicity;4)genetic toxicity (genotoxicity)

 

找到高選擇性的候選分子,這些分子應(yīng)具有最小的可轉(zhuǎn)化體內(nèi)作用,最小的細(xì)胞內(nèi)源毒性,以及可接受的ADME性質(zhì)(最小化的化合物反應(yīng)性和蓄積)。對(duì)于非腫瘤適應(yīng)癥,需避免具有致突變性或者染色體異常的候選化合物分子,但可以考慮繼續(xù)開(kāi)發(fā)引起非整倍體的分子,不過(guò)這也取決于預(yù)測(cè)的臨床安全窗。這四個(gè)方面的篩選先后順序在項(xiàng)目實(shí)際中的應(yīng)用策略取決于項(xiàng)目的需要,并不是一成不變的。對(duì)于intrinsic cytotoxicity和ADME-based drivers of toxicity,很大程度上取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)及其吸收代謝和特定的靶器官毒性篩選,因此在本文中不進(jìn)行詳細(xì)闡述。這里將重點(diǎn)討論selectivity/promiscuity的篩選。

 

通常我們采用in vitro secondary pharmacology screening panel來(lái)評(píng)估selectivity和promiscuity。目前有很多CRO公司均提供這種商業(yè)化的screening panel來(lái)支持篩選。這些ligands panel可根據(jù)公司內(nèi)部研發(fā)經(jīng)驗(yàn)或者疾病領(lǐng)域進(jìn)行定制化,可針對(duì)于靶點(diǎn)分子相關(guān)或者評(píng)估特定靶器官作用,如CNS,cardiovascular等等。 Promiscuity和selectivity有細(xì)微的差別。Promiscuity是評(píng)估一個(gè)分子結(jié)合其他靶點(diǎn)的傾向性,而selectivity是針對(duì)特定的off-target能達(dá)到多少倍的安全系數(shù)。值得注意的是,在預(yù)計(jì)的臨床有效劑量范圍內(nèi),這個(gè)分子可視為具有高選擇性,但是在毒理試驗(yàn)中,高劑量給藥將使得藥物在體內(nèi)具有高暴露量,從而也將達(dá)到off-target的作用范圍,引起非預(yù)期的毒性反應(yīng)。對(duì)這些可能的作用進(jìn)行充分了解也有利于毒理試驗(yàn)中毒性反應(yīng)的解釋。 對(duì)化合物promiscuity和selectivity的總體評(píng)估基于其在檢測(cè)組合中的整體結(jié)合率(“命中率”);同時(shí),這些篩選實(shí)驗(yàn)也會(huì)評(píng)估與特定內(nèi)源性配體結(jié)合相關(guān)的潛在問(wèn)題。有文獻(xiàn)將化合物的“靶標(biāo)命中率”(THR)定義為:在10 μM濃度下抑制率>50%的靶標(biāo)數(shù)量與測(cè)試靶標(biāo)總數(shù)的比值。其中,“Highly promiscuous化合物的THR≥20%,而“selective”化合物的THR≤5%。當(dāng)化合物被定義為“promiscuous”,如果公司從戰(zhàn)略考慮仍將繼續(xù)推進(jìn)該化合物的開(kāi)發(fā)。在此情況下,毒理學(xué)家應(yīng)針對(duì)從screening panel中識(shí)別的特定靶標(biāo)進(jìn)行后續(xù)分析。這些分析包括,評(píng)估脫靶結(jié)合的藥理學(xué)效應(yīng),通過(guò)基于細(xì)胞的表型分析、離體組織實(shí)驗(yàn)或體內(nèi)研究,確定其活性類(lèi)型(如激動(dòng)劑或拮抗劑);分析暴露量-效應(yīng)關(guān)系。

 

文獻(xiàn)中報(bào)道,Genentech內(nèi)部針對(duì)小分子的promiscuity和selectivity的評(píng)估和決策,可綜合采用以下方法:

 

1.化學(xué)家需與毒理學(xué)家合作,在設(shè)計(jì)分子時(shí)注意那些需要理化特征,從而在所有類(lèi)藥性參數(shù)間取得平衡。

 

2.采用體外配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)(screening panel),對(duì)各類(lèi)化學(xué)結(jié)構(gòu)系列的代表性分子進(jìn)行篩選,以評(píng)估配體相互作用比率,并針對(duì)特定配體評(píng)估其潛在功能。

 

3.評(píng)估可用于確定與體外生理活性或體內(nèi)藥效相關(guān)的預(yù)期安全窗。

 

值得注意的是,體外配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)無(wú)法反映生理功能(如激動(dòng)或拮抗作用),且結(jié)合也不一定會(huì)轉(zhuǎn)化為藥理作用。因此,對(duì)于將可能繼續(xù)開(kāi)發(fā)的分子,需通過(guò)后續(xù)功能性實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估臨床轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn):即利用基于細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)、離體器官實(shí)驗(yàn)(如主動(dòng)脈環(huán)收縮性或懸吊心臟模型),或在已知靶標(biāo)種屬轉(zhuǎn)化性或相關(guān)性的情況下進(jìn)行體內(nèi)研究,來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證體外結(jié)合配體的功能。

 

三、討論

 

對(duì)這些鑒定出來(lái)的或者潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究,對(duì)風(fēng)險(xiǎn)提示和決策制定都非常有必要的。因此需要毒理學(xué)家在藥物的早期發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中,對(duì)這些研究工作,投入大量的時(shí)間和精力。

 

早期毒理研究的目的主要包括兩方面:1)確定毒性原因(on-target or off-target),為化學(xué)設(shè)計(jì)、back-up策略或?qū)τ谠摪悬c(diǎn)的持續(xù)可行性提供依據(jù);2)評(píng)估并表征臨床轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn),包括潛在安全性生物標(biāo)記物的鑒定和暴露-效應(yīng)關(guān)系。

 

對(duì)靶點(diǎn)毒性的分析,通常在對(duì)靶點(diǎn)安全性評(píng)估(TSA)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其潛在的不良藥理作用,或是基于對(duì)競(jìng)品化合物或同類(lèi)靶點(diǎn)/藥物在非臨床或臨床階段觀(guān)察到的不良反應(yīng)的分析。此外,靶器官毒性也可能在藥效學(xué)、藥代動(dòng)力學(xué)或探索性毒性研究過(guò)程中顯現(xiàn)。早期毒理研究通常涵蓋以下核心內(nèi)容:區(qū)分on-target與off-target效應(yīng)及作用機(jī)制、種屬間轉(zhuǎn)化性評(píng)估、可監(jiān)測(cè)性(安全性生物標(biāo)志物的鑒定)以及毒性可逆性分析。為辨別on-target與off-target的效應(yīng),可采用結(jié)構(gòu)迥異的"工具"分子和/或結(jié)構(gòu)相似但無(wú)藥理活性的分子與目標(biāo)化合物進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)在動(dòng)物模型,如在轉(zhuǎn)基因嚙齒動(dòng)物模型中通過(guò)分析兩種分子的相似或不同的毒性反應(yīng),來(lái)初步確定on-target作用。

 

當(dāng)在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)靶器官毒性時(shí),評(píng)估其臨床轉(zhuǎn)化的可能性成為研究重點(diǎn),但這一過(guò)程通常面臨重大挑戰(zhàn)。該研究需滿(mǎn)足兩個(gè)條件:靶器官毒性在兩種種屬中均存在,同時(shí)通過(guò)體外靶器官的跨種屬敏感性評(píng)估來(lái)預(yù)測(cè)臨床轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)。體外研究通常采用組織學(xué)鑒定的靶器官細(xì)胞類(lèi)型,既用于評(píng)估種屬間毒性表現(xiàn)的差異性,又可探究從細(xì)胞機(jī)制上探索毒性的產(chǎn)生。這些研究成果可用于建立潛在的構(gòu)效關(guān)系,或基于細(xì)胞機(jī)制(如線(xiàn)粒體毒性作用)識(shí)別臨床上可能會(huì)給患者帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)因素。

 

通過(guò)整合一系列的分析,可以幫助預(yù)測(cè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中未能預(yù)見(jiàn)的人體毒性;對(duì)靶點(diǎn)毒性的全面分析,可以促使該靶點(diǎn)從研發(fā)管線(xiàn)中剔除;闡明潛在由化合物的化學(xué)性質(zhì)帶來(lái)的毒性反應(yīng),可以幫助篩選出更好的back-up分子;明確毒性的作用機(jī)制,如藥物相關(guān)性血小板減少癥和中性粒細(xì)胞減少癥,可以幫助臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì),并開(kāi)發(fā)出能減少臨床藥物不良反應(yīng)的候選藥物。

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來(lái)源:藥理毒理開(kāi)發(fā)

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