“Although a bit of an exaggeration, there is a lot of truthin the saying that we do not need to find new drugs; rather we need to find thepatients who can benefit from existing drugs”
——Christopher Lipinski
一個新藥的發(fā)現(xiàn)必然經(jīng)歷非藥～類藥～成藥的轉(zhuǎn)化歷程，需要承擔(dān)高額的投入和未知的風(fēng)險，據(jù)統(tǒng)計，研發(fā)新藥并成功上市需耗時13～15年，平均花費20億～30億美元，隨著對藥物安全性及有效性的要求不斷提高，開發(fā)新藥的成本還將持續(xù)上漲，根據(jù)Eroom定律，每隔9年新藥研發(fā)成本就會大幅上升。鑒于近年來新藥臨床研究的高失敗率，尋找現(xiàn)有藥物的新適應(yīng)癥成為極具吸引力及優(yōu)化藥企成本/效益的新策略。在老藥的原適應(yīng)癥以外開發(fā)新用途的過程就稱為老藥新用，當(dāng)然，“老藥”其實不僅限于現(xiàn)有已上市藥物，還應(yīng)該包含曾/現(xiàn)處于臨床前或臨床研究中的潛在候選物。近年來，老藥新用作為藥物開發(fā)策略越來越受到重視，并由此誕生了大量的新適應(yīng)癥藥物(Table 1)，同時，研究人員也積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗和研究策略。接下來，本文將對老藥新用的研究策略進(jìn)行淺析。
▼策略一：基于現(xiàn)有藥物的副作用進(jìn)行開發(fā)
基于現(xiàn)有藥物副作用的偶然發(fā)現(xiàn)是早期老藥新用的最主要策略，并由此開發(fā)了一系列的新適應(yīng)癥藥物，如達(dá)泊西汀，氯丙嗪，依洛尼塞，非那雄胺，米諾地爾，西地那非，托吡酯等。
1.達(dá)泊西汀的早泄適應(yīng)癥
禮來開發(fā)的達(dá)泊西汀最初主要作為鎮(zhèn)痛和抗抑郁藥物，然而由于其起效快，且半衰期較短，不能實現(xiàn)每日給藥一次，因此成為抗抑郁藥物的一大缺陷。但是，研究人員在臨床應(yīng)用中觀察到選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑(SSRI)具有延遲射精的副作用。這一副作用的發(fā)現(xiàn)立即觸動了當(dāng)時研究人員的敏感神經(jīng)，要知道當(dāng)時的美國有超過20％的男性存在早泄問題。考慮到SSRI這一可能的新用途，結(jié)合達(dá)泊西汀有利的藥代動力學(xué)特征——起效迅速及半衰期短，貼合了男性早泄的臨床需求，先前的致命缺陷反而成了新適應(yīng)癥的獨特優(yōu)勢。不久，臨床試驗于2001年啟動，并于2009年被FDA批準(zhǔn)用于治療早泄，成為治療早泄的第一款口服藥物。
2.心血管到勃起功能障礙，再到肺動脈高壓
最初，輝瑞公司開發(fā)的磷酸二酯酶-5(PDE5)抑制劑西地那非主要用于緩解心絞痛的臨床研究。然而，臨床實驗中卻沒有顯示出有利的心血管效應(yīng)。相反，研究人員發(fā)現(xiàn)該藥的主要不良反應(yīng)是異常強(qiáng)烈而持久的勃起，其后研究發(fā)現(xiàn)PDE5也是介導(dǎo)勃起生化途徑中的關(guān)鍵酶。由此，可快速吸收，對心率和血壓無明顯影響的西地那非掀起了一股男性性功能障礙藥物研發(fā)熱潮，西地那非，伐地那非，他達(dá)那非等被相繼開發(fā)上市。其中，他達(dá)那非作為一種口服、長效、高度肺靶向的選擇性PDE5抑制劑，能夠在肺組織中通過一氧化氮途徑持續(xù)起到緩解肺動脈高壓的作用，成為新一代肺動脈高壓藥物。
▼策略二：基于已有作用機(jī)制進(jìn)行開發(fā)
1.度洛西汀治療應(yīng)力性尿失禁(SUI)
20世紀(jì)80年代，禮來公司研發(fā)的度洛西汀最初作為抗抑郁藥，其作用機(jī)制是阻斷5-羥色胺和去甲腎上腺素在突觸間隙的再攝取?？紤]到脊髓中5-羥色胺和去甲腎上腺素還能通過控制尿道括約肌以增加尿道阻力以防止尿失禁，研究人員首先在動物模型上進(jìn)行了相關(guān)的概念驗證，發(fā)現(xiàn)度洛西汀能夠通過5HT受體機(jī)制抑制膀胱活動并通過5HT2和α-1-腎上腺素能機(jī)制增強(qiáng)外尿道括約肌強(qiáng)度。因此，應(yīng)力性尿失禁(SUI)成為度洛西汀的新適應(yīng)癥，SUI是一種以腹內(nèi)壓力急劇增加為特征的尿液泄漏，如笑，咳嗽和打噴嚏均可誘發(fā)尿失禁，在此之前除了手術(shù)治療和失禁墊，尚無任何有效藥物。
2.沙利度胺用于麻風(fēng)結(jié)節(jié)性紅斑和多發(fā)性骨髓瘤
20世紀(jì)50年代，沙利度胺因其在最初的適應(yīng)癥—治療孕吐導(dǎo)致海豹肢而聲譽不佳，致使德國頒布了Arzneimitteltelsetz法，要求證明上市藥物的安全性。沙利度胺的再利用也是非常偶然的，麻風(fēng)結(jié)節(jié)性紅斑(ENL)是一種以強(qiáng)烈的，持續(xù)性疼痛的結(jié)節(jié)和炎癥為特征的急癥，甚至?xí)?dǎo)致失明。1964年，一位ENL患者因嚴(yán)重疼痛而幾個星期持續(xù)失眠，但當(dāng)時接診的馬塞大學(xué)醫(yī)院極度缺藥，沙利度胺是醫(yī)院僅有的鎮(zhèn)靜類藥物，Jacob Sheskin博士認(rèn)為該藥的鎮(zhèn)靜作用可能會幫助患者入睡，于是給其處方了沙利度胺。幾周后，患者不僅奇跡般地治愈了失眠，而且也治愈了麻風(fēng)結(jié)節(jié)性紅斑疼痛，因此沙利度胺作為唯一一款治療ENL的藥物引起了世界衛(wèi)生組織的關(guān)注。世界衛(wèi)生組織對4552例患者進(jìn)行的臨床試驗顯示，約有99％的患者在2周內(nèi)病情獲得完全緩解。并于1998年，批準(zhǔn)其用于治療ENL，商品名“Thalomid”。隨后的機(jī)制研究表明沙利度胺是一種有效的腫瘤壞死因子α抑制劑，具有抗血管生成特性。該作用機(jī)制使其成為抗癌治療的候選藥物，并合理解釋了其在人類胎兒肢體發(fā)育中的致畸作用。此后，92％的沙利度胺被超適應(yīng)癥用于癌癥治療，2006年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)其用于治療多發(fā)性骨髓瘤。
▼策略三：基于基因組、藥理學(xué)網(wǎng)絡(luò)和信號通路分析
舒尼替尼和達(dá)沙替尼用于乳腺癌腦轉(zhuǎn)移
癌癥具有異質(zhì)性和復(fù)雜性等特性，由于個體癌癥的遺傳異質(zhì)性，不存在某一種特效藥能治療所有癌癥類型或亞型。有研究人員據(jù)此開發(fā)出了快速高效的老藥新用策略，該策略由6個計算模塊和2個乳腺癌腦轉(zhuǎn)移實驗?zāi)K組成(Figure 1)。計算模塊包括差異分析、富集分析、癌信號橋(CSB)分析、網(wǎng)絡(luò)機(jī)制分析、生存分析和再定位分析，兩個實驗?zāi)K包括靶標(biāo)驗證和藥效測定。首先，收集腦、肺和骨轉(zhuǎn)移患者的乳腺癌腫瘤群的微陣列數(shù)據(jù)用于計算分析，通過Partek(http：//www.partek.com)和Ingenuity Pathway Analysis(http：www.ingenuity.com)進(jìn)行差異和富集分析以鑒定在具有組織特異性轉(zhuǎn)移的患者和沒有轉(zhuǎn)移的患者之間差異表達(dá)最多的基因(基因標(biāo)記，P <0.001，Student'st-檢驗)。
癌信號橋(CSB)分析是將信號通路與癌癥相關(guān)蛋白聯(lián)系起來，CSBs組成的特定網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系是蛋白-蛋白相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)中常見的聯(lián)系模式，這其中PPI只包括在某一信號通路中至少具有一種蛋白和該信號通路之外的至少一種癌癥相關(guān)蛋白相互作用的模式才被定義為CSB。如此，則能在CSB中通過PPI信息發(fā)現(xiàn)未知的作用機(jī)制。例如，特定的CSB含有BRCA1，HSPA8，GRB2和NPM1四種蛋白，能夠形成四種PPIs：BRCA1?HSPA8，BRCA1?NPM1，GRB2?HSPA8和GRB2?NPM1。NPM1的編碼基因通過未知機(jī)制進(jìn)行突變導(dǎo)致急性早幼粒細(xì)胞白血病。通過運用CSB，NPM1能夠基于GRB2蛋白與EGF通路相聯(lián)系，或基于BRCA1蛋白與E2F轉(zhuǎn)錄因子通路相聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)機(jī)制分析(Network mechanism analysis)主要基于差異分析和富集分析結(jié)果以及CSB信號網(wǎng)絡(luò)?；诰W(wǎng)絡(luò)建模，獲得的前網(wǎng)絡(luò)信號涉及最大數(shù)量的信號通路，并且包括基因標(biāo)簽中差異最大的基因。然后應(yīng)用生存分析模塊將假定的信號通路與患者的可用臨床信息(例如無轉(zhuǎn)移生存時間)相關(guān)聯(lián)。迭代地進(jìn)行路徑的分層聚類和Kaplan-Meier生存分析以過濾出對患者存活和轉(zhuǎn)移發(fā)生至關(guān)重要的高置信度蛋白途徑，以蛋白質(zhì)和基因為靶點的具有高置信度的藥物具有很高的干擾癌細(xì)胞中特定基因譜的潛力。研究人員通過使用計算模塊確定了15個再定位的候選藥物。其中有10種藥物滿足中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物的“類藥五規(guī)則”，表明其有可能穿透血腦屏障。其中，舒尼替尼(批準(zhǔn)用于治療晚期腎細(xì)胞癌和胃腸道間質(zhì)瘤)和達(dá)沙替尼(批準(zhǔn)用于治療慢性髓性白血病)，之前尚無報道將其與乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移相聯(lián)系，通過它們在信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的靶標(biāo)(RET和KDR，舒尼替尼；FYN，達(dá)沙替尼)，采用實驗?zāi)K驗證。結(jié)果表明，這兩種藥物均顯示出顯著降低腦轉(zhuǎn)移的潛力，目前正處于乳腺癌腦轉(zhuǎn)移II期臨床試驗階段。
Figure 1 An overview of the technical pipeline for cancer drugrepositioning. (摘自Zhao et al. Novel modeling of cancer cell signaling pathways enablessystematic drug repositioning for distinct breast cancer metastases. CancerRes., 2013, 73, 6149–6163).
▼策略四：基于新靶標(biāo)確證(老藥脫靶效應(yīng))
抗抑郁藥阿莫沙平用于緩解伊立替康的毒性
伊立替康是一種常見的I型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑，用于惡性腫瘤，如腦癌，結(jié)腸癌和肺癌，以及難治性淋巴瘤。遲發(fā)性腹瀉是其主要的不良反應(yīng)，發(fā)生率高達(dá)88％，大約20%-30％的患者因嚴(yán)重腹瀉(CTCAE等級3-4)而必須終止治療。該副作用嚴(yán)重降低了患者的生活質(zhì)量，并限制了伊立替康的臨床應(yīng)用范圍及強(qiáng)化治療方案。研究表明，腸道細(xì)菌的β-葡萄糖醛酸酶(GUS)能夠?qū)o毒的伊立替康代謝產(chǎn)物SN-38G轉(zhuǎn)化成有毒的SN-38，從而誘導(dǎo)腸道副作用。GUS是一個全新的藥物靶標(biāo)，尚無有效的先導(dǎo)化合物，于是研究人員篩選了Prestwick Chemical Library? (www.prestwickchemical.com)中的1280個已上市藥物，其中抗抑郁藥阿莫沙平被確定為抵抗細(xì)菌GUS最有希望的潛在藥物之一。其后研究表明，阿莫沙平及其主要代謝產(chǎn)物7-羥基阿莫沙平和8-羥基阿莫沙平均為GUS抑制劑，能夠協(xié)同作用抑制伊立替康誘導(dǎo)的腹瀉。作為具有已知藥物性質(zhì)和安全性的老藥，抗抑郁藥阿莫沙平能夠在相對較短的時間內(nèi)用于伊立替康組合化療方案。
▼結(jié)論與展望
老藥具有經(jīng)證實的藥物代謝動力學(xué)性質(zhì)及安全性，因此老藥新用策略將避免由ADMET引起的臨床高失敗率，從而降低研發(fā)成本，并縮短開發(fā)上市的時間。在老藥新用開發(fā)策略中基于臨床偶然發(fā)現(xiàn)的確促成了許多成功的案例，但往往處于相對被動的研發(fā)狀態(tài)，現(xiàn)有的基于靶標(biāo)或表型篩選的傳統(tǒng)方法也是老藥新用有力的開發(fā)策略。這些傳統(tǒng)方法仍有較多缺陷，首先是藥物可獲得的難易程度，盡管許多供應(yīng)商提供各種常用的化合物，但卻不可能涵蓋全世界已批準(zhǔn)或研究過的所有候選化合物。美國國家衛(wèi)生研究院的轉(zhuǎn)化科學(xué)庫存有3800個經(jīng)批準(zhǔn)或研究的化合物實體，其提供了免費的電子資源，但用于篩選的小分子化合物只能通過有限的合作獲得。其次，即使該篩選僅限于現(xiàn)有上市藥物，大量篩選平臺的應(yīng)用仍然超過了任何一家制藥公司的運營能力。以罕見病為例子，根據(jù)FDA罕見病定義，美國國內(nèi)大約有6000種罕見病，其中大多數(shù)沒有有效的醫(yī)療方案及篩選模型。因此，基于計算的方法正在成為系統(tǒng)性老藥新用研究的主流，綜合運用藥物分子-靶標(biāo)相互作用，PPIs，靶標(biāo)-疾病關(guān)聯(lián)，信號通路和藥理網(wǎng)絡(luò)，疾病相關(guān)基因組學(xué)，臨床監(jiān)察及大數(shù)據(jù)健康記錄等公開數(shù)據(jù)，將能夠進(jìn)一步減少老藥新用研發(fā)過程的投入，提高新適應(yīng)癥命中率。
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