蛋白酶激活受體拮抗劑在抗血小板領(lǐng)域的研究進(jìn)展

李杉杉，朱雄

(中國(guó)藥科大學(xué)，江蘇 南京 210009)

動(dòng)脈粥樣硬化所形成的血栓性疾病是全世界發(fā)病率和死亡率較高的疾病之一，臨床上主要表現(xiàn)為：急性冠狀動(dòng)脈綜合征、腦血管事件和外周動(dòng)脈疾病。其中血小板活化和聚集是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化性疾病形成以及臨床表現(xiàn)的主要原因[1]。目前，臨床上治療治療血栓性疾病的標(biāo)準(zhǔn)治療方案是阿司匹林聯(lián)合P2Y12二磷酸腺苷(ADP)受體抑制劑氯吡格雷的雙重口服治療，并且此治療方案可顯著改善動(dòng)脈粥樣硬化疾病患者的預(yù)后[2]。然而，阿司匹林和氯吡格雷不僅抑制血小板活化途徑，還可影響人體中其他的正常代謝途徑[3]。并且，阿司匹林和氯吡格雷存在個(gè)體差異性和較為嚴(yán)重的出血事件限制了臨床上的使用。凝血酶可以不斷地刺激血小板的活化和血栓的形成，被認(rèn)為是最強(qiáng)的血小板活化因子。因此，開(kāi)發(fā)更有效地抑制血小板的活化而不增加出血并發(fā)癥的抗血小板藥物是當(dāng)下血栓性疾病治療領(lǐng)域存在的主要瓶頸。在臨床前模型研究和小規(guī)模臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)蛋白酶激活受體(PARs)拮抗劑可抑制凝血酶介導(dǎo)的血小板活化，同時(shí)不增加出血風(fēng)險(xiǎn)[4]。

凝血酶(thrombin)是一種絲氨酸蛋白酶，除了促進(jìn)凝血因子Ⅴ、Ⅷ、Ⅺ產(chǎn)生以及裂解纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白外，同時(shí)也是血小板活化最強(qiáng)的激動(dòng)劑之一[5]。凝血酶活化血小板涉及G蛋白偶聯(lián)的七次跨膜受體，主要與血小板初期的聚集有關(guān)。人體血小板的活化主要是通過(guò)凝血酶介導(dǎo)的PAR-1和PAR-4受體進(jìn)行的[6]。在人類血小板中，PAR-1是主要的凝血酶受體，PAR-1在凝血酶濃度僅有納摩爾級(jí)時(shí)即可活化血小板，而PAR-4則需要更高濃度的凝血酶才可激活血小板[7-8]。

1 PARs及其激活機(jī)制

PARs是細(xì)胞表面的一種G蛋白偶聯(lián)受體，屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族成員之一。同其他G蛋白偶聯(lián)受體一樣，PARs也具有單鏈七次跨膜的特性。近20年來(lái)，PARs共有4種蛋白酶激活受體被發(fā)現(xiàn)，分別是PAR-1、PAR-2、PAR-3和PAR-4。其中人類血小板表達(dá)PAR-1和PAR-4，而嚙齒類動(dòng)物表達(dá)PAR-3和PAR-4，而不表達(dá)PAR-1[9]。

1.1 PAR-1的生物學(xué)結(jié)構(gòu) PAR-1是最早發(fā)現(xiàn)的PARs家族成員，是凝血酶的主要受體，也是目前研究最多的蛋白酶活化受體。如圖1所示，PAR-1位于細(xì)胞膜上，由胞外區(qū)(N-末端)、7個(gè)疏水跨膜螺旋以及胞內(nèi)區(qū)(C末端)3個(gè)部分組成，共有425個(gè)氨基酸殘基[10]。

圖1 人類凝血酶受體PAR-1結(jié)構(gòu)[11]

1.2 凝血酶激活PAR-1機(jī)制 凝血酶含有3個(gè)不同的區(qū)域，一個(gè)活性位點(diǎn)和兩個(gè)外結(jié)合位點(diǎn)。凝血酶的兩端為帶正電荷的外結(jié)合位點(diǎn)，PAR-1的N末端的酸性區(qū)能與外結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合,這個(gè)酸性區(qū)含有類水蛭素的結(jié)合位點(diǎn)，可增強(qiáng)其對(duì)凝血酶的親和力[12]。如圖2所示，凝血酶的外結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合血小板表面上PAR-1的水蛭素樣的胞外氨基末端結(jié)構(gòu)域，切割41位精氨酸和42位絲氨酸之間的受體，去除氨基末端序列并產(chǎn)生一個(gè)新的鎖系質(zhì)子化的氨基配體—SFLRRN(絲氨酸-苯丙氨酸-亮氨酸-亮氨酸-精氨酸-天冬氨酸)[13]，這個(gè)新產(chǎn)生的N末端的鎖系配體(tethered ligand)與受體發(fā)生分子內(nèi)結(jié)合而產(chǎn)生跨膜信號(hào)從而激活PAR-1受體[14]。水蛭素樣序列主要存在于PAR-1和PAR-3中，在低凝血酶濃度條件下，其對(duì)于受體的切割十分重要。而PAR-4沒(méi)有促凝血酶結(jié)合的類水蛭素結(jié)合位點(diǎn)，因而對(duì)凝血酶的親和力遠(yuǎn)低于PAR-1，所以PAR-4的激活需要更高的凝血酶濃度[15]。

圖2 凝血酶激活PAR-1機(jī)制[16]

1.3 PAR-2和PAR-3在血小板活化中的作用 PAR-2和PAR-1結(jié)構(gòu)相似，含有7個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域，N末端位于胞外，有相應(yīng)受體的蛋白酶裂解位點(diǎn)，C末端在胞內(nèi)調(diào)控受體脫敏和信號(hào)傳導(dǎo)。然而由于PAR-2裂解位點(diǎn)沒(méi)有PAR-1中供凝血酶結(jié)合的酸性區(qū)域，不能被凝血酶激活，而是由胰蛋白酶激活[17]。PAR-3是繼PAR-1之后第二個(gè)被發(fā)現(xiàn)的凝血酶受體，研究發(fā)現(xiàn)凝血酶還可裂解PAR-3，然而這種相互作用的生理機(jī)制尚未探究清楚[18]，PAR-3還可與其他PARs發(fā)生二聚化，這種行為可能有助于PAR-4的信號(hào)調(diào)節(jié)，因而PAR-3被認(rèn)為是PAR-4的輔助因子，可增加凝血酶對(duì)PAR-4的親和力[19]。

1.4 凝血酶激活PAR-4機(jī)制 PAR-4由385個(gè)氨基酸組成，包含一個(gè)信號(hào)肽和一個(gè)胞外N末端Arg/Gly/Ser蛋白酶結(jié)合位點(diǎn)，PAR-4的激活原理同PAR-1相似：首先PAR-4的胞外N末端與凝血酶相結(jié)合，凝血酶切割其末端并產(chǎn)生新的N末端即鎖系配體，這個(gè)新產(chǎn)生的鎖系配體與胞外第二環(huán)結(jié)合形成閉環(huán)，進(jìn)而激活受體并引起一系列信號(hào)通路。如圖3所示，但是與PAR-1有所不同，由于PAR-4沒(méi)有促凝血酶結(jié)合的類水蛭素結(jié)合位點(diǎn)，需要較高濃度的凝血酶PAR-4才可激活。當(dāng)PAR-3和PAR-4同時(shí)表達(dá)時(shí)，在較低濃度的凝血酶條件下PAR-3可作為輔助因子提高PAR-4的敏感度，有助于PAR-4的裂解和活化[20]。

圖3 凝血酶激活PAR-4以及輔助因子PAR-3參與的調(diào)節(jié)機(jī)制[19]

2 PAR-1和PAR-4作為抗血小板聚集治療靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)

2.1 現(xiàn)有臨床藥物的局限性 目前臨床上心腦血管疾病標(biāo)準(zhǔn)的治療方案是阿司匹林聯(lián)合氯吡格雷的雙重口服的抗血小板治療。阿司匹林是不可逆的COX-1抑制劑，通過(guò)減少TXA2的生成從而抑制血小板過(guò)度聚集，達(dá)到防止血栓生成的目的[21]。氯吡格雷通過(guò)與P2Y12不可逆結(jié)合，抑制P2Y12受體活性，從而抑制血小板聚集[22]。兩種藥物聯(lián)合使用能夠有效地抑制血小板聚集，防止血栓的生成，降低心腦血管的發(fā)病率。但是該治療方案可以引起嚴(yán)重的出血事件，并且出血風(fēng)險(xiǎn)隨劑量的依賴性而增加；其次除了出血風(fēng)險(xiǎn)之外，相當(dāng)多的患者在接受雙重抗血小板治療之后更容易產(chǎn)生反復(fù)的血栓形成事件[23]。因此對(duì)于具有強(qiáng)效和低出血風(fēng)險(xiǎn)的抗血小板藥物仍存在大量的臨床需求。

2.2 PARs拮抗劑的優(yōu)勢(shì) 凝血酶介導(dǎo)的人類血小板活化的過(guò)程中，PAR-1和PAR-4發(fā)揮著明顯不同的作用。PAR-1對(duì)凝血酶的親和力高，激活所需要的凝血酶濃度較低；相反PAR-4是一種低親和力的凝血酶受體，需要較高濃度的凝血酶來(lái)激活。PAR-1和PAR-4在人體內(nèi)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程不同，并且參與了血小板活化的不同階段。凝血酶激活PAR-1產(chǎn)生快速而短暫的鈣離子信號(hào)[24-25]，進(jìn)而引發(fā)受體的再分配和信號(hào)傳導(dǎo)的終止,而PAR-4的活化速度比PAR-1慢20～70倍，并且所引發(fā)的鈣信號(hào)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)[26]。有理論研究認(rèn)為，在凝血酶濃度較低的初始情況下，PAR-1的激活是參與止血過(guò)程的主要因素；而在高凝血酶濃度的條件下血小板活化的后期階段以閉塞性血栓的形成為主，這個(gè)過(guò)程主要是由PAR-4介導(dǎo)完成的[27]。PARs拮抗劑并不影響凝血酶切割纖維蛋白酶的功能，相比于其他的凝血酶抑制劑，PARs拮抗劑不容易引起出血并發(fā)癥，且具有更為寬闊的治療窗[28]。因此PAR-1和PAR-4作為靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)新的抗血小板聚集藥物具有較大的前景，如表1所示，PAR-1和PAR-4拮抗劑的臨床研究進(jìn)展。

表1 PAR-1和PAR-4拮抗劑臨床研究進(jìn)展

3 PAR-1拮抗劑的研究進(jìn)展

PAR-1拮抗劑：如圖4所示，目前報(bào)道的PAR-1小分子拮抗劑主要包括Vorapaxar、Atopaxar、F-16618、F-16357、ML-161、RWJ-52859、PZ-128等。

圖4 PAR-1拮抗劑

3.1 Vorapaxar Vorapaxar由默沙東研發(fā)，2014年5月經(jīng)FDA批準(zhǔn)上市，是首個(gè)通過(guò)抑制凝血酶受體的活性來(lái)治療血栓的藥物。研究顯示，Vorapaxar對(duì)PAR-1具有良好的拮抗活性，能顯著降低心肌梗死的發(fā)病率。然而當(dāng)患者患有中風(fēng)史或者短暫性腦缺血發(fā)作史時(shí)，Vorapaxar會(huì)增加顱內(nèi)出血的風(fēng)險(xiǎn)[29]。而且沒(méi)有合適的可逆轉(zhuǎn)Vorapaxar的抗血小板的藥物，2016年8月，默沙東宣布停止在美國(guó)繼續(xù)推廣Vorapaxar的臨床使用。

3.2 Atopaxar Atopaxar又名E5555，由日本衛(wèi)材株式會(huì)社研發(fā)的可逆性口服PAR-1拮抗劑。臨床前研究表明:Atopaxar可有效抑制凝血酶誘導(dǎo)的血小板聚集反應(yīng)(IC50=64 nmol·L-1)，表現(xiàn)出強(qiáng)有力的血小板抑制作用，同時(shí)不會(huì)增加出血時(shí)間[30]。然而在Ⅱ期臨床的高劑量組試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了Atopaxar可引起肝功能異常和QT間期延長(zhǎng)的現(xiàn)象，并且缺乏明顯的量效關(guān)系，故已終止了Atopaxar的開(kāi)發(fā)[31]。

3.3 RWJ-58259 RWJ-58259由強(qiáng)生公司研發(fā)的選擇性PAR-1拮抗劑。在體外活性測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)RWJ-58259可有效抑制人體凝血酶介導(dǎo)的血小板聚集(IC50=0.37 μmol·L-1)[32]。然而藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)較差使其止步于臨床前研究。

3.4 F-16618、F-16357 F-16618、F-16357是法國(guó)Pierre Fabre 研究中心開(kāi)發(fā)的PAR-1 拮抗劑。體外研究表明F-16618、F-16357可有效抑制凝血酶受體活性肽誘導(dǎo)的血小板聚集，并且在大鼠的體外動(dòng)靜脈模型中均表現(xiàn)出一定的抗血栓活性，對(duì)PAR-1有一定選擇性[33]。F-16618、F-16357藥動(dòng)學(xué)性能良好，目前尚未有更多的臨床信息披露。

3.5 ML-161 ML-161是由Dockendorff等[34]通過(guò)高通量篩選發(fā)現(xiàn)的新型PAR-1拮抗劑。臨床前研究表明ML-161能夠顯著抑制由凝血酶受體活性肽誘導(dǎo)的人血小板表面P-selectin 蛋白的表達(dá)，且僅抑制了血小板的分泌反應(yīng)，而不改變血小板的正常形態(tài)。這種新的作用機(jī)制可能降低臨床上出血等不良事件的發(fā)生，目前尚未有更多臨床信息披露。

3.6 PZ-128 PZ-128由Tufts Medical Center開(kāi)發(fā)的高效、可逆轉(zhuǎn)的多肽類PAR-1拮抗劑，I期臨床顯示PZ-128對(duì)由凝血酶受體活性肽(8 μmol·L-1)誘導(dǎo)的血小板聚集反應(yīng)具有明顯效果，并且呈劑量相關(guān)性[35]。2018年4月24日披露信息顯示其暫停了一項(xiàng)名為“PZ-128在接受非急診經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(TRIP-PCI)的患者中的安全性”的Ⅱ期臨床實(shí)驗(yàn)，暫停原因尚不明確。

4 PAR-4拮抗劑研究進(jìn)展

近二十年來(lái)，圍繞PAR-4特有的生理機(jī)制，研究人員通過(guò)生物電子等排、高通量篩選等技術(shù)設(shè)計(jì)合成了3種不同結(jié)構(gòu)類型的小分子的PAR-4拮抗劑，主要包括吲唑、吲哚、咪唑并噻二唑類結(jié)構(gòu)。

4.1 吲唑類 2001年，我國(guó)臺(tái)灣的研究工作者Lee等[36]發(fā)現(xiàn)YC-1對(duì)由凝血酶、花生四烯酸、膠原蛋白以及血小板活化因子引起的血小板聚集具有顯著的抑制作用[37]。如圖5所示，在YC-1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合成了一系列吲唑苯甲酸類化合物，并對(duì)其進(jìn)行了活性篩選。如改造的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)YD-3對(duì)由凝血酶介導(dǎo)的血小板聚集有很強(qiáng)的抑制作用(IC50=29.3 μmol·L-1)[38]，而對(duì)花生四烯酸、膠原蛋白、血小板活化因子等沒(méi)有抑制作用。YD-3可以選擇性地抑制凝血酶誘導(dǎo)的血小板聚集和磷酸肌醇的分解而不影響凝血酶正常的蛋白水解活性，研究人員在深入的研究中發(fā)現(xiàn)YD-3并非是PAR-1受體拮抗劑，而是一種非肽類的PAR-4受體拮抗劑。然而由于YD-3的高親脂性限制了其在體外實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。由此研究人員以YD-3作為先導(dǎo)化合物對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和構(gòu)效關(guān)系的研究。

圖5 YC-1和YD-3的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2008年，研究者在對(duì)YD-3進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系的探索中發(fā)現(xiàn)[39]，C3位苯環(huán)上的乙酯基和N1位上的芐基對(duì)于抗PAR-4活性是重要的藥效基團(tuán)，二者缺少其中的任一部分均可導(dǎo)致活性喪失；C3位上的乙酯基被其他酯、酰胺或者羧酸基團(tuán)取代時(shí)活性降低；N1位上芐基引入鹵素或者甲氧基可增加對(duì)PAR-4受體的選擇性。

4.2 吲哚類 2013年，Wen等[29,40]在YD-3的基礎(chǔ)上將吲唑環(huán)改為吲哚環(huán)，設(shè)計(jì)合成了比YD-3活性更好的化合物SEY-3(IC50=66 nmol·L-1)，并在Vanderbit大學(xué)的化合物庫(kù)中進(jìn)一步篩選出與SEY-3結(jié)構(gòu)類似的化合物ML-354(IC50=140 nmol·L-1)。由于毒理學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)等方面的因素，研究者繼續(xù)以ML-354為先導(dǎo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾和構(gòu)效關(guān)系的研究，化合物結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 化合物SEY-3和ML-354化學(xué)結(jié)構(gòu)

同時(shí)，Temple等[41-42]在ML-354的基礎(chǔ)上也引入了咪唑并噻二唑的結(jié)構(gòu)，得到了更優(yōu)的活性和體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并且對(duì)γ-凝血酶(γ-thrombin)有很好的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)VU0661259(IC50=179 nmol·L-1)的藥理活性比由ML-354修飾而來(lái)的化合物1活性更好，在結(jié)構(gòu)修飾以及尋找最小藥效團(tuán)的過(guò)程中，研究者將VU0661259 的C2位引入咪唑并噻二的結(jié)構(gòu)來(lái)替代羥甲基的結(jié)構(gòu),得到了對(duì)PAR-4 活性肽(PAR-4 Activating Peptide，PAR-4 AP) IC50=20 nmol·L-1的化合物2，化合物結(jié)構(gòu)如圖7所示。這些工作為后期的具有成藥性的化合物提供了重要的借鑒意義。

4.3 咪唑并噻二唑類 2013年，施貴寶公司(Bristol-Myers Squibb，BMS)也對(duì)PAR-4拮抗劑展開(kāi)了大量的研究工作并申請(qǐng)的大量的專利[43-45]。在對(duì)大量咪唑并噻二唑化合物的合成和篩選過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了UDM-001651、UDM-002555、

BMS-986141、BMS-986120(見(jiàn)圖8)等化合物對(duì)PAR-4引起的血小板聚集具有優(yōu)良的抑制作用。

圖7 化合物1～2、VU0661259化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖8 BMS開(kāi)發(fā)的PAR-4拮抗劑化學(xué)結(jié)構(gòu)

UDM-001651和UDM-002555均已完成臨床前研究，其中UDM-001651和UDM-00255的體外研究中對(duì)于拮抗人體PAR-4 AP IC50值分別為2.42和1 nmol·L-1，目前已作為一種工具藥物檢測(cè)PAR-4激動(dòng)肽的活性。

BMS-986120是一種口服強(qiáng)效、可逆、選擇性好的小分子PAR-4受體拮抗劑，BMS-986120可選擇性地抑制PAR-4受體，而對(duì)一系列凝血蛋白酶和多種受體、酶以及離子通道均無(wú)抑制活性。在體外實(shí)驗(yàn)中，BMS-986120對(duì)γ-凝血酶的IC50=7.3 nmol·L-1，而在人類全血中的PAR-4 AP IC50=9.5 nmol·L-1。BMS-986120已完成Ⅰ期臨床實(shí)驗(yàn)，臨床結(jié)果表明BMS-986120具有很強(qiáng)的劑量依賴性的抗血栓活性，且藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)可接受，相比于標(biāo)準(zhǔn)抗血小板藥物氯吡格雷BMS-986120表現(xiàn)出較低的出血風(fēng)險(xiǎn)和更寬的治療窗口。目前BMS-986120已進(jìn)入Ⅱ期臨床。

BMS-986141也是口服小分子PAR-4受體抑制劑，用于預(yù)防急性缺血性腦卒中或接受阿司匹林治療后的短暫性腦缺血以及復(fù)發(fā)性的腦梗死[46]。其體外對(duì)血小板聚集反應(yīng)的IC50達(dá)0.33 μmol·L-1。2017年在Ⅱ期臨床中因?yàn)榇嬖谳^高比例的不良反應(yīng)已終止開(kāi)發(fā)。

5 總結(jié)與展望

近年來(lái)，抗血小板藥物的開(kāi)發(fā)已成為當(dāng)下心腦血管疾病領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。雖然出現(xiàn)了各種不同機(jī)制的抗血小板藥物，但臨床上不良反應(yīng)的發(fā)生率仍然很高。PAR-1和PAR-4已成為抗血小板藥物研發(fā)的新靶點(diǎn)，目前PAR-1受體拮抗劑Vorapaxar雖已上市，但出血事故的發(fā)生比例較高，限制了其在臨床上的應(yīng)用。近期研究發(fā)現(xiàn)藥物靶向拮抗PAR-4受體時(shí)，發(fā)生出血的不良反應(yīng)較低，針對(duì)PAR-4的小分子拮抗劑有可能成為安全有效的抗血小板藥物,具有廣闊的市場(chǎng)前景。但PAR-4受體拮抗劑存在藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)較差，成藥性不好等問(wèn)題。目前僅施貴寶公司研發(fā)的藥物BMS-986120進(jìn)入臨床Ⅱ期。相信隨著對(duì)PAR-1和PAR-4靶點(diǎn)的不斷深入以及相關(guān)拮抗劑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，抗血小板治療領(lǐng)域?qū)?huì)取得巨大的突破。