减轻抗癌药伊立替康肠毒性的药物重定位研究

Irinotecan (CPT-11) is a cytotoxic drug that has wide applicability and usage in cancer treatment. Despite its success, patients suffer dose-dependent diarrhea,limiting the drug’s efficacy. No effective therapy is available for this unmet medical need. The bacteria β-glucuronidase (β-GUS) plays pivotal roles in CPT-11 induced diarrhea via activating the non-toxic SN-38G to toxic SN-38 inside intestine. Drug repositioning identifies new uses based on old drugs with known PK/PD and safety profiling, providing opportunities to discover drugs for diseases in a rapid manner with minor expense. Here we proposal to identify β-GUS inhibitors from known drugs by using an integrated platform composed of molecular dynamics simulation, virtual screening, in vitro enzyme activity determination and in vivo animal test. Possible known drug combinations with CPT-11 could be achieved to alleviate the gastrointestinal toxicity and diarrhea, and more importantly, enable the dosage intensification. The outcome of this project will benefit for anti-cancer drug development and could be rapid translated to human subjects due to the known PK/PD and toxicity profiling of old drugs.

伊立替康（CPT-11）作为在癌症治疗中广泛应用的化疗药物，其主要副作用为肠毒性引发的迟发性腹泻，严重时甚至造成病人死亡。该剂量限制性副作用极大影响了CPT-11疗效的发挥，至今尚无有效克服手段。肠腔中的细菌β-葡萄糖醛酸酶（β-GUS）是导致迟发性腹泻的关键因素。药物重定位从具备明确药学及安全性数据的已知药物中开发其新用途，为新型治疗药物的发现提供了快速有效的途径。本项目以肠道细菌的β-GUS酶为靶点，研究内容包括：1、采用分子动力学模拟考察蛋白柔性并应用于虚拟筛选、结合体外生物学活性测定，从已知药物分子中寻找有效的β-GUS抑制剂；2、建立迟发性腹泻动物模型，考察β-GUS酶抑制剂与CPT-11联合用药的抗腹泻及抗肿瘤作用。本研究获得的药物组合将有望减轻CPT-11的肠毒性及其引发的迟发性腹泻，提高其使用剂量，进而增强抗肿瘤效果，对新型抗肿瘤药物组合的开发具有重要的理论和实践意义。

化疗药物伊立替康的肠毒性是主要的剂量限制性副作用。本项目以药物重定位为主要策略，针对伊立替康肠毒性发生机制中的关键靶点展开了药物重定位研究，具体包括以下几点：（1）针对细菌β-GUS酶建立了计算机虚拟筛选和实验筛选模型，发现了去甲氯氮平、天冬甜素、吉米沙星等已知药物分子在酶学、细胞水平上可以显著抑制细菌β-GUS酶的活性，同时对哺乳动物来源的β-GUS酶活性无影响。其中活性最好的去甲氯氮平在蛋白水平酶抑制活性的IC50值为38.9nM，细胞水平酶抑制活性IC50值为10.5nM。设计了动物实验方案，在伊立替康造成的迟发性腹泻小鼠模型上，去氯氮甲平、天冬甜素可以显著的缓解腹泻的症状，降低腹泻的发生率。（2）针对伊立替康肠毒性的另一关键靶点CES2酶建立了虚拟筛选与实验筛选模型，获得了橙皮素（Hesperetin，Hst）、naringenin和2’,4’-dihydroxychalcone等多个活性分子，其CES2酶活性的IC50值分别为2.54μM，9.72μM和1.66μM。Hst与2’,4’-dihydroxychalcone对CES1无明显抑制活性，是较好的CES2选择性抑制剂。动物实验表明，橙皮素与伊立替康的联合使用也可以有效缓解腹泻的发生，保护肠道组织的完整性。（3）在药物设计方法学研究方面，我们发展了一套全新的分子对接算法（CoDock），实现了全局搜索与精确打分有机结合，在不增加计算量的情况下极大地提高了分子对接的精度。我们提供了免费开放的CoDock网上服务器，为生命科学领域科研人员提供了靶点-配体相互作用的预测工具。本项目研究针对腹泻副作用问题，发现了一系列已知药物可能的新适应症，这些成果将有望快速转化为临床应用，对于治疗伊立替康所致的迟发性腹泻药物的开发具有重要的理论和实践意义。另一方面，我们建立了以生物大分子结构预测与动力学模拟为核心的计算平台，发展了具有自主知识产权的算法和软件，为进一步基于蛋白质动态构象的药物筛选与合理设计提供了理论基础。