
相同浓度和亲和力,未必对应相同的药效时间
药物开发常用浓度与效应关系描述药代动力学和药效学(pharmacokinetics/pharmacodynamics,PK/PD)。石溪大学(Stony Brook University)团队在 Current Opinion in Chemical Biology 的综述中强调,体内药物浓度持续变化,药物与靶点也未必随时处于平衡;结合、解离和靶点更新都会影响药效持续多久。
常用 Hill 方程把药物浓度转换为效应。若血浆浓度与效应之间有延迟,可加入假设的效应室,通过药物进入和离开该室的速度描述滞后。但这类拟合不一定区分慢分布、慢结合或靶点表达变化等具体原因。
效应终点也有层次。模型可以直接连接生理功能,也可以先连接激酶磷酸化等标志物,再用另一个关系描述标志物与肿瘤体积等效应的联系。检测到靶点信号变化,仍需说明它如何对应所关心的功能终点。
当药物与靶点的结合能很快达到平衡时,浓度变化较容易直接映射到占有率。如果解离很慢,游离药物已经下降,先前形成的复合物却仍可能存在,单个平衡亲和力数值便不足以描述这一过程。
占有多少靶点,还要联系达到多大效应
靶点占有率与药效不一定成正比。有些靶点只需部分被抑制就能产生明显作用,另一些则要占有很大比例才能起效。综述将这一关系称为靶点易感性,用来描述效应出现的阈值以及占有率增加时效应变化的强弱。
作者以布鲁顿酪氨酸激酶(Bruton’s tyrosine kinase,BTK)抑制剂 CC-292 为例。所引研究用共价探针估计细胞和大鼠 B 细胞中剩余未占有靶点,再将占有率与前临床关节炎模型的效应联系起来。该模型中,超过约 50% 占有率才出现作用,超过约 90% 时接近最大作用。
这些阈值对应特定药物、靶点和前临床效应。模型除结合速率外,还需实际测定占有率与所关心终点的关系,才能描述特定系统中的效应。
靶点不断更新,会削弱慢解离带来的持续作用
即便药物与已有靶点结合牢固,细胞仍会产生新的未结合靶点。当游离药物已经清除,新靶点就可能恢复功能。靶点更新越快,单靠慢解离或不可逆结合维持作用就越困难。
综述引用慢性淋巴细胞白血病患者接受 acalabrutinib 的占有率资料:在相同日总量下,每日 1 次给药的占有率个体差异大于分 2 次给药。原研究作者提出,BTK 合成速度差异与药物较快清除共同影响这种表现。这个例子说明,药物较快清除时,靶点合成的个体差异会影响占有率的变化。
对于快速更新的靶点,模型因此需要同时考虑药物离开血液的速度、药物离开靶点的速度,以及新靶点形成的速度。只延长其中一项过程,未必足以延长有效占有。
假设靶点模拟说明,动力学选择性取决于多个条件
综述用 4 个假设靶点展示选择性问题:前 3 个与药物具有相同亲和力,但停留时间分别很短、中等和很长;第 4 个与药物形成共价结合。比较不同药物半衰期和靶点更新速度后,靶点占有率的排序与持续时间都会变化。这里是用于解释机制的计算情景,未对应 4 个真实候选药物实验。
模拟中,3 种可逆结合的停留时间分别为 1 秒、10 小时和 50 小时,药物半衰期则比较 1 小时与 5 小时。把亲和力保持相同,专门改变这些时间尺度,能显示平衡参数相同的靶点为何产生不同的动态占有过程。
游离药物清除后,如果治疗靶点仍被占有,而其他靶点已经释放,就可能出现动力学选择性。但它是否带来更宽的作用窗口,还取决于两类靶点各自达到效应所需的占有率,以及新靶点生成多快。作者特别指出,难以抑制且更新迅速的靶点,可能仍需持续较高游离药物浓度。
模型参数要由占有率和功能测量共同约束
这也带来优化上的取舍:若游离药物一直维持高浓度,快解离与慢解离靶点都可能持续被占有,慢解离优势便不容易转化为选择性。作者因此主张在优化结合动力学时,同时考虑药物清除速度。
作者也说明模型仍有简化:部分形式未显式纳入靶点浓度及药物造成的表达变化,并假定药物只有结合靶点时才起作用。这些假设在不同机制和疾病中都需要检查。
直接测量细胞、动物或人体中的靶点占有率,可以帮助建立实验性的占有率—效应关系,再核对模型假设。对于可逆结合药物,细胞内结合动力学还可帮助理解培养液浓度与细胞内作用位点之间的差别。模型的价值由此在于共同描述这些可测过程,为候选选择和优化提供依据。