目录

《别构调节剂》

目录

一、别构调节剂的介绍

1.1别构调节剂的概念

1.2别构调节剂的优势与挑战

1.3别构调节剂开发的新方向

二、市场前景

三、已获批的别构调节剂与临床在研的别构调节剂

3.1已获批的别构调节剂

3.2临床在研的别构调节剂

四、企业布局

4.1国际大药企布局情况

4.2海外生物技术公司

4.3国内情况

五、小结

一、别构调节剂的介绍

1.1别构调节剂的概念

别构效应早在年便被观察到：科学家们发现二氧化碳可以影响氧气与血红蛋白的结合效率。直至年，别构调节的概念才被正式提出，科学家们将蛋白分子在空间分为至少两个部位：催化部位和调节部位。大多数的药物发挥药效都是与蛋白的催化部位结合，与天然底物或者内源性配体竞争，催化部位的活性位点也被成为正构位点，但也有一些分子可以与这种蛋白的调节部位相互作用而使蛋白分子构象发生改变,进而影响催化部位,改变蛋白的催化活性。这种现象被称为蛋白的别构调节或变构调节,这种分子我们称其为别构调节剂（变构调节剂），通过别构效应调节的蛋白被称之为别构蛋白。

图1.别构调节机制

别构蛋白主要有三类：蛋白激酶、GPCR蛋白家族、病毒的核心蛋白。

蛋白激酶参与了众多的生理调控过程，其异常表达与多种疾病密切相关。蛋白激酶的ATP结构域部分高度保守，ATP结合位点位于蛋白N端和C端间形成的沟状域，这也是正构抑制剂的结合位点。蛋白激酶的别构调节剂作用位点是ATP结合位点以外的区域，按照结合区域和DFG序列构象的不同可将其分为以下几类：

图2.四种蛋白激酶别构抑制剂

（1）Ⅲ型蛋白激酶别构抑制剂：靶向ATP附近的别构位点，其中对MEK、AKT别构抑制剂的研究最为广泛，目前已经有三款Ⅲ型别构抑制剂成功上市。

（2）Ⅳ型蛋白激酶别构抑制剂：靶向ATP远端的别构位点，但是可以通过引起ATP结合口袋构象变化来调节激酶活性，诺华治疗慢性粒细胞白血病的在研药物ABL-就是Ⅳ型别构抑制剂。

（3）Ⅵ型别构抑制剂：靶向假激酶结构域，假激酶约占蛋白激酶的10%，它们缺少保守的催化结构域，突变或者表达异常会导致肿瘤、自身免疫病的发生。目前还没有靶向假激酶的药物获批，开发的一大瓶颈来源于我们缺乏对其酶功能的了解。JAK家族蛋白就含有假激酶区，其JH2结构域缺乏酶活性，也被认为是别构调节剂开发的最佳位点，目前BMS的靶向TYK2的抑制正在进行3期临床试验。

（4）Ⅶ型别构抑制剂：靶向激酶的胞外域，现阶段这类靶点处在研究早期，非典型的靶点有成纤维细胞生长因子受体和盘状结构域受体。

GPCR家族蛋白在人体内有超过个成员，家族庞大，在众多药物靶标中，GPCR占据了一席之地。依据基因序列同源性可分为四大亚型：A类、B类、C类、F类，其中A类是最大的亚型。GPCR的7次跨膜结构与和胞外域的结构高度保守，但别构位点的结构保守型较低，许多内源性的分子（如离子、脂质、多肽等）都可以对GPCR蛋白功能起到变构调节作用。因此，这一现象吸引了学者和药企对外源别构调节剂的研究开发，有望利用别构机制开发出具有高受体亚型选择性的药物，根据其调节效果，可以将其分为三类：正性变构调节剂（PAM）、负性变构调节剂（NAM）、沉默变构调节剂（SAM）。目前GPCR别构调节剂已经有三款上市的药物：马拉韦罗，普乐沙福、西那卡塞。有多个在研药物处在临床试验阶段。

图3.GPCR别构调节剂

核心蛋白是一种自组装形成病毒核衣壳的结构蛋白，核心衣壳自组装是病毒生命周期中的关键步骤。核心蛋白极度保守，是耐药性产生的天然屏障，因此以核心蛋白为靶点的抗HBV、HCV药物已成为当前研发的热点。核心蛋白变构调节剂（CpAMs）主要是通过变构机制干扰核衣壳组装的小分子化合物。它们可以改变核心蛋白的构象干扰核衣壳的组装，进而影响病毒分子组装、逆转录、包装等过程，根据其作用机制可以分为两类，一类是形成异常装配的核衣壳，主要包括杂芳基二氢吡啶类化合物，一类是阻断的前基因组RNA的衣壳化，主要包括苯基丙烯酰胺类化合物和氨磺酰苯酰类化合物。目前已经有多个CpAMs在进行临床试验。

1.2别构调节剂的优势与挑战

别构调节剂在某种程度上复兴了小分子药物研究的热潮，别构调节的机制赋予了它其他种类的药物难以相比的技术优势，但它的开发要比正构药物开发难度大，面临着诸多的挑战。

下面列举了别构调节剂的优点：

（1）高选择性、低毒性：蛋白的活性位点通常高度保守，而别构位点自由度相对较大，进化压力小、发生突变的频率相对较高，突变产生的多样化使别构调节剂高选择性。此外，由图1可知，别构调节剂不会影响内源性配体与活性位点的结合，不会完全封闭靶蛋白的功能，这比使用正构药物安全的多。

（2）双向调节：蛋白激动剂的开发相对困难，变构效应可以双向调节蛋白的功能，上调蛋白功能有助于蛋白激活剂的研发。从药效来讲，相较于正构激动剂，别构激动剂更不容易诱导蛋白受到激活作用后脱敏。

（3）克服正构调节剂的耐药性：正构调节剂与别构调节剂发挥药效基于不同的作用机制，这使别构调节剂有可能克服正构药物在治疗过程中产生的获得性耐药。最典型的例子是诺华开发的别构抑制剂ABL-，它又被称之为第四代EGFR抑制剂，可以有效克服TI抗药突变。

（4）拓展靶点空间：难成药靶点（如蛋白蛋白相互作用的靶点）活性口袋通常比较平坦，化合物很难结合上去。别构调节的作用机制不依赖活性口袋，有望打破僵局，实现对难成药靶点的有效抑制，典型的例子是诺华和RevolutionMedicine开发的SHP2别构抑制剂，SHP2这种磷酸酶的特性是高度溶剂化、极性大，以往开发的抑制剂都带有电荷，很难进入到细胞中，口服利用度比较差。使用别构策略抑制SHP2磷酸酶可以将磷酸酶固定在失活的构象中。

别构调节剂优势明显，但它对药物分子的结合位点和结合模式都有要求，在开发过程中有许多亟待解决的问题，主要体现在以下几个方面：

（1）别构位点的识别：别构位点的识别是别构调节剂开发中最重要的一环。好的结合位点可以和优化过后的小分子药物有足够结合能并且结合后可以改变靶点蛋白的构象，在过去别构调节剂一直来源于实验过程中的偶然发现，最典型的是苯二氮卓类药物，在发现过程中没有系统性的设计思路。目前发展出了一系列别构位点的筛选方法，较为常用的是高通量筛选、基于片段的筛选方法、丙氨酸扫描突变，但这些方法都有各自的局限性（见下表），筛选的成功率不如正构位点成功率高，如何提高别构位点的识别成功率是未来发展的主攻方向。

表1.别构位点筛选的实验方法

（2）筛选方式：对于大多数药物公司，它们药物筛选的思路都是建立在活性位点之上，基于药物的活性去筛选化合物，但是别构结合腔的构象关系比较复杂，寻找到高强度的配体不易，它的药效可能最开始并不优异，按照活性筛选过滤分子时可能将潜在的别构分子排除掉。诺华在研究SHP2的过程中建立了一套筛选办法，用全长蛋白进行药物筛选，再排除掉可以与活性位点结合的药物分子，但是这种筛选方法受到全长蛋白表达难度高、活性不稳定、易析出的限制。新的筛选思路和手段的引入，增加别构分子的筛选效率是迫切需要解决的一件事。

（3）别构位点的验证：筛选出阳性分子后，阐明化合物的作用机制和理解结构与活性之间的关系十分具有挑战性，构效关系的建立将帮助我们进一步的优化药物提高活性，目前我们的对别构分子的构效关系的理解仍然不够深入。

（4）耐药突变：别构抑制剂可以克服正构药物产生的耐药性，但是别构调节剂依然会产生耐药性突变，在ABL-的临床试验中，ABL-单一给药已经在个别个体中观察到了耐药性。这对别构调节剂的开发和使用将会是一个大挑战，正构药物+别构调节剂的药物组合有望双重打破两者获得性耐药的僵局。目前正别形式的药物组合正在进行临床试验（诺华ABL-+前几代EGFR抑制剂）。

（5）药物的成药性：Lipinski成药五原则中对分子的脂水分配系数（LogP）有要求，但别构调节剂同正构分子对比有着更强的疏水性，这可能影响到药物的水溶性，从而影响药物的吸收。

1.3别构调节剂开发的新方向——理性设计

别构调节剂的开发如果还是像之前那样靠碰运气偶然发现，需要投入大量时间和金钱，开发效率是极低的。我们必须朝着理性设计的目标去发展别构药物，别构位点的识别是最为关键的一步，别构调节剂的理性设计也从这一步开始。

别构位点的识别在上文中总结了实验方法，他们都有着各自的局限性，近些年来，随着蛋白质结构数据库（PDB）数据库、蛋白变构数据库（ASD）内容不断丰富，越来越多的变构共晶结构和变构位点被测定，以及算法算力的不断提升，计算方法取得了长足进步。在未来，计算方法与实验方法的结合将提高我们别构位点识别的准确性和效率。下面列举了常用的别构位点识别的计算方法，他们基于机器学习、分子动力学模拟、弹性网络模型、正态分析等方法已经开发了网页服务器、软件可以识别别构靶标、别构位点、筛选评价别构小分子。

表2.预测别构位点的网站服务商

表3.预测别构位点的软件

目前计算方法已经建立了一系列的流程体系：先从PDB中获取靶点的三维蛋白静态结构、使用软件识别潜在的别构位点、对别构位点的大致区域进行验证、结合实验方法筛选、提供先导化合物。但从筛选结果来看，成功率远不如想象的美好。在整个筛选过程中，光有算法是不够的，还应该不断的提高数据集的质量才可以更好的训练算法提高别构位点识别的准确性。

此外，我们通过单晶衍射得到的蛋白质的三维结构是静态的，无法得到不稳定的过渡态的构象，这也限制了别构调节剂的发展，在生物体内蛋白质一直处在动态变化过程中，上述计算方法是基于PDB数据库中静态的蛋白构象用不同的算法去预测蛋白的别构位点，缺乏对于蛋白动态性质的考量，尽管较高能量的蛋白构象丰度较低，但处在低丰度构象状态的蛋白上可能具有潜在的隐形别构位点，这对别构靶点的发现和相关小分子药物的开发具有指导意义。分子动力学模拟可以建立原子分辨率上的靶点构象改变的模型，结合深度神经网络学习将有助于我们在蛋白的动态变化过程中寻能找到与活性中心构象相关的别构位点，可以加快变构抑制剂的研发。

二、市场前景

截至今日，在知名药企和医药科技公司的产品管线中都可以看到别构调节剂的身影，这一热度背后是尚未被满足的临床需求，正如上文所讲，别构调节剂有希望靶向难成药靶点，以SHP2为例，在非小细胞肺癌的患者中，有22%会有KRAS突变，其中一半都会出现KRASG12C突变，仅我国，年肺癌发病人数是70万人，其中非小细胞肺癌占比约85%，80%的非小细胞肺癌患者发现即3期之后，患者池约47.6万人，假定渗透率为10%，仍有4万患者从中受益，按照平均一年10万元的用药价格测算，仅非小细胞肺癌这一适应症，都有着4亿元的潜在市场空间，在其他实体瘤中也有观察到KRAS的突变（如结肠癌3%患者存在突变），如果单药或者通过联合疗法可以扩展适应症，其市场空间巨大。此外，对于已成药的靶点，利用别构调节有望突破现有药物的瓶颈，比如耐药性问题，以EGFR为例，第三代EGFR奥西替尼的出现解决了50%的EGFR耐药性问题，年全球销售收入达到了31.89亿元，但仍有50%的耐药问题尚未有较好的解决办法，以别构调节作用机制的新型小分子抑制剂潜力无限，空间巨大。

三、已获批别构调节剂与临床在研的别构调节剂

据不完全统计，目前有19款别构调节剂已经获批上市，其中激动剂占近乎一半，蛋白靶点集中分布在蛋白激酶和GPCR蛋白。详见下表：

表4.已获批的别构调节剂

3.2临床在研的别构调节剂

根据ASD数据库的统计，目前有个别构调节剂处在临床前研究的阶段，下表中不完全汇总了临床在研的别构调节剂进展情况，较多的别构调节剂处在临床1期和2期阶段。靶点包括蛋白激酶、离子通道、GPCR蛋白以及病毒的核心蛋白。

表5.临床在研的别构调节剂

靶向CD19的CAR-T疗法在治疗血液肿瘤上获得了很大的成功。CD19在B细胞癌症中高表达，是人类正常B细胞发育所必需，且不在B细胞谱系之外表达，这些特点使其成为了近乎理想的治疗靶点。此外针对高度局限于B细胞的靶点BCMA和CD22的CAR-T在治疗多发性骨髓瘤以及急性淋巴性白血病的早期临床试验中同样显示出疗效。然而，CAR-T疗法在实体瘤的治疗上却始终进展缓慢，比如靶向ERBB2/HER2的CAR-T在第一例患者中产生了致命的毒性。低密度表达ERBB2的肺上皮细胞同样被CAR-T识别和攻击，导致了肺功能衰竭和大量细胞因子的释放。采用更低剂量及亲和力的CAR-T，虽然结果显示为安全，但临床效果也同样非常有限。CAR-T治疗实体瘤亟待寻找肿瘤高度特异性的细胞表面蛋白或其他分子作为靶点。

理论上，在治疗实体瘤方面，TCR-T具有比CAR-T更为明显的优势。实体瘤细胞表面是否存在特异性的蛋白，科学界目前还没有给出明确的结论。而TCR-T靶向肿瘤细胞内部由MHC递呈至表面的的肿瘤新生抗原或癌睾丸抗原，可具有很强的特异性。此外，相关研究表明，TCR-T通常情况下侵入肿瘤内部的能力强于CAR-T，CAR-T往往会附着在肿瘤外层而不向内部渗透。

尽管在临床上，癌睾丸抗原MEGA-A3曾经由于与大脑中的相关多肽MEGA-A12的类似性，导致了针对MEGA-A3的TCR-T的on-target/off-tumor脱靶效应，造成患者严重的中枢神经系统损害甚至死亡，在更为谨慎的筛选后，针对癌睾丸抗原包括MAGE-A10、MAGE-A4、PRAME和NY-ESO-1等在内多个靶点的TCR-T目前陆续进入临床试验I/II期。癌睾丸抗原的劣势则是表达这些抗原的癌种较少，因此患者在用药之前，需要进行体外诊断（IVD），这一筛选步骤是一个昂贵和费时的过程。此外，从目前的实验结果来看，TCR-T的安全性以及治疗效果仍有待进一步提升，其中特异性靶点的选择无疑是非常关键的步骤。

年Science的一篇研究报道证明了几乎所有的癌症患者都会产生肿瘤新生抗原，这些抗原不仅具有肿瘤特异性，还具有强烈的个体差异性。因此，针对肿瘤新生抗原的个体化TCR-T成为了接下来TCR-T的发展方向。尽管目前个体化TCR-T存在开发时间过长，成本过高等缺点，短时间内难以大规模推广，但对其治疗效果的预期吸引着越来越多生物公司在这一领域的投入。

四、企业布局

4.1国际大药企布局情况

诺华、吉利德、BMS在别构调节剂领域布局最为积极，阿斯利康、默沙东、罗氏、强生、百健等也均已内部研发或者开展合作的方式进行别构调节剂的开发。

诺华

诺华在采取的是以内部自行研发为主、同生物技术公司建立合作的为辅策略，诺华内部有2款已经在临床试验中取得不错结果的分子，有1款分子正在早期的临床研究：

一个是用来治疗慢性粒细胞白血病的ABL-，它靶向Abl1，可以竞争结合ABL的肉豆蔻酰口袋，对含有TI抗药突变的肿瘤表现出了低纳摩尔级的活性，单一用药仍然可以产生耐药突变，但如果和活性位点抑制剂联用，会起到1+12的效果，目前ABL-与以上市的TKI药物联用的临床试验正在进行中。

另一个是TNO，它是SHP2的别构抑制剂，SHP2是多条激活RAS信号通路汇聚的节点，其抑制剂的开发一直是老大难问题，诺华采用了全新的筛选策略：全长蛋白+排除法。TNO可以占据SHP2关闭构象三个区域中的隧道状临界区，将SHP2锁在关闭的状态，避免其向开放构象转变。目前TNO正在进行临床试验，它与MiratiTherapeutics公司的MRTX联用，治疗携带KRASG12C突变的癌症患者，这种SHP2抑制剂和激酶抑制剂（如KRAS抑制剂）联合用药方式可以对相互连接的信号通路进行双重抑制，是未来一发展趋势。

MAK处在1/2期的临床研究中，MAK是胚胎外胚层发育蛋白（PRC2）的别构抑制剂，PRC2是表观遗传学中的一个重要蛋白，他可以抑制数千个蛋白的表达，是细胞处于未分化状态，他们在PCR2抑制剂的筛选过程中同样使用了新的筛选策略，筛选出不与活性位点相结合的分子，再找到该分子与PCR2的结合位置后再做进一步优化。

此外，诺华还与别构抑制剂开发的公司建立了战略合作关系。

吉利德

吉利德采取的是收购的策略，年5月，吉利德以四亿美元首付、8亿美元潜在里程金收购了NimbusTherapeutics的子公司NimbusApollo，公司主要拥有针对NASH、ACC2别构抑制剂（现GS-）等临床前资产，目前GS-正在进行2期临床试验。

BMS

BMS采取的是与变构调节剂的初创企业建立战略合作的策略，开展的合作项目主要来自于新基。年10月，新基同Nimbus建立了长期战略联盟，主要针对Tyk2靶点，药物BMS-目前正在进行2期临床试验，用来治疗银屑病；年9月，拓展了同Nimbus的长期战略研发合作，根据协议，Nimbus将继续开发HPK1抑制剂直至特定临床阶段，HPK1在树突状细胞活化过程中发挥着重要的作用，有望拓展现有的肿瘤免疫疗法。

此外，BMS还有一款BMS-，它是一种非核苷类NSB5RNA聚合酶抑制剂的别构抑制剂，与daclatasvir/asunaprevir组成的三联复合剂正处在临床试验中。

表6.其余国际药企在此方面的布局汇总如下表：

4.2海外生物技术公司

海外别构调节剂的开发比较火热，目前已经有了2家专注于此的IPO生物技术公司。ThirdRockVentures、AtlasVenture、BoxerCapital参投了多家聚焦别构调节剂的公司，这些公司大多都具有一个共同特点：以独特的算法、算力为基础，结合结构生物学、计算化学等多领域进展，构建了药物别构靶点发现平台。在此处我们挑选了具有代表性的专注别构抑制剂开发的生物技术公司、药企来介绍。

表7.国内外相关企业最新融资情况、市值

NimbusTherapeutics

NimbusTherapeutics公司总部位于马萨诸塞州，其前身是NimbusDiscovery，后者成立于年，携手计算机软件制造商薛定谔公司，由AltasVenture培育，风投大牛BruceBooth是公司创始人之一，NimbusDiscovery有三个显著的特点：一是和薛定谔公司建立了独有的药物研发合作关系；二是虚拟整合、全球分布，同多家CRO公司建立了合作关系；三是以项目资产为中心的公司结构（LCC）。

年更名为NimbusTherapeutics，依然延续了LCC的模式，由多个下属子公司构成，每个子公司负责特定疾病的研发。

Nimubus主要以计算化学为平台，结合结构生物学、AI预测PK相关技术，对药物靶点精确选择，致力于设计和开发新型的治疗方法，主要