引言
傳統觀點認為毒性基團預選過濾對防止藥物不良反應的發生很重要，但實際上盲目過濾毒性基團對藥物的發展有很多弊端，目前針對毒性基團已經有很多處理的方法，此外不良反應還與諸多因素有關，可通過其他策略緩解。輝瑞藥物化學專家Amit S. Kalgukar在JMC上綜述了關於毒性基團在藥物設計中處理方案。
毒性基團的概念
圖1. 1982年華盛頓大學藥學院Nelson教授提出藥物代謝與藥物毒性文章
圖片來源JMC
毒性基團（structural alerts, toxicophores）是一類與藥物不良反應相關的官能團或亞結構。早在1982年華盛頓大學藥學院Sidney Nelson教授提出藥物代謝與藥物毒性關係，文章系統討論了系列毒性基團在體內代謝轉換為毒性化合物的例子，並引起大家關注。這些毒性基團也成為後續毒性基團的篩選過濾列表。
由於人們對反應性代謝物最終導致特異性不良反應（idiosyncratic adverse drug reactions，IADR）的機制了解甚少，因此在藥物發現中經常接受的一種策略是規避策略，無論藥物的益處如何，都必須在藥物設計中進行毒性基團的篩選。本文討論了幾種常見的毒性基團（例如，苯胺，乙醯苯胺，肼，苯類和硝基芳香族化合物，五元雜芳族化合物，烯烴，炔烴，硫醇等），為進一步了解毒性基團與IADR的藥關係提供了相關依據。
在臨床前藥物發現中消除毒性基團的方法及意義
1.反應性代謝物的捕獲實驗。通常方法是通過對藥物進行適當的體外孵育並輔以親核試劑「誘捕劑」來檢查藥物反應性中間體的形成。但是過程中產生的親電反應性基團由於不穩定而無法被檢測，因此，需要與親核試劑一起捕獲，並在培養過程中進行補充。「誘捕」方法的基本假設是被親核試劑誘捕的毒性基團可作為蛋白質共價結合的替代物。
2.蛋白質共價結合測定。無論是體外體內獲得的組織或血液或血漿中的研究，放射性標記化合物都可以促進蛋白質共價結合程度的測定。蛋白質共價結合數據指示了實驗化合物在體外和體內條件下形成反應性代謝物的傾向。在肝細胞和體內獲得的共價結合數據更有意義。
3.活性代謝物誘捕和蛋白質共價結合研究在藥物發現中的價值。當存在毒性基團時，重要的是通過實驗證明它們是否被代謝為反應性代謝物。對於反應性代謝物呈陽性的化合物，可以利用對反應物的結構（通常從反應性代謝產物與適當親核試劑的穩定共軛物的質譜或NMR表徵推論得出）來化學修飾反應性代謝產物的結構。在實際應用中，一種明智的做法是，在不犧牲藥理活性與藥代性質的前提下，儘可能使用非毒性基團替換毒性基團，這可以在後續研發與藥物註冊中省去關於毒性問題的解決。
毒性基團預先篩選的弊端
1.某些具有毒性基團特徵的安全藥物在代謝過程中並不會產生毒性基團，卻被誤認為是不安全藥物。
2.某些具有顯著效果的藥物由於具有特定的毒性基團特徵而不被接受。苯基取代基的生物活化會生成對苯二酚，鄰苯二酚和相應的親電子醌物種，也與有機溶劑苯的致癌性有關。實際上不可能從可用官能團的集合中除去未取代的苯環。
3.某些生物激活途徑缺乏經典的毒性基團特徵。導致毒性基團只有在極少數情況下才能觀察到，並且難以一概而論。
4.供藥物毒性基團篩選的系統或軟體並不一定正確，從而可能會對藥物造成錯誤的篩選。
5.在研究候選藥物中消除毒性基團會減輕IADR風險的概念也不一定成立。
影響反應性代謝物毒性的因素
1.生物激活和排毒。活性代謝物捕獲研究通常在含有NADPH和GSH的人肝微粒體中進行，僅能檢查CYP酶的氧化生物活化作用。在幾種情況下可以在人肝微粒體中觀察到CYP依賴的代謝成反應性代謝物，但在體內母體化合物，反應性代謝物前體或反應性代謝物本身可以通過產生無毒產物的替代代謝途徑有效地脫毒。這些體外體內觀察結果指出了在生理相關基質中進行詳細的後續研究以獲得生物活性和解毒的重要性，從而減少在人肝中運行的活性代謝物中產生的假陽性微粒。此外，這些結果也提高了完全消除基於人肝微粒體的反應性代謝物分析的可能性，而將重點放在對所有代謝物的整體表徵上。這需要在肝細胞系統中進行適當的分析驗證。如果在原代肝細胞中檢測到基於GSH的結合物，則可根據參與生物活性的酶，使用分離系統來執行判斷活性代謝物可靠性的工作。因此，對動物研究中的藥物處置途徑和人類預期的藥物處置途徑的詳細觀察和分析，並結合反應性代謝物數據，將會是臨床前藥物選擇的有效方法。
2.每日總劑量。IADRs最初被認為是劑量獨立的，因為大多數患者在任何劑量下都沒有觀察到不良反應，而且治療劑量範圍通常很窄。在大多數口服藥物中，優化主要藥理學效價和藥代動力學特性作為降低總日劑量的方法是小分子藥物發現計劃的一種標準操作方法。分析表明，總日劑量（≤50mg）的標準做法可能會有效減少不良反應。
結論
一味地去篩去可能含有毒性基團的藥物是不可取的，某些具有毒性基團的藥物具有顯著治療疾病的效果，相比之下，雖然毒性基團可能會引發系列的不良反應，但目前由於罕見病患者沒有其他治療選擇，因此他們通常更願意接受更高的風險，以減緩或逆轉疾病。因此仍存在治療危及生命的疾病如癌症引起的IADR並帶有BBW標籤的市售藥物。
在過去的十年中，在解決毒性基團避免策略以及在藥物發現中進一步完善管理生物激活問題上取得了很大的進步。儘管本文的重點是將生物激活過程產生的代謝物作為引發藥物毒性的可能原因，但引起不良反應的其他因素仍需探索。因此，除了對毒性基團的思考，我們需要同時考慮新陳代謝的依賴性機制和獨立機制，同時嘗試減少新藥候選者的特異毒性。
參考文獻
Amit S. Kalgutkar. Designing around Structural Alerts in Drug Discovery.J. Med. Chem. 2019, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b00917
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