李根，寧香麗，李國菠

（四川大學(xué)華西藥學(xué)院藥物化學(xué)系，四川 成都 610041）

金屬酶是指活性位點含有一個或多個功能必需的金屬離子的酶，自然界中約1/3的酶可被歸類為金屬酶[1]。 金屬酶廣泛存在于人體，在包括信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、表觀遺傳調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)分子合成降解等幾乎所有生命過程中都發(fā)揮著重要作用，其過量表達或活性異常往往會引起人類疾病的發(fā)生發(fā)展。也有部分金屬酶存在于病毒、細菌等病原微生物中，是引發(fā)感染性疾病的關(guān)鍵因素[1]。隨著人們對金屬酶在疾病中角色的認識不斷加深，金屬酶被作為一大類有潛力的藥物作用靶標(biāo)，成為了創(chuàng)新藥物研發(fā)的重要領(lǐng)域之一。截至目前，已有超過60種靶向金屬酶的小分子抑制劑獲得美國FDA的批準(zhǔn)，用于腫瘤、心血管、皮膚炎癥、哮喘、病毒感染等疾病的治療[1-2]。目前還有大量針對新驗證金屬酶靶標(biāo)的抑制劑正處于臨床前和臨床開發(fā)階段[3-4]。盡管靶向金屬酶藥物研發(fā)取得了一定研究進展，但目前成功開發(fā)的金屬酶靶標(biāo)與實際具有藥理活性的金屬酶靶標(biāo)的數(shù)量仍相差甚遠，這不僅說明了靶向金屬酶的藥物研發(fā)還有巨大空間，也反映了特異性靶向金屬酶的藥物研究難度較大，還可能存在一定的知識缺口。

由于金屬酶的含金屬離子活性位點的特殊性，金屬酶小分子抑制劑通常會涉及與活性位點金屬離子的作用，例如，與金屬離子配位結(jié)合，剝離金屬離子，置換金屬離子或破壞金屬離子結(jié)合位點等[5]。現(xiàn)有大多數(shù)靶向金屬酶的藥物分子都包含與活性位點金屬離子形成配位結(jié)合的化學(xué)骨架或片段，本文將其稱為金屬結(jié)合藥效基團（metal binding pharmacophore，MBP）。例 如，1981年美國FDA批準(zhǔn)上市的卡托普利（1），通過其巰基作為MBP，與血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）活性位點Zn（Ⅱ）形成配位結(jié)合，抑制其催化活性（見圖1a）[6]。又如，抗皮疹含硼原子藥物crisaborole于2016年12月被美國FDA批準(zhǔn)上市，該藥物是一個新型的非甾類磷酸二酯酶4（PDE-4）抑制劑，其環(huán)硼酸酯為關(guān)鍵MBP，其類似物為AN2898（2），其與PDE-4的作用模式（PDB ID：3O0J）（見圖1b）。一方面環(huán)硼酸酯會與PDE-4活性位點Zn（Ⅱ）和Mg（Ⅱ）配位結(jié)合，另一方面其硼原子也會受到Zn（Ⅱ）激化的具有親核能力的水分子進攻，從而使硼原子由sp2雜化轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3雜化（見圖1b）[7]。由此可見，MBP對金屬酶抑制劑的結(jié)合起著十分關(guān)鍵的作用。

MBP作為靶向金屬酶的關(guān)鍵藥效團，在藥物分子設(shè)計時，既要考慮其對目標(biāo)作用靶標(biāo)的結(jié)合能力，又要考慮對其他金屬酶的選擇性，因而對MBP的選擇顯得尤為重要。盡管已經(jīng)有許多文章提及MBP的重要作用，也總結(jié)了一些常見的MBP，例如異羥肟酸、羧酸、硫醇等，但鮮有關(guān)于MBP的較全面分析和總結(jié)。本文對本課題組挖掘的MBP數(shù)據(jù)進行了歸類總結(jié)，列舉了部分經(jīng)典與少見的MBP，分析了對金屬酶的選擇性和雜泛性，期望能為靶向金屬酶的藥物研發(fā)提供線索和借鑒。

1 金屬結(jié)合藥效基團

為了較全面地總結(jié)金屬結(jié)合藥效基團，我們篩選并分析了PDB數(shù)據(jù)庫中6590個金屬酶-配體復(fù)合物結(jié)構(gòu)（截至2020年1月1日），共涉及到1480余種金屬蛋白酶和3860余種小分子配體。通過觀察有4272個復(fù)合物（約65%）的小分子配體與活性位點金屬離子形成配位作用；通過挖掘這些復(fù)合物結(jié)構(gòu)中參與金屬配位作用的藥效基團片段，即MBP，總結(jié)出485種不同結(jié)構(gòu)的MBP。這些MBP中參與金屬配位的極性原子，主要包括O、N、S、C和F原子等，其中O和N最為常見，分別占58.03%和34.31%（見圖2a）。不同極性原子參與配位的金屬離子種類也存在差異。O和N原子可與絕大多數(shù)金屬酶中的金屬離子形成配位作用；與S原子配位的金屬離子種類也較多，主要集中在Zn（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等；也有少數(shù)MBP通過C、F和Se原子參與金屬離子配位，但結(jié)合的金屬離子種類很少（見圖2b）。在所有MBP配位的金屬離子的分布中，Zn（Ⅱ）和Mn（Ⅱ）是最多的，兩者超過了總數(shù)的一半；與Fe（Ⅱ）和Mg（Ⅱ）的配位也很常見，分別占14.47%和14.26%；其他比較少見的金屬離子，如Ca（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Na（Ⅰ）、Cu（Ⅱ）等，約占總數(shù)的20%（見圖2c）。

根據(jù)與金屬離子配位方式，我們觀察到大多數(shù)MBP是以單齒或雙齒的方式與金屬離子配位。其中單齒MBP有274個（占56.49%），雙齒MBP有196個（占40.41%），而多齒MBP僅有15個（3.09%）。圖3列舉了一些具有代表性的單齒和雙齒MBP。通過分析MBP與其作用金屬酶關(guān)系，發(fā)現(xiàn)有206個MBP（42.47%）可與2個以上金屬酶靶點結(jié)合，有75個MBP與5個以上的金屬酶作用。這反映了MBP可作為連接不同金屬酶之間的重要紐帶，也說明了不同金屬酶抑制劑的MBP可以相互借鑒。另外，我們還關(guān)注到，有36種MBP可與10種以上的金屬酶結(jié)合，其中單磷酸、二磷酸和異羥肟酸這3種MBP可作用于百余種金屬酶（見圖2d）。MBP與金屬酶靶點之間的對應(yīng)關(guān)系，啟示我們在金屬酶的抑制劑設(shè)計過程中，可參考已有的配位模式來選擇合理的、有效的MBP，但同時也要警惕可作用于多靶點的MBP帶來的雜泛性和干擾性。

此外，通過分析這些MBP與金屬酶活性位點的作用模式，我們發(fā)現(xiàn)MBP與金屬離子形成配位結(jié)合時也需要恰當(dāng)?shù)木嚯x、方向和角度，類似于氫鍵特征。這些MBP作為靶向金屬酶的一個關(guān)鍵的藥效基團，在藥物設(shè)計時，具有很好的參考價值。為了更好分享這些信息，我們曾搭建了一個免費在線服務(wù)平臺，稱作MeLAD（https://melad.ddtmlab.org），支持綜合信息查詢和可視化查看MBP及關(guān)聯(lián)信息[8]。該平臺開放以來，受到了全球超過30個國家研究人員的使用和關(guān)注，并得到了積極的反饋。我們將持續(xù)更新數(shù)據(jù)，完善功能，使MeLAD更有助于靶向金屬酶的藥物發(fā)現(xiàn)。

2 金屬結(jié)合藥效基團的選擇性與雜泛性

2.1 異羥肟酸類

異羥肟酸是金屬酶抑制劑中最常見的MBP之一，通常由其羰基和肟基氧原子與活性位點金屬離子，如Zn（Ⅱ）、Mg（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）等，形成雙齒配位作用。 例如，已上市抗腫瘤藥物vorinostat（3）、belinostat（4）和panobinostat（5）均為廣譜組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylases，HDAC）抑制劑，包含鏈狀異羥肟酸，與HDAC狹長活性位點形狀互補，且能與活性位點底部的Zn（Ⅱ）配位。而nexturastat A（6）也以異羥肟酸為MBP，是一種選擇性HDAC6抑制劑[9]。如圖4a所示，廣譜抑制劑通常以雙齒配位活性位點的Zn（Ⅱ），羰基氧取代原本酶中與Zn（Ⅱ）結(jié)合水分子。而化合物6的側(cè)鏈較短，在空間上會阻礙異羥肟酸向Zn（Ⅱ）靠近，未取代原本的水分子，僅通過羰基氧原子與Zn（Ⅱ）形成單齒配位。此外，化合物6與HDAC6的L1 loop形成了更好的相互作用，從而揭示了其高選擇性[10]。

另一類有潛力的抗腫瘤金屬酶靶標(biāo)，基質(zhì)金屬蛋白酶家族（matrix metalloproteinase，MMP），主要負責(zé)降解細胞外基質(zhì)中的多種蛋白成分，破壞腫瘤細胞侵襲的組織學(xué)屏障，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵性作用。MMP存在多種亞型，它們之間既有相似的金屬位點特征，也有不同S1′結(jié)合口袋（見圖4b）[11]。例如，化合物7和8包含較復(fù)雜的側(cè)鏈，可作用于擁有較大S1′活性口袋的MMP13[12-13]；與化合物7相比，化合物8的側(cè)鏈更小，對S1′活性口袋稍小的MMP1（含Arg214）也有較好的抑制活性?；衔?和10對S1′口袋較狹窄的MMP9和MMP12有較高的抑制活性（見圖4b）[14-15]。盡管這些抑制劑均含有異羥肟酸，但可根據(jù)MMP亞型S1′口袋特征，研發(fā)具有亞型選擇性的抑制劑。

異羥肟酸也被廣泛用于靶向單核Zn（Ⅱ）依賴的細菌金屬酶，包括肽脫甲?；福≒DF）、乙酰聚胺酰胺水解酶（APAH）和葡糖脫乙?；福↙pxC）等，它們分別在細菌新生多肽中的脫甲?；?、乙酰聚胺的去乙?；椭|(zhì)生物合成途徑中發(fā)揮著重要作用[16-18]。盡管PDF抑制劑11（Ki= 13 nmol · L-1）、APAH抑制劑12（IC50= 0.39 μmol · L-1）和LpxC抑制劑13（IC50= 1.5 nmol · L-1），都是通過異羥肟酸與活性位點Zn（Ⅱ）配位結(jié)合，但骨架結(jié)構(gòu)的不同實現(xiàn)了與靶標(biāo)的選擇性結(jié)合。最近報道的炭疽桿菌致死因子酶（LF）也有異羥肟酸類抑制劑，如化合物14（IC50= 1.7 μmol · L-1）[19]。此外，異羥肟酸也可以靶向其他重要的單核金屬酶靶標(biāo)，例如抗骨性關(guān)節(jié)炎靶點解聚素ADAMTS-5抑制劑15（IC50=106 nmol · L-1），抗類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和銀屑病靶點解聚素ADAM17抑制劑16（Ki= 0.2 nmol · L-1），抗Ⅱ型糖尿病靶點胰島素降解酶（IDE）抑制劑17（Ki= 1.7 nmol · L-1），抗瘧疾靶點M1氨肽酶抑制劑18（Ki= 0.81 μmol · L-1），肉毒桿菌合成的神經(jīng)毒素（BoNT）抑制劑19（Ki= 6.3 μmol · L-1）[20-24]等。異羥肟酸也可作用于雙核Zn（Ⅱ）的酶。例如，抗瘧疾型靶點M17氨肽酶抑制劑20（Ki= 14 nmol · L-1）是通過異羥肟酸與其中一個Zn（Ⅱ）形成雙齒配位，而肟基氧原子與另一個Zn（Ⅱ）形成單齒配位[25]。

盡管異羥肟酸可融入不同骨架結(jié)構(gòu)金屬酶抑制劑，實現(xiàn)對目標(biāo)金屬酶的選擇性，然而部分抑制劑也存在脫靶的風(fēng)險。例如，化合物21既是一種MMP廣譜納摩爾級抑制劑，也對ADAM等其他Zn（Ⅱ）依賴酶有抑制活性[26-31]；化合物22對PDF、ePepN和TldD等不同的金屬酶靶點都具有抑制活性[32-33]。因此，使用異羥肟酸作為MBP設(shè)計抑制劑，也應(yīng)警惕潛在的脫靶效應(yīng)。

2.2 巰基類

巰基也是被廣泛應(yīng)用于靶向金屬酶的MBP，與含Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的金屬酶結(jié)合的報道最多。如前所述，經(jīng)典降血壓藥卡托普利（1）是以巰基為MBP，通過模擬ACE的底物作用，與活性位點Zn（Ⅱ）離子配位結(jié)合，實現(xiàn)對ACE的底物競爭性抑制作用[34]?？ㄍ衅绽直魂懤m(xù)重定位于其它Zn（Ⅱ）依賴的金屬酶，例如白三烯A4水解酶（LTA4H，Ki= 6.0 μmol · L-1）、腦膜炎雙球菌N-琥珀酰-L，L-二氨基庚二酸脫羧酶（NmDapE，Ki= 2.8 μmol · L-1）以及引起β內(nèi)酰胺類抗生素耐藥的金屬β內(nèi)酰胺酶（metallo-β-lactamase，MBL） 如VIMs（verona integron-encoded metallo-β-lactamases）、NDMs（new delhi metallo-β-lactamases）和IMPs（imipenemases）等[35-38]。本課題組曾通過MBP骨架躍遷或藥效團融合策略，獲得了多個卡托普利的類似物作為廣譜的MBL和/或絲氨酸類β內(nèi)酰胺酶（SBL）抑制劑，如化合物23和24[39-41]。也有不少其他報道的廣譜MBL抑制劑中含巰基，如化合物25 ～ 27等[42-44]。與ACE酶活性位點Zn（Ⅱ）結(jié)合不同，MBL抑制劑的巰基取代橋接2個Zn（Ⅱ）的水分子，并與Zn（Ⅱ）發(fā)生配位作用。

近些年報道的許多其他Zn（Ⅱ）依賴的金屬酶抑制劑也包含巰基。例如，與急性胰腺炎、糖尿病炎癥、神經(jīng)疾病和癌癥等疾病相關(guān)的金屬蛋白酶M14家族羧肽酶CPA1亞型抑制劑28（Ki= 94 nmol · L-1）和29（Ki= 56 μmol · L-1）及CPB1抑制劑30（IC50=34 nmol · L-1）和31（Ki= 7 nmol · L-1）均以巰基作為MBP[45-48]。還包括靶向類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)化酶（TACE）的化合物32（Ki= 10 nmol · L-1），靶向心血管疾病及關(guān)節(jié)炎靶標(biāo)中性肽鏈內(nèi)切酶（NEP）的抑制劑33（IC50= 468 μmol · L-1），HDAC6抑制劑34（IC50= 0.05 μmol · L-1）等[49-51]。此外，巰基也被用于作用病原微生物Zn（Ⅱ）依賴金屬酶，例如化合物35（IC50= 0.017 nmol · L-1）作用于梭狀芽孢桿菌分泌的細菌膠原酶（ColH）、化合物36（Ki= 1.2 μmol · L-1）抑制嗜熱菌蛋白酶（TLN）、化合物37（IC50= 6.2 μmol · L-1）靶向銅綠假單胞菌胞外膠原酶彈性酶（LasB）等[52-54]。對TLN抑制劑的研究有助于對其底物催化機制的闡釋，使TLN作為一種實驗工具發(fā)揮其消化肽鏈的作用；ColH和LasB則是典型的致病菌毒性因子，對兩者的抑制劑研究將為抗菌藥物的研發(fā)提供新的思路。

巰基也可與Fe（Ⅱ）依賴酶形成單齒配位結(jié)合。例如，化合物38（Ki= 0.42 μmol · L-1）作為一氧化氮合酶（nNOS）底物精氨酸的類似物，通過巰基與nNOS輔因子亞鐵血紅素中的Fe（Ⅱ）配位使酶失活[55]。化合物39（IC50= 6.5 mmol · L-1）作用于非血紅素鐵酶半胱氨酸雙加氧酶（CDO），通過巰基與Fe（Ⅱ）配位結(jié)合[56]。此外，巰基被用作底物類似物來研究酶的作用機制，如化合物40和41等[57-58]。盡管巰基被廣泛應(yīng)用，但也應(yīng)警惕其脫靶風(fēng)險。

2.3 咪唑類

咪唑也被作為MBP廣泛應(yīng)用于金屬酶抑制劑設(shè)計，主要通過環(huán)上的氮原子與Fe（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等金屬離子形成單齒配位。咪唑在含亞鐵血紅素輔因子的金屬酶（例如P450酶家族、一氧化氮合酶等）抑制劑中最為常見。細胞色素P450酶家族（CYP450）的表達或活性異常是引起肝硬化、膽汁淤積、腫瘤、甲狀腺功能異常等疾病的關(guān)鍵因素，使得CYP450成為了重要的藥物靶標(biāo)。目前已有多種上市的CYP450抑制劑，例如廣譜抗真菌藥物42 ～ 45，廣譜殺菌劑46，2020年美國FDA剛批準(zhǔn)的治療庫欣氏綜合征的孤兒藥osilodrostat（47），抗雌激素依賴性乳腺癌藥物fadrozole（48）及調(diào)節(jié)體內(nèi)組胺合成與釋放的藥物thioperamide（49）等，它們幾乎都是以咪唑為MBP，與輔因子亞鐵血紅素的Fe（Ⅱ）形成配位作用[59-65]。一氧化氮合酶（NOS）也是一種以亞鐵血紅素為輔因子，催化精氨酸生成NO的二聚酶，共有nNOS、iNOS和eNOS 3種亞型，分別在神經(jīng)退行性疾病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、高血壓和動脈粥樣硬化等心血管疾病的發(fā)展過程中起重要作用。多種報道的NOS抑制劑是以咪唑為MBP與Fe（Ⅱ）配位。例如nNOS抑制劑50（Ki= 0.359 μmol · L-1）和eNOS抑制劑51（Ki= 15.4 μmol · L-1），兩者的結(jié)合模式相似，都是通過亞氨基與亞鐵血紅素形成氫鍵作用，從而固定側(cè)鏈結(jié)構(gòu)疏水末端的方向，使其結(jié)合于活性位點的疏水區(qū)域，達到高活性和高選擇性[66]。而iNOS抑制劑52（IC50= 0.29 nmol · L-1），其活性抑制機制則是破壞了活性位點結(jié)構(gòu)中7α螺旋的折疊，導(dǎo)致底物無法正常結(jié)合[67]。在MBP配位Fe（Ⅱ）的基礎(chǔ)上，根據(jù)活性位點特征和底物結(jié)合機制，修飾側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，是有效提高NOS抑制劑選擇性的策略。

以咪唑作為MBP的化合物也可作用于其他含F(xiàn)e（Ⅱ）的金屬酶，如抗腫瘤靶點血紅素氧合酶-1（HO-1）（53，IC50= 0.94 μmol · L-1）[68]和抗貧血靶點脯氨酸羥化酶域蛋白PHD2（54，pIC50= 7.8）[69]。咪唑也可以與其他金屬配位結(jié)合，如Zn（Ⅱ）等。阿爾茨海默病相關(guān)的谷氨酰胺?；h(huán)化酶（QC）、支氣管哮喘和肺炎相關(guān)的亞硝基化谷胱甘肽還原酶（S-nitrosoglutathione reductase，GSNOR）和血栓形成相關(guān)的血漿羧肽酶B（CPB）均為Zn（Ⅱ）依賴酶。它們對應(yīng)的抑制劑55（Ki= 101.3 nmol · L-1），56（IC50= 20 nmol · L-1）和57（Ki= 10 nmol · L-1）均含有咪唑結(jié)構(gòu)，但三者在側(cè)鏈結(jié)構(gòu)上截然不同，從而適應(yīng)于目標(biāo)蛋白的結(jié)構(gòu)特征[70-72]。

2.4 兒茶酚類

兒茶酚類結(jié)構(gòu)廣泛存在于天然產(chǎn)物中，可作為MBP通過苯環(huán)上2個鄰位羥基與金屬形成雙齒配位。例如，兒茶酚氧位甲基轉(zhuǎn)移酶（COMT）作為Mg（Ⅱ）依賴酶，通過催化S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的甲基向兒茶酚類化合物羥基上轉(zhuǎn)移來促進兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝，故其相關(guān)抑制劑可作為左旋多巴/多巴脫羧酶抑制劑的輔助治療帕金森病的藥物。目前已上市的抑制劑藥物tolcapone（58）、entacapone（59）和opicapone（60）等均含有兒茶酚結(jié)構(gòu)[73]，與Mg（Ⅱ）形成雙齒配位。后來發(fā)展的高活性COMT抑制劑61（Ki= 6.0 nmol · L-1）[74]主要占據(jù)兒茶酚底物結(jié)合位點（見圖5a），而62（Ki= 5 nmol · L-1）[75]則既占據(jù)兒茶酚位點又同時占據(jù)SAM結(jié)合位點（見圖5b），從而實現(xiàn)了雙底物的競爭抑制作用；兩者均是通過兒茶酚與Mg（Ⅱ）螯合，說明了MBP在COMT抑制劑中的重要性。

兒茶酚作為MBP也可以與內(nèi)二醇雙加氧酶（iCTDs）[以Fe（Ⅲ）為輔因子]和外二醇雙加氧基酶（eCTDs）[以Fe（Ⅱ）為輔因子]進行配位結(jié)合。通過分析不同的兒茶酚底物與酶活性位點Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）的結(jié)合特征，來識別此類酶在識別不同底物時所涉及的特異性殘基，明確酶特異性作用的分子基礎(chǔ)。例如，iCTDs 2種亞型的抑制劑：兒茶酚-1，2-雙加氧酶（1，2-CTD）抑制劑63（Ki= 0.02 μmol · L-1）與4-氯兒茶酚-1，2-雙加氧酶（4-CCD）抑制劑64（Ki=86 μmol · L-1）均為底物競爭性抑制劑，通過與底物競爭取代金屬配位的酪氨酸，與Fe（Ⅲ）形成雙齒配位達到酶活性抑制作用[76-77]。許多人體內(nèi)源性物質(zhì)也包含兒茶酚結(jié)構(gòu),例如，類固醇代謝物兒茶酚雌激素65（IC50= 2 μmol · L-1）作用于與腫瘤、心血管疾病相關(guān)的腺苷酸環(huán)化酶（AC），主要通過兒茶酚與活性位點Mg（Ⅱ）的結(jié)合使酶活性位點構(gòu)象改變而失去活性[78]；又如，內(nèi)源性活性物質(zhì)兒茶酚胺類多巴胺（66）、腎上腺素（67）和去甲腎上腺素（68）等，在體內(nèi)作用于人類非血紅素Fe（Ⅱ）酶苯丙氨酸羥化酶（hPheOH），通過與活性位點Fe（Ⅱ）進行雙齒配位，達到與底物L(fēng)-苯丙氨酸的競爭性抑制作用[79]。

兒茶酚類及衍生物也可與Mn（Ⅱ）依賴酶進行配位結(jié)合。如近年來報道的流感病毒聚合酶PA亞基具有核酸內(nèi)切酶的功能，其抑制劑69（IC50= 8.7 μmol · L-1）和70（IC50= 8.3 μmol · L-1）可用于抗病毒治療[80-81]；新型抗生素開發(fā)靶點甲硫氨酸氨肽酶（MetAP）抑制劑71（IC50= 55.7 μmol · L-1）[82]。兒茶酚類還可作用于Zn（Ⅱ）依賴酶，如治療骨質(zhì)疏松癥靶點乙二醛酶1（GLO1）的抑制劑72（Ki= 0.23 μmol · L-1）和73（Ki= 0.183 μmol · L-1）[83-84]。

2.5 吡啶類

吡啶是一個被廣泛使用的MBP，目前已有多種報道的金屬酶抑制劑包含該MBP。吡啶通過其環(huán)上的氮原子與金屬離子，如Fe（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）等形成配位作用，其中與Fe（Ⅱ）形成單齒配位最為常見。與咪唑類似，吡啶為MBP的抑制劑與血紅素Fe（Ⅱ）配位結(jié)合抑制CYP450酶活性，如化合物74 ～ 79[85-91]。作為阿爾茨海默病、腦缺血、白血病、前列腺癌等多種疾病的潛在藥物作用靶標(biāo)，組蛋白去甲基化酶（KDM）家族蛋白，以Fe（Ⅱ）和α-酮戊二酸為輔因子報道的抑制劑中也有以吡啶作為MBP。例如，KDM4A抑制劑80、KDM4D抑制劑81、KDM5A抑制劑82和KDM6B抑制劑83等[92-94]。這些抑制劑除了與Fe（Ⅱ）形成配位作用以外，還會與活性位點的2個關(guān)鍵氨基酸：賴氨酸/酪氨酸（Lys/Tyr）形成氫鍵相互作用，主要模擬了α-酮戊二酸的作用模式；同時，還可以通過側(cè)鏈取代基實現(xiàn)亞型選擇性。

吡啶也可與Zn（Ⅱ）依賴酶配位結(jié)合。例如，存在于惡性瘧原蟲和許多革蘭陰性菌中的2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-2，4-環(huán)焦磷酸合成酶（IspF）是一種廣譜抗菌靶標(biāo)，其抑制劑84（平衡解離常數(shù)KD= 180 μmol · L-1）[95]的吡啶環(huán)與Zn（Ⅱ）離子形成單齒配位，四氫呋喃上的2個取代羥基分別與60位甘氨酸（Gly60）和58位天冬氨酸（Asp58）形成氫鍵。又如，抗消化系統(tǒng)惡性腫瘤靶標(biāo)乙醇脫氫酶（ADH）的抑制劑85（Ki= 4 nmol · L-1）[96]，同樣也是吡啶環(huán)配位結(jié)合Zn（Ⅱ），其他基團與活性位點的多個關(guān)鍵氨基酸形成氫鍵，從而達到高抑制活性。以上情況說明，吡啶作為金屬結(jié)合藥效基團，與氫鍵、電荷中心等其他藥效基團有機結(jié)合，充分與活性位點特征互補來體現(xiàn)靶標(biāo)特異性，實現(xiàn)亞型選擇性，也提示含吡啶的非金屬酶抑制劑也可作為未來藥物重定位金屬酶的一種可能的選擇。

3 結(jié)語與展望

作為靶向金屬酶的關(guān)鍵藥效基團，MBP既涉及到目標(biāo)作用靶標(biāo)的結(jié)合能力，也關(guān)系到金屬酶選擇性和成藥性，是靶向金屬酶藥物發(fā)現(xiàn)的重要著力點。部分經(jīng)典的MBP，如異羥肟酸和咪唑等，已被當(dāng)作藥物發(fā)現(xiàn)和藥理作用研究的優(yōu)勢骨架。而大量MBP尚未被充分應(yīng)用于金屬酶抑制劑，但作為連接不同金屬酶或金屬離子的重要紐帶，具有某些共同特征，或可為未來金屬酶抑制劑的設(shè)計提供更多思路和靈感。值得注意的是，有些化學(xué)結(jié)構(gòu)可能包含多個MBP，且非特異性地作用于多種金屬酶；這些化學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)被甄別，甚至標(biāo)識為警戒結(jié)構(gòu)，以避免產(chǎn)生雜泛性化合物。雖然目前報道的MBP數(shù)目和多樣性仍十分有限，無法滿足多樣化金屬酶抑制劑設(shè)計的需求，但可利用藥效特征比對、片段搜索等手段拓展MBP化學(xué)空間，為靶向金屬酶的藥物發(fā)現(xiàn)提供更多樣化的藥效片段。此外，也有許多金屬酶抑制劑并不涉及到直接金屬配位作用，而是與活性位點錨定殘基和其他重要殘基形成關(guān)鍵相互作用；這樣的非金屬結(jié)合型抑制劑對同源金屬酶或可表現(xiàn)出較高的選擇性，也是現(xiàn)在靶向金屬酶抑制劑研究的一個重要方向。盡管MBP不是金屬酶抑制劑設(shè)計的唯一策略，但通過對MBP的總結(jié)和拓展，將有利于靶向金屬酶創(chuàng)新藥物的高效研發(fā)。