独家原创|靶向金属酶的金属结合药效基团研究进展

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专家介绍：李国菠

2014 年博士毕业于四川大学药物化学专业，2014—2016 年先后在四川大学和牛津大学从事博士后研究。2016 年 10 月加入四川大学华西药学院工作，现任药物化学系副教授，硕士生导师、博士生导师，主要从事药物设计、药物化学及化学生物学等研究，在药物设计新方法、靶向金属酶的创新药物发现等方向取得了重要研究进展。主持了国家自然科学基金面上项目、青年项目、四川省国际合作项目等多项科研项目，以第一或通讯作者在 J Med Chem、Chem Sci、Med Res Rev、Bioinformatics、J Chem Inf Model、Eur J Med Chem 等期刊发表 SCI 论文 30 余篇，已获授权国家发明专利 3 项，获授权计算机软件著作权 5 项。曾获教育部自然科学一等奖、四川省科技进步奖一等奖等。

正文

靶向金属酶的金属结合药效基团研究进展

李根，宁香丽，李国菠 *

（四川大学华西药学院药物化学系，四川成都 610041）

[摘要] 金属酶广泛存在于各种生物体，与人类疾病发生发展密切相关，是一大类重要的药物作用靶标。尽管已有若干靶向金属酶抑制剂批准用于临床，但大多数金属酶还缺乏特异性药物分子或尚未开发，靶向金属酶的创新药物研究仍然是目前重要研究领域之一。鉴于金属酶活性位点含金属离子的特殊性，金属酶抑制剂通常包含与活性位点金属离子形成配位的金属结合药效基团（MBP）。通过对挖掘的 MBP 数据进行归类总结，列举部分经典与少见的 MBP 类型，并分析异羟肟酸类、巯基类、咪唑类、儿茶酚类和吡啶类MBP 对金属酶的选择性和杂泛性，期望能为靶向金属酶的创新药物研究提供线索和借鉴。

金属酶是指活性位点含有一个或多个功能必需的金属离子的酶，自然界中约 1/3 的酶可被归类为金属酶。金属酶广泛存在于人体，在包括信号转导、表观遗传调节、免疫调节、蛋白质分子合成降解等几乎所有生命过程中都发挥着重要作用，其过量表达或活性异常往往会引起人类疾病的发生发展。也有部分金属酶存在于病毒、细菌等病原微生物中，是引发感染性疾病的关键因素。随着人们对金属酶在疾病中角色的认识不断加深，金属酶被作为一大类有潜力的药物作用靶标，成为了创新药物研发的重要领域之一。截至目前，已有超过 60 种靶向金属酶的小分子抑制剂获得美国 FDA 的批准，用于肿瘤、心血管、皮肤炎症、哮喘、病毒感染等疾病的治疗。目前还有大量针对新验证金属酶靶标的抑制剂正处于临床前和临床开发阶段。尽管靶向金属酶药物研发取得了一定研究进展，但目前成功开发的金属酶靶标与实际具有药理活性的金属酶靶标的数量仍相差甚远，这不仅说明了靶向金属酶的药物研发还有巨大空间，也反映了特异性靶向金属酶的药物研究难度较大，还可能存在一定的知识缺口。

由于金属酶的含金属离子活性位点的特殊性，金属酶小分子抑制剂通常会涉及与活性位点金属离子的作用，例如，与金属离子配位结合，剥离金属离子，置换金属离子或破坏金属离子结合位点等。现有大多数靶向金属酶的药物分子都包含与活性位点金属离子形成配位结合的化学骨架或片段，本文将其称为金属结合药效基团（metalbinding pharmacophore，MBP）。例如，1981 年美国 FDA 批准上市的卡托普利（1），通过其巯基作为 MBP，与血管紧张素转化酶（ACE）活性位点 Zn（Ⅱ）形成配位结合，抑制其催化活性（见图 1a）。又如，抗皮疹含硼原子药物 crisaborole于 2016 年 12 月被美国 FDA 批准上市，该药物是一个新型的非甾类磷酸二酯酶 4（PDE-4）抑制剂，其环硼酸酯为关键 MBP，其类似物为 AN2898（2），其与 PDE-4 的作用模式（PDB ID：3O0J）（见图 1b）。一方面环硼酸酯会与 PDE-4 活性位点 Zn（Ⅱ）和 Mg（Ⅱ）配位结合，另一方面其硼原子也会受到 Zn（Ⅱ）激化的具有亲核能力的水分子进攻，从而使硼原子由 sp2 杂化转变为 sp3 杂化（见图 1b）。由此可见，MBP 对金属酶抑制剂的结合起着十分关键的作用。

MBP 作为靶向金属酶的关键药效团，在药物分子设计时，既要考虑其对目标作用靶标的结合能力，又要考虑对其他金属酶的选择性，因而对 MBP 的选择显得尤为重要。尽管已经有许多文章提及 MBP的重要作用，也总结了一些常见的 MBP，例如异羟肟酸、羧酸、硫醇等，但鲜有关于 MBP 的较全面分析和总结。本文对本课题组挖掘的 MBP 数据进行了归类总结，列举了部分经典与少见的 MBP，分析了对金属酶的选择性和杂泛性，期望能为靶向金属酶的药物研发提供线索和借鉴。

1 金属结合药效基团

为了较全面地总结金属结合药效基团，我们筛选并分析了 PDB 数据库中 6 590 个金属酶-配体复合物结构（截至 2020 年 1 月 1 日），共涉及到1 480 余种金属蛋白酶和 3 860 余种小分子配体。通过观察有 4 272 个复合物（约 65%）的小分子配体与活性位点金属离子形成配位作用；通过挖掘这些复合物结构中参与金属配位作用的药效基团片段，即 MBP，总结出 485 种不同结构的 MBP。这些 MBP 中参与金属配位的极性原子，主要包括 O、N、S、C 和 F 原子等，其中 O 和 N 最为常见，分别占 58.03% 和 34.31%（见图 2a）。不同极性原子参与配位的金属离子种类也存在差异。O 和 N 原子可与绝大多数金属酶中的金属离子形成配位作用；与 S 原子配位的金属离子种类也较多，主要集中在Zn（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等；也有少数 MBP 通过 C、F 和 Se 原子参与金属离子配位，但结合的金属离子种类很少（见图 2b）。在所有 MBP 配位的金属离子的分布中，Zn（Ⅱ）和 Mn（Ⅱ）是最多的，两者超过了总数的一半；与 Fe（Ⅱ）和 Mg（Ⅱ）的配位也很常见，分别占 14.47% 和14.26%；其他比较少见的金属离子，如 Ca（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Na（Ⅰ）、Cu（Ⅱ）等，约占总数的 20%（见图 2c）。

根据与金属离子配位方式，我们观察到大多数MBP 是以单齿或双齿的方式与金属离子配位。其中单齿 MBP 有 274 个（占 56.49%），双齿 MBP 有196个（占40.41%），而多齿MBP仅有15个（3.09%）。图 3 列举了一些具有代表性的单齿和双齿 MBP。通过分析 MBP 与其作用金属酶关系，发现有 206 个MBP（42.47%）可与 2 个以上金属酶靶点结合，有 75 个 MBP 与 5 个以上的金属酶作用。这反映了MBP 可作为连接不同金属酶之间的重要纽带，也说明了不同金属酶抑制剂的MBP可以相互借鉴。另外，我们还关注到，有 36 种 MBP 可与 10 种以上的金属酶结合，其中单磷酸、二磷酸和异羟肟酸这 3 种MBP 可作用于百余种金属酶（见图 2d）。MBP 与金属酶靶点之间的对应关系，启示我们在金属酶的抑制剂设计过程中，可参考已有的配位模式来选择合理的、有效的 MBP，但同时也要警惕可作用于多靶点的 MBP 带来的杂泛性和干扰性。

此外，通过分析这些 MBP 与金属酶活性位点的作用模式，我们发现 MBP 与金属离子形成配位结合时也需要恰当的距离、方向和角度，类似于氢键特征。这些 MBP 作为靶向金属酶的一个关键的药效基团，在药物设计时，具有很好的参考价值。为了更好分享这些信息，我们曾搭建了一个免费在线服务平台，称作 MeLAD（https://melad.ddtmlab.org），支持综合信息查询和可视化查看 MBP 及关联信息。该平台开放以来，受到了全球超过 30 个国家研究人员的使用和关注，并得到了积极的反馈。我们将持续更新数据，完善功能，使 MeLAD 更有助于靶向金属酶的药物发现。

2 金属结合药效基团的选择性与杂泛性

2.1 异羟肟酸类

异羟肟酸是金属酶抑制剂中最常见的 MBP 之一，通常由其羰基和肟基氧原子与活性位点金属离子，如 Zn（Ⅱ）、Mg（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）等，形成双齿配位作用。例如，已上市抗肿瘤药物vorinostat（3）、belinostat（4）和 panobinostat（5）均为广谱组蛋白脱乙酰酶（histone deacetylases，HDAC）抑制剂，包含链状异羟肟酸，与 HDAC 狭长活性位点形状互补，且能与活性位点底部的 Zn（Ⅱ）配位。而 nexturastat A（6）也以异羟肟酸为MBP，是一种选择性HDAC6抑制剂。如图4a所示，广谱抑制剂通常以双齿配位活性位点的 Zn（Ⅱ），羰基氧取代原本酶中与 Zn（Ⅱ）结合水分子。而化合物 6 的侧链较短，在空间上会阻碍异羟肟酸向 Zn（Ⅱ）靠近，未取代原本的水分子，仅通过羰基氧原子与 Zn（Ⅱ）形成单齿配位。此外，化合物 6 与HDAC6 的 L1 loop 形成了更好的相互作用，从而揭示了其高选择性。

另一类有潜力的抗肿瘤金属酶靶标，基质金属蛋白酶家族（matrix metalloproteinase，MMP），主要负责降解细胞外基质中的多种蛋白成分，破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中起关键性作用。MMP 存在多种亚型，它们之间既有相似的金属位点特征，也有不同 S1′ 结合口袋（见图 4b）。例如，化合物 7 和 8 包含较复杂的侧链，可作用于拥有较大 S1′ 活性口袋的 MMP13；与化合物 7 相比，化合物 8 的侧链更小，对 S1′ 活性口袋稍小的 MMP1（含 Arg214）也有较好的抑制活性。化合物 9 和 10 对 S1′ 口袋较狭窄的 MMP9 和MMP12 有较高的抑制活性（见图 4b）。尽管这些抑制剂均含有异羟肟酸，但可根据 MMP 亚型 S1′口袋特征，研发具有亚型选择性的抑制剂。

异羟肟酸也被广泛用于靶向单核 Zn（Ⅱ）依赖的细菌金属酶，包括肽脱甲酰基酶（PDF）、乙酰聚胺酰胺水解酶（APAH）和葡糖脱乙酰基酶（LpxC）等，它们分别在细菌新生多肽中的脱甲酰基化、乙酰聚胺的去乙酰化和脂质生物合成途径中发挥着重要作用。尽管 PDF 抑制剂 11（Ki=13 nmol·L^-1）、APAH 抑制剂 12（IC50 = 0.39 μmol·L^-1）和 LpxC 抑制剂 13（IC50 = 1.5 nmol· L^-1），都是通过异羟肟酸与活性位点 Zn（Ⅱ）配位结合，但骨架结构的不同实现了与靶标的选择性结合。最近报道的炭疽杆菌致死因子酶（LF）也有异羟肟酸类抑制剂，如化合物 14（IC50 = 1.7 μmol· L^-1）。此外，异羟肟酸也可以靶向其他重要的单核金属酶靶标，例如抗骨性关节炎靶点解聚素 ADAMTS-5 抑制剂 15（IC50 =106 nmol·L^-1），抗类风湿性关节炎和银屑病靶点解聚素 ADAM17 抑制剂 16（Ki = 0.2 nmol · L^-1），抗Ⅱ型糖尿病靶点胰岛素降解酶（IDE）抑制剂 17（Ki = 1.7 nmol· L^-1），抗疟疾靶点 M1 氨肽酶抑制剂 18（Ki = 0.81 μmol· L^-1），肉毒杆菌合成的神经毒素（BoNT）抑制剂 19（Ki=6.3 μmol·L^-1）等。异羟肟酸也可作用于双核 Zn（Ⅱ）的酶。例如，抗疟疾型靶点 M17 氨肽酶抑制剂 20（Ki=14 nmol·L^-1）是通过异羟肟酸与其中一个 Zn（Ⅱ）形成双齿配位，而肟基氧原子与另一个 Zn（Ⅱ）形成单齿配位。

尽管异羟肟酸可融入不同骨架结构金属酶抑制剂，实现对目标金属酶的选择性，然而部分抑制剂也存在脱靶的风险。例如，化合物 21 既是一种 MMP 广谱纳摩尔级抑制剂，也对 ADAM 等其他 Zn（Ⅱ）依赖酶有抑制活性；化合物 22 对PDF、ePepN 和 TldD 等不同的金属酶靶点都具有抑制活性。因此，使用异羟肟酸作为 MBP 设计抑制剂，也应警惕潜在的脱靶效应。

2.2 巯基类

巯基也是被广泛应用于靶向金属酶的 MBP，与含 Zn（Ⅱ）和 Fe（Ⅱ）的金属酶结合的报道最多。如前所述，经典降血压药卡托普利（1）是以巯基为MBP，通过模拟 ACE 的底物作用，与活性位点 Zn（Ⅱ）离子配位结合，实现对 ACE 的底物竞争性抑制作用。卡托普利又被陆续重定位于其它 Zn（Ⅱ）依赖的金属酶，例如白三烯 A4 水解酶（LTA4H，Ki= 6.0 μmol· L-1）、脑膜炎双球菌 N-琥珀酰-L，L-二氨基庚二酸脱羧酶（NmDapE，Ki = 2.8 μmol· L-1）以及引起 β 内酰胺类抗生素耐药的金属 β 内酰胺酶（metallo-β-lactamase，MBL）如 VIMs（veronaintegron-encoded metallo-β-lactamases）、NDMs（newdelhi metallo-β-lactamases）和 IMPs（imipenemases）等。本课题组曾通过 MBP 骨架跃迁或药效团融合策略，获得了多个卡托普利的类似物作为广谱的 MBL 和 / 或丝氨酸类 β 内酰胺酶（SBL）抑制剂，如化合物 23 和 24。也有不少其他报道的广谱MBL 抑制剂中含巯基，如化合物 25 ~ 27 等。与 ACE 酶活性位点 Zn（Ⅱ）结合不同，MBL 抑制剂的巯基取代桥接 2 个 Zn（Ⅱ）的水分子，并与Zn（Ⅱ）发生配位作用。

近些年报道的许多其他 Zn（Ⅱ）依赖的金属酶抑制剂也包含巯基。例如，与急性胰腺炎、糖尿病炎症、神经疾病和癌症等疾病相关的金属蛋白酶 M14家族羧肽酶 CPA1 亚型抑制剂 28（Ki=94 nmol·L^-1）和 29（Ki=56 μmol·L^-1）及 CPB1 抑制剂 30（IC50=34 nmol·L^-1）和 31（Ki=7 nmol·L^-1）均以巯基作为MBP 。还包括靶向类风湿性关节炎肿瘤坏死因子α 转化酶（TACE）的化合物 32（Ki=10 nmol·L^-1），靶向心血管疾病及关节炎靶标中性肽链内切酶（NEP）的抑制剂 33（IC50=468 μmol·L^-1），HDAC6 抑制剂34（IC50=0.05 μmol·L^-1）等。此外，巯基也被用于作用病原微生物 Zn（Ⅱ）依赖金属酶，例如化合物 35（IC50 = 0.017 nmol · L^-1）作用于梭状芽孢杆菌分泌的细菌胶原酶（ColH）、化合物 36（Ki = 1.2μmol · L^-1）抑制嗜热菌蛋白酶（TLN）、化合物37（IC50 = 6.2 μmol · L^-1）靶向铜绿假单胞菌胞外胶原酶弹性酶（LasB）等。对 TLN 抑制剂的研究有助于对其底物催化机制的阐释，使 TLN 作为一种实验工具发挥其消化肽链的作用；ColH 和 LasB 则是典型的致病菌毒性因子，对两者的抑制剂研究将为抗菌药物的研发提供新的思路。

巯基也可与 Fe（Ⅱ）依赖酶形成单齿配位结合。例如，化合物 38（Ki = 0.42 μmol· L^-1）作为一氧化氮合酶（nNOS）底物精氨酸的类似物，通过巯基与nNOS 辅因子亚铁血红素中的 Fe（Ⅱ）配位使酶失活。化合物 39（IC50=6.5 mmol·L^-1）作用于非血红素铁酶半胱氨酸双加氧酶（CDO），通过巯基与Fe（Ⅱ）配位结合。此外，巯基被用作底物类似物来研究酶的作用机制，如化合物 40 和 41 等。尽管巯基被广泛应用，但也应警惕其脱靶风险。

2.3 咪唑类

咪唑也被作为 MBP 广泛应用于金属酶抑制剂设计，主要通过环上的氮原子与 Fe（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等金属离子形成单齿配位。咪唑在含亚铁血红素辅因子的金属酶（例如 P450 酶家族、一氧化氮合酶等）抑制剂中最为常见。细胞色素 P450酶家族（CYP450）的表达或活性异常是引起肝硬化、胆汁淤积、肿瘤、甲状腺功能异常等疾病的关键因素，使得 CYP450 成为了重要的药物靶标。目前已有多种上市的 CYP450 抑制剂，例如广谱抗真菌药物42 ~ 45，广谱杀菌剂 46，2020 年美国 FDA 刚批准的治疗库欣氏综合征的孤儿药 osilodrostat（47），抗雌激素依赖性乳腺癌药物 fadrozole（48）及调节体内组胺合成与释放的药物 thioperamide（49）等，它们几乎都是以咪唑为 MBP，与辅因子亚铁血红素的 Fe（Ⅱ）形成配位作用。一氧化氮合酶（NOS）也是一种以亚铁血红素为辅因子，催化精氨酸生成NO 的二聚酶，共有 nNOS、iNOS 和 eNOS 3 种亚型，分别在神经退行性疾病、类风湿关节炎、高血压和动脉粥样硬化等心血管疾病的发展过程中起重要作用。多种报道的 NOS 抑制剂是以咪唑为 MBP 与 Fe（Ⅱ）配位。例如 nNOS 抑制剂 50（Ki =0.359 μmol·L^-1）和 eNOS 抑制剂 51（Ki = 15.4 μmol· L^-1），两者的结合模式相似，都是通过亚氨基与亚铁血红素形成氢键作用，从而固定侧链结构疏水末端的方向，使其结合于活性位点的疏水区域，达到高活性和高选择性。而 iNOS 抑制剂 52（IC50 = 0.29 nmol·L^-1），其活性抑制机制则是破坏了活性位点结构中 7α 螺旋的折叠，导致底物无法正常结合。在MBP配位Fe（Ⅱ）的基础上，根据活性位点特征和底物结合机制，修饰侧链结构，是有效提高 NOS 抑制剂选择性的策略。

以咪唑作为 MBP 的化合物也可作用于其他含Fe（Ⅱ）的金属酶，如抗肿瘤靶点血红素氧合酶-1（HO-1）（53，IC50 =0.94 μmol·L^-1）和抗贫血靶点脯氨酸羟化酶域蛋白 PHD2（54，pIC50 =7.8）。咪唑也可以与其他金属配位结合，如 Zn（Ⅱ）等。阿尔茨海默病相关的谷氨酰胺酰基环化酶（QC）、支气管哮喘和肺炎相关的亚硝基化谷胱甘肽还原酶（S-nitrosoglutathione reductase，GSNOR）和血栓形成相关的血浆羧肽酶 B（CPB）均为 Zn（Ⅱ）依赖酶。它们对应的抑制剂 55（Ki = 101.3 nmol·L^-1），56（IC50 =20 nmol·L^-1）和 57（Ki=10 nmol·L^-1）均含有咪唑结构，但三者在侧链结构上截然不同，从而适应于目标蛋白的结构特征。

2.4 儿茶酚类

儿茶酚类结构广泛存在于天然产物中，可作为MBP通过苯环上2个邻位羟基与金属形成双齿配位。例如，儿茶酚氧位甲基转移酶（COMT）作为Mg（Ⅱ）依赖酶，通过催化 S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的甲基向儿茶酚类化合物羟基上转移来促进儿茶酚胺类神经递质的代谢，故其相关抑制剂可作为左旋多巴/多巴脱羧酶抑制剂的辅助治疗帕金森病的药物。目前已上市的抑制剂药物 tolcapone（58）、entacapone（59）和opicapone（60）等均含有儿茶酚结构，与 Mg（Ⅱ）形成双齿配位。后来发展的高活性 COMT 抑制剂61（Ki = 6.0 nmol·L^-1）主要占据儿茶酚底物结合位点（见图 5a），而 62（Ki = 5 nmol·L^-1）则既占据儿茶酚位点又同时占据 SAM 结合位点（见图5b），从而实现了双底物的竞争抑制作用；两者均是通过儿茶酚与 Mg（Ⅱ）螯合，说明了 MBP 在COMT 抑制剂中的重要性。

儿茶酚作为 MBP 也可以与内二醇双加氧酶（iCTDs）[ 以 Fe（Ⅲ）为辅因子 ] 和外二醇双加氧基酶（eCTDs）[ 以 Fe（Ⅱ）为辅因子 ] 进行配位结合。通过分析不同的儿茶酚底物与酶活性位点 Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）的结合特征，来识别此类酶在识别不同底物时所涉及的特异性残基，明确酶特异性作用的分子基础。例如，iCTDs 2 种亚型的抑制剂：儿茶酚-1，2-双加氧酶（1，2-CTD）抑制剂 63（Ki =0.02 μmol·L^-1）与4-氯儿茶酚-1，2-双加氧酶（4-CCD）抑制剂 64（Ki =86 μmol·L^-1）均为底物竞争性抑制剂，通过与底物竞争取代金属配位的酪氨酸，与 Fe（Ⅲ）形成双齿配位达到酶活性抑制作用。许多人体内源性物质也包含儿茶酚结构 , 例如，类固醇代谢物儿茶酚雌激素65（IC50=2 μmol·L^-1）作用于与肿瘤、心血管疾病相关的腺苷酸环化酶（AC），主要通过儿茶酚与活性位点 Mg（Ⅱ）的结合使酶活性位点构象改变而失去活性；又如，内源性活性物质儿茶酚胺类多巴胺（66）、肾上腺素（67）和去甲肾上腺素（68）等，在体内作用于人类非血红素 Fe（Ⅱ）酶苯丙氨酸羟化酶（hPheOH），通过与活性位点 Fe（Ⅱ）进行双齿配位，达到与底物L-苯丙氨酸的竞争性抑制作用。

儿茶酚类及衍生物也可与 Mn（Ⅱ）依赖酶进行配位结合。如近年来报道的流感病毒聚合酶 PA亚基具有核酸内切酶的功能，其抑制剂 69（IC50=8.7μmol·L^-1）和 70（IC50 =8.3 μmol·L^-1）可用于抗病毒治疗；新型抗生素开发靶点甲硫氨酸氨肽酶（MetAP）抑制剂 71（IC50=55.7 μmol·L^-1）。儿茶酚类还可作用于 Zn（Ⅱ）依赖酶，如治疗骨质疏松症靶点乙二醛酶1（GLO1）的抑制剂72（Ki=0.23 μmol·L^-1）和 73（Ki=0.183 μmol·L^-1）。

2.5 吡啶类

吡啶是一个被广泛使用的 MBP，目前已有多种报道的金属酶抑制剂包含该 MBP。吡啶通过其环上的氮原子与金属离子，如 Fe（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）等形成配位作用，其中与 Fe（Ⅱ）形成单齿配位最为常见。与咪唑类似，吡啶为 MBP 的抑制剂与血红素 Fe（Ⅱ）配位结合抑制 CYP450 酶活性，如化合物 74 ~ 79 。作为阿尔茨海默病、脑缺血、白血病、前列腺癌等多种疾病的潜在药物作用靶标，组蛋白去甲基化酶（KDM）家族蛋白，以 Fe（Ⅱ）和 α-酮戊二酸为辅因子报道的抑制剂中也有以吡啶作为 MBP。例如，KDM4A 抑制剂 80、KDM4D 抑制剂 81、KDM5A 抑制剂 82 和 KDM6B 抑制剂 83等。这些抑制剂除了与 Fe（Ⅱ）形成配位作用以外，还会与活性位点的 2 个关键氨基酸：赖氨酸/酪氨酸（Lys/Tyr）形成氢键相互作用，主要模拟了 α酮戊二酸的作用模式；同时，还可以通过侧链取代基实现亚型选择性。

吡啶也可与 Zn（Ⅱ）依赖酶配位结合。例如，存在于恶性疟原虫和许多革兰阴性菌中的 2-C- 甲基-D- 赤藓糖醇-2，4-环焦磷酸合成酶（IspF）是一种广谱抗菌靶标，其抑制剂 84（平衡解离常数 KD = 180μmol·L^-1）的吡啶环与 Zn（Ⅱ）离子形成单齿配位，四氢呋喃上的 2 个取代羟基分别与 60 位甘氨酸（Gly60）和 58 位天冬氨酸（Asp58）形成氢键。又如，抗消化系统恶性肿瘤靶标乙醇脱氢酶（ADH）的抑制剂 85（Ki = 4 nmol·L^-1），同样也是吡啶环配位结合 Zn（Ⅱ），其他基团与活性位点的多个关键氨基酸形成氢键，从而达到高抑制活性。以上情况说明，吡啶作为金属结合药效基团，与氢键、电荷中心等其他药效基团有机结合，充分与活性位点特征互补来体现靶标特异性，实现亚型选择性，也提示含吡啶的非金属酶抑制剂也可作为未来药物重定位金属酶的一种可能的选择。

3 结语与展望

作为靶向金属酶的关键药效基团，MBP 既涉及到目标作用靶标的结合能力，也关系到金属酶选择性和成药性，是靶向金属酶药物发现的重要着力点。部分经典的 MBP，如异羟肟酸和咪唑等，已被当作药物发现和药理作用研究的优势骨架。而大量MBP 尚未被充分应用于金属酶抑制剂，但作为连接不同金属酶或金属离子的重要纽带，具有某些共同特征，或可为未来金属酶抑制剂的设计提供更多思路和灵感。值得注意的是，有些化学结构可能包含多个 MBP，且非特异性地作用于多种金属酶；这些化学结构应被甄别，甚至标识为警戒结构，以避免产生杂泛性化合物。虽然目前报道的 MBP 数目和多样性仍十分有限，无法满足多样化金属酶抑制剂设计的需求，但可利用药效特征比对、片段搜索等手段拓展 MBP 化学空间，为靶向金属酶的药物发现提供更多样化的药效片段。此外，也有许多金属酶抑制剂并不涉及到直接金属配位作用，而是与活性位点锚定残基和其他重要残基形成关键相互作用；这样的非金属结合型抑制剂对同源金属酶或可表现出较高的选择性，也是现在靶向金属酶抑制剂研究的一个重要方向。尽管 MBP 不是金属酶抑制剂设计的唯一策略，但通过对 MBP 的总结和拓展，将有利于靶向金属酶创新药物的高效研发。

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