86386-73-4/氟康唑與伏立康唑結(jié)構(gòu)相似，為什么對曲霉效果截然不同？

上周準(zhǔn)備講座片子的時候，給自己提了一個問題，唑類藥物抑制的真菌CYP450酶與人類CYP450酶有什么關(guān)系？各路大神紛紛前來幫助，著實(shí)受益匪淺，再次謝過！最佩服的還是凱凱師弟，“CYP51A”，咋就這么博學(xué)呢？

背景介紹

曲霉屬真菌：絲狀真菌，包括約200種。約有16種曲霉是已知能導(dǎo)致人類疾病的，煙曲霉＞90%.

在有免疫能力的患者中，煙曲霉可出現(xiàn)在慢性肺曲霉病，也稱作曲霉球或真菌球，屬于肺部逐步破壞性疾病，常與結(jié)核、肺氣腫和結(jié)節(jié)病相關(guān)。煙曲霉也是無處不在的氣源性致敏源。哮喘、變應(yīng)性支氣管肺曲霉病、真菌性鼻竇炎。

在免疫妥協(xié)患者中（癌癥化療、激素、實(shí)體組織和骨髓移植接受者、HIV/AIDS及其他），常顯示出侵襲性曲霉菌病。

唑類對真菌CYP450酶的作用

伏立康唑、泊沙康唑、伊曲康唑和氟康唑是固醇14α-脫甲基酶（CYP51、EC1.14.13.70）的抑制劑。CYP450酶催化步驟如下：

固醇生物合成需要CYP51作用。CYP51酶參與了麥角固醇的生物合成，這是真菌細(xì)胞膜不可或缺的成分。麥角固醇損耗影響了膜結(jié)構(gòu)和一些功能。麥角固醇在真菌細(xì)胞中同時還有一種類激素作用，可刺激生長和增殖。唑類、吡啶、嘧啶類化合物阻斷了麥角固醇的生物合成，導(dǎo)致14α甲基化前體的積累。這些藥物作為競爭性CYP51抑制劑，可占據(jù)P450活性部位，阻止底物結(jié)合與氧化。雜環(huán)氮與P450血紅素鐵結(jié)合，分享其孤對電子，阻止分子氧的結(jié)合，而抑制劑分子的非結(jié)合部分與蛋白質(zhì)部分形成多重聯(lián)系，形成蛋白-配體表面界面，這在很大程度上決定了抑制強(qiáng)度。

耐藥機(jī)制：

唑類外排泵的活化、CYP51突變/CYP51基因過表達(dá)，以及泵和P450的聯(lián)合。

酵母菌、人類和其他脊椎動物基因組僅包含一種CYP51基因；而煙曲霉和其他一些絲狀子囊菌有2種CYP51旁系同源基因（CYP51A和CYP51B）。盡管在煙曲霉中兩種基因都有效，但后來的報道認(rèn)為，CYP51B編碼的酶主要負(fù)責(zé)固醇14α-脫甲基化。CYP51B基因的表達(dá)是既定的，在所有測序的絲狀真菌中都能找到，而CYP51A基因僅在一些真菌中出現(xiàn)。存在兩種CYP51基因預(yù)示著在煙曲霉中，固醇生物合成加快可能是病原體對治療高耐藥的一個原因。

氟康唑?qū)η箾]有活性的原因：

盡管氟康唑和伏立康唑在結(jié)構(gòu)上相似，分子體積差別很小（399A vs. 348A），但氟康唑?qū)η篃o效。伏立康唑與煙曲霉CYP51B的復(fù)合物提示了可能的原因：伏立康唑的5-氟嘧啶環(huán)（氟康唑?yàn)檩^小的三唑環(huán)）與煙曲霉CYP51Tyr122形成氫鍵（圖A）；除與Tyr122形成氫鍵和N4-三唑氮與血紅素鐵形成配位鍵（配位鍵長2.1A）外，伏立康唑與煙曲霉CYP51B另外14個氨基酸殘基間存在范德華力相互作用（距離＜4.5A）（圖A）。有趣的是，伏立康唑在煙曲霉CYP51活性部位的構(gòu)象（圖B和C）不同于在CYP46活性部位的構(gòu)象。

煙曲霉與哺乳動物CYP51的區(qū)別

煙曲霉CYP51與原生動物和哺乳動物直系同源物疊合，其蛋白骨架的空間組成十分相似。盡管煙曲霉與布氏錐蟲和人類固醇14α-去甲基酶的氨基酸序列僅有23和33%的一致性，但Cα原子位置的平均均方根偏差值僅有1.8和1.4A。

煙曲霉（63500±300A3）中CYP51有額外的β5-bundle，因此 ，分子體積較原生動物（61300±400A3）和人類（61900±500A3）要大。SRS1是CYP51底物主要的結(jié)合區(qū)域。

煙曲霉CYP51的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與藥物活性的關(guān)系

煙曲霉CYP51B結(jié)構(gòu)有兩個獨(dú)特不同于其他種的特點(diǎn)，具有功能上的重要性。

底物入口：

煙曲霉CYP51有相對較短的FG臂。FG環(huán)的不同位置改變了酶底物接入通道的形狀，因此，配體進(jìn)入的通道看起來更像是一座橋，延伸進(jìn)入P450上表面的長裂縫，而原生動物和人類CYP51酶像一個小圓孔，僅在分子遠(yuǎn)端側(cè)可見。伏立康唑-酶復(fù)合物中，這座橋似乎更加靈活，而VNI和煙曲霉CYP51 Phe234的π-π疊加相互作用使其保持在關(guān)閉狀態(tài)。在兩種復(fù)合物中，在真菌P450分子遠(yuǎn)端和上部都可以看到配體。這一相對較寬的底物入口可能是曲霉對小分子抑制劑不敏感的原因，伏立康唑除外（可以與Tyr122形成氫鍵），較長的結(jié)構(gòu)（如泊沙康唑）需要限制通道入口的運(yùn)動，因此加強(qiáng)了抑制作用。更重要的是，煙曲霉CYP51的結(jié)構(gòu)特征提示，F(xiàn)G環(huán)片段在所有CYP51酶中起到了門控作用，開放使底物（配體）進(jìn)入活性部位，當(dāng)復(fù)合物獲得最佳能量構(gòu)象時關(guān)閉。

P450表面近端的β5-bundle：

其作用尚不清楚，但在其他P450家族中至今沒有發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)構(gòu)。