近年来，有多个用于控制器官移植排斥反应的新型免疫抑制剂进人临床实践。相对于以往的治疗药物，如皮质激素类、咪唑硫嘌呤和环孢菌素等，这些新型免疫抑制剂不仅在肝肾毒性、神经毒性和胃肠道毒性等方面有了很大的改善，而且在作用机制上也表现出不同的药理效应，如FK506和西罗莫司是免疫亲合素结合型药物，Deoxyspergualin能够抑制 IL-1的合成，FTY720可以诱导淋巴细胞凋亡等。此外，相应的构效关系研究也为发现结构更佳、选择性更强的先导化合物提供了有力的支持。其中的几个化合物在作用机制、构效关系和不良反应3 个方面作了较为系统的综述。

    1 他克莫司

    他克莫司（tacrolimus，FK506，商品名：Prograf）是由日本藤泽株式会社于1984年从巩波山土壤链霉菌的肉汤发酵物中分离出来的大环内酯类抗生素，免疫抑制活性是环孢菌素A的10～100倍，在1994 年首次作为控制器官移植排斥反应的免疫抑制剂应用于临床。

    1.1　化学结构　FK506的分子式为C44H69NO20· H2O,其全合成是由Merck,Sharp ＆ Dohme Laboratories 公司于1989年完成的。其结构式为：

    1.2　作用机制　研究显示，FK506通过竞争性地与 FK结合蛋白（FKBP-12）结合，抑制后者的顺式- 反式-肽-脯氨酸异构酶（PPIase）来发挥免疫抑制功效。FK506/FKBP-12复合物X单晶衍射的结果表明，复合物中的FKBP-12构型改变很小，而FK506的构型却发生了显著的变化，结合区域在α螺旋和β 折叠之间的浅洞。在FK506和FKBP-12之间有5个氢键，第5个氢键及8位的酰胺基团与碳基几乎呈垂直平面，为关键区域，可能与PPIase的活性密切相关。与环抱菌素的作用机制相似，FK506通过与FK 结合蛋白(FKBP)结合，抑制钙依赖性磷酸醋合成酶，阻断活化的T细胞核心因子（F-AT）从细胞浆向细胞核转移，进而抑制IL-2的生成。FK506还能阻断同种抗原和有丝分裂原刺激的T细胞增殖，对IL- 3，IL-4，IFN-γ和TNF进行负调节。

    1.3　构效关系　从筑波山土壤中的链霉菌属细菌（Streptomyces tsukubaensis）中分离出一系列与FK506 结构相关的化合物，如甲基（FR900425）、乙基（FR900520）及脯氨酸（FR900525）等类似物，其活性均低于FK506。Kawai等的研究显示，在体外T淋巴细胞抑制实验中，FK506的浓度在10-12～10-9 mol·L-1表现出很高的生物活性，而C18-OH的R，S 光活异构体，C18-Keto，C18-0[S]Ac，C18-O-[S]Bzo, C18-ene-C20-oxa，C15-deMe-C15，C18-oxa等化合物均无抑制效果，只有C18-[S]-OIAc[8]具有微弱的抑制活性。FKBP结合试验表明，FK506，C18-[S]-OH, C18-[R]-OH，C18-[S]-O-Ac和C18-[S]-OIAc呈现纳摩尔浓度级的结合活性，C18-Keto，C15-deMe-C15, C18-oxa及C18-O-[S]Bzo的结合活性较前者弱10倍左右，C18-ene-C20-oxa无结合活性。分析上述结果可以看出，C18-[S]-OH无免疫抑制活性，但是与 FKBP-12的结合活性却很高。应用混合淋巴细胞培养反应（Mixed leukocyte response assay, MLR）和钙调磷酸酯酶（Calcineurin）抑制模型，当浓度高于FK506 1 000倍时发现C18-[S]-OH是它的抑制剂。 Hersperger等通过对FK506进行构效关系研究证明32位羟基上的结构修饰对免疫抑制活性有显著影响。在不同取代的羰基氨基甲酸酯中，羧酸中的碳氧双键换成硫羰基后，生物活性降低。另外，氨基硫代甲酸酯上取代基团的大小对免疫活性也有较大影响，基团增大导致活性下降，提示取代基的电性、亲酯性和碳原子数的重要性。另一个值得注意的结构特点是NH基团并不参与与靶蛋白非共价键结合。

    1.4　毒副反应　FK506的主要毒副反应包括震颤、高血压、低磷酸盐血症、感染、肌酐增加、头痛、腹泻、高血糖症、胸痛、心悸及心电图异常等。高剂量会导致神经毒性和肾毒性，在肾移植和肝移植患者中， 36%产生神经毒性，52％产生肾毒性。

    2　西罗莫司（sirolimus）

    西罗莫司又名雷帕霉素(rapamycin),是由加拿大Ayerst研究所于1975年从Easter岛土壤吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus）中分离得到的抗真菌化合物，在揭示FK506的免疫抑制活性后，英国剑桥的科研人员率先对其进行了免疫调节作用的研究。 1999年，Wyeth-Ayerst Pharmaceuticals以此作为新药（rapamune）在美国上市，用于控制肾移植患者的排斥反应。

    2.1　化学结构　西罗莫司与FK506的化学结构极为相似，同属大环内酯类，其结构特征是环内有1个共轭三烯。其结构式为：

    2.2　作用机制　西罗莫司和FK506一样，通过与 FKBP-12结合形成复合物而发挥免疫抑制效应。运用植物血球凝集素和IL-2诱导的鼠源／人源胸腺T 淋巴细胞增殖试验证明，西罗莫司的抑制活性是环孢菌素的10～1 000倍。另有研究发现，西罗莫司的 T淋巴细胞抑制作用可以维持12 h以上，高出环袍菌素和FK506近10h，表明前者作用于细胞因子转录G1期之后期，而后两者作用于G1期的前期。在脂多糖诱导的B淋巴细胞增殖试验中，西罗莫司通过调控Ca2+通道产生抑制功效，而环孢菌素和 FK506则无此作用。另外，在体外纯化的外周血单核细胞(PBMC)增殖实验中，西罗莫司的抑制活性是环抱菌素的50～500倍。

    2.3　构效关系　西罗莫司的衍生物SDZ-RAD[40- O-[2-羟乙基]-雷帕霉素]，是一种新型和口服有效的免疫抑制剂。Sedrani等发现，在西罗莫司40 位的羟基连上苯环后，与FKBP-12的亲合力减弱，免疫活性随之下降；第28位的羟基以甲氧基替换后，虽然与FKBP-12的结合活性得到增强，免疫抑制力却未见改善。进一步的研究表明，西罗莫司与 FKBP-12形成的复合物是体现药物活性的关键。X 单晶衍射的结果显示，28位的羟基以甲氧基替换后，C35-C36的共价键发生了120度的旋转，通过改变环己烷亚单位的空间构型阻碍了上述复合物与下游靶蛋白上相应区域的结合。SDZ-RAD的结构是在40位的羟基连上2-羟乙基基团，与FKBP-12结合形成的复合物和SDZ-RAD与西罗莫司作用形式非常相似，表现出较强的免疫抑制活性。若在40位羟基连上更大的基团，如2-羟己基，免疫活性则显著下降，可能和大基团的空间位阻效应有很大关系。
     2.4　毒副反应　西罗莫司的主要毒副反应包括血中胆固醇升高、血小板减少、贫血、痤疮、腹部疼痛感、尿道感染、关节痛、腹泻、低血钾、囊状淋巴管瘤和乳酸脱氢酶增加等。

    3　FTY720

    日本Yoshotomi制药有限公司和京都大学的 Fujita教授于1990年在冬虫夏草（Isaria sinclairii）的肉汤发酵液分离出一种潜在的免疫抑制剂ISP-I，结构式为：

    其体内外活性是环孢菌素的10～100倍。通过一系列构效关系研究发现了一个先导化合物即ISP- I-55，最终由Adachi教授于1995年将其开发成一种新型免疫抑制剂FTY720。

    3.1　化学结构　FTY720的化学名为2-氨基-2[2- （4’-辛基苯基）乙基]-1,3一丙二醇盐酸盐，分子式为 C19H33NO2·HCl。其结构式为：

    3.2　作用机制　在体内外实验中，FTY720均表现出显著的淋巴细胞抑制活性，尤其是对T淋巴细胞，机制可能是通过调节淋巴细胞表面粘附蛋白来改变淋巴细胞的游走／归巢（Trafficking/homing）功能。长期给予FTY720后，胸腺内的成熟髓质细胞CD4 （＋）/CD8（-）和CD4（-）/CD8（＋）的比例增加了 3～4倍，CD4（＋）/CD8（＋）比例略有降低，表明 FTY720的药理作用部分是通过抑制T淋巴细胞从胸腺游走到外周血来发挥的。由于FTY720在化学结构上属于神经细胞中鞘氨醇的衍生物，因此它可能阻断神经鞘脂的生物合成通路，而这个通路与淋巴细胞的信号转导和分化凋亡密切相关。 SuZUkI等认为，FTY720抑制了神经酰胺降解为神经鞘氨醇，后者的消长对于经蛋白激酶和PPA2磷酸酯酶介导的细胞凋亡过程产生影响。FTY720在诱导体外培养的淋巴细胞进入凋亡的同时，可以抑制大鼠脾细胞的生长，表现为细胞微绒毛的缺失、核染色质的聚集和凋亡体的形成。

    3.3　构效关系　Fujita等在对ISP-I及其衍生物的构效关系研究中发现，氨基5醇衍生物具有相似的活性，说明亲水部分的羧基并不是活性所必需的；将羧基换成羟甲基后，体外活性有所增强，毒性下降。3位碳上的差向异构体Mycestericins D和E在鼠MLR上显示相同的活性，14-去羰基ISP-Iγ-内酯和3位碳上的差向异构体的活性也相差无几，由此推测3位羟基的构型并不重要。2-烷基-2-氨基丙烷-1，3-二醇是维持生物活性的基本结构，对其烷基长度构效关系的探索表明，十四烷基、十五烷基和十六烷基衍生物的体内外活性均较环孢菌素为高；上述3个化合物和十八烷基衍生物的毒性均是ISP-1 的1/10。选择体外活性最高的十五烷基化合物和排列第二的十四烷基化合物进行动物皮肤移植实验，发现两者的活性都高于环抱菌素，毒性以十四烷基化合物为小，因而被定作先导化合物。FFY720的一个显著特点是其结构由1个亲水部分（氨基醇）和1 个亲脂部分（碳链）所组成，提示两性分子特征的重要性。Adachi等认为，亲脂性碳链上含有很多可旋转价键，推测如果限制构型的柔韧性（引入苯环），活性会有所提高。Kiuchi等在对ISP-I进行结构优化时发现14位的酮基、6位的双键、4位的羟基和 3位羟基的构型并不是结构所必需的，而两性分子是这类化合物产生毒性和特殊理化性质的主要原因，将羧基还原成羟甲基有可能降低毒性和改善水溶性。事实表明，按照此思路改造后的化合物虽然体外生物活性比ISP-I弱，但是移植皮肤的存活时间明显延长，提示结构优化改善了体内活性和毒性。同时，在烷基链上引入苯环的位置对保持化合物的功效至关重要：当苯环和连有氨基的季碳之间的碳原子为2时，活性最明显；苯环上取代位置以对位为宜。另外，烷基链的长短变化仅对毒性有影响；把 FTY720上的1个羟甲基换成羟基烷基（羟乙基或羟丙基）或低烷基（甲基或乙基）也能提高活性；在 FTY720的3对对映异构体中，（pro-S）-羟甲基是活性所必需的，（pro-R）-羟甲基只起辅助作用。

    3.4　毒副反应　FTY720在大鼠中的LD50为300～ 600 mg·kg-1。在低于200 mg·kg-1的剂量下，受试犬未出现死亡现象，4～6个月的慢性致死剂量超过10 mg·kg-1。主要的毒副反应包括呕吐、腹泻和厌食等。超致死剂量的实验动物尸体检查发现有以胃溃疡、肾上腺髓质细胞和外周神经细胞空泡形成以及单核细胞渗入中枢和脊椎组织为主要组织学特征的毒副作用。虽然有实验报道FTY720能诱导鼠胎畸形，但不存在环抱菌素和FK506所共有的毒性反应。

    4　15-脱氧精胍菌素

    1981年，日本微生物化学研究所的Umezawa教授从侧孢芽胞杆菌（Bacilluslaterosporus）的培养液中分离出精胍菌素，发现其有免疫抑制活性，次年通过对精孤菌素脱羟基化得到在体内外都有很强生物活性的15-脱氧精孤菌素（15-Deoxyspergualin, DSG）。 Umeda于1987年成功地将其全合成，1994年由 Nippon Kayaku公司开发上市。

    4.1　化学结构　15-脱氧精胍菌素的化学名为1一氨基-19-胍基-11，15-二经基-4,9，12-三氮十九烷基-10, 13-二酮，分子式是C19H41N7O3 。化学结构式为：

    4.2　作用机制　在体外实验中,DSG能够适度抑制 T淋巴细胞的增殖，但不影响IL-2的生成。研究显示，DSG是通过亚精胺部分与淋巴细胞结合而发挥持久生物效应的。尽管DSG的分子作用机制还不清楚，但Nadler等发现，DSG可以特异性地识别2 个在免疫反应中较为重要的热休克蛋白（Hsp）： Hsp70和Hsp90。此外，DSG还能促进脂酶的释放、过氧化物的产生、主要组织相容性抗原（MHC）Ⅱ的增加,IL-1的生成以及抑制B淋巴细胞表面IgM的表达。

    4.3　构效关系　15-脱氧精胍菌素的结构中由于含有不稳定的α-羟基甘氨酸基团，故前期的结构改造主要是寻找具有免疫抑制活性的稳定类似物。DSG 的结构包括亚精胺、α-羟基甘氨酸和胍基庚酸3个部分，其中孤基脂肪酸的分子长度和亚精胺部分与生物活性密切相关。早期的结构修饰虽未找到体内活性更好的先导化合物，不过发现了一批体外活性优异的新颖化合物。DSG结构的不稳定性对合成、纯化和储存带来了种种困难。另外，由于α-羟基甘氨酸部分含有手性碳，故药用化合物是一对消旋体。研究显示，（一）DSG是具有免疫抑制活性的对映异构体，而（＋）DSG则会导致急性中毒，故Lebreton 等在结构改造时首先考虑修饰α-羟基甘氨酸部分。结果显示，与胍基庚酸相连的酰胺键，氨基和羰基位置互换，活性依旧保持；但若将酞胺键换成尿素、氨基甲酸或2个亚甲基等基团后，活性丧失；右边与亚精胺部分相连的酰胺键能用氨基甲酸基团替换，并且氨基甲酸中氨基和羧酸基团的方向可以互换，活性保持；但是两个酰胺键上的氮如有基团取代，活性丢失。他们还发现亚精胺部分的结构是极其敏感的，稍有变动就会影响活性。有意义的是，当氨基丙烷部分α位的氢被甲基取代后，得到了1个可以皮下给药、低毒和体内活性比DSG更佳的化合物，已经进入临床试验。

    4.4　毒副反应　15-脱氧精胍菌素的毒副反应主要表现为：14%的患者出现脸、嘴唇和脚趾的麻木感； 9%有胃肠道症状；54%产生骨髓抑制。由于15-脱氧精胍菌素的生物利用度低，必须静脉给药，并且其体内代谢很快，从而限制了临床的应用。

    5 结语

    用于控制器官移植排斥反应的免疫抑制剂近年来的发展十分迅速。从20世纪60年代启用糖皮质激素和硫唑嘌呤、70年代后期发现环孢菌素，到从抗真菌药物中筛选出一类新的免疫抑制剂（如他克莫司、西罗莫司,FTY720及15-脱氧精胍菌素等），在药物的选择性和毒性方面得到了很大的改善。由于作用机制各异，通过联合用药在多个环节抑制排斥反应可以充分发挥上述药物的临床应用潜力。合理搭配现有药物和研制高效低毒新药乃为今后的发展方向。