【First-in-class药设系列】调节生物钟节律的靶标及其药物研发进展
昼夜节律（Circadian clock，也称生物钟）是生物在进化过程中适应光线、温度等环境因素周期性变化的一种内在机制。哺乳动物的生物钟由主生物钟和外周生物钟组成。主生物钟位于下丘脑视交叉上核（Suprachiasmatic nucleus, SCN），是昼夜节律的起搏器，通过神经和激素信号协调整个身体的细胞振荡器。外周生物钟分布于各组织器官内，如肝、肾、心和肌肉等，具有一定的独立性。
在分子水平，生物钟是由包含多种基因和蛋白的转录翻译反馈环组成，主要包括核心环和次级稳定环，产生并维持基因转录昼夜节律振荡。在上午，核心环路中的CLOCK（Circadian locomotor output cycles kaput）与BMAL1（Brain and muscle ARNT-like 1）形成异二聚体，结合到E-box元件上，驱动PER和CRY基因的表达。随后，PER与CRY蛋白形成抑制性复合物，抑制CLOCK和BMAL1的反式激活。PER与CRY蛋白的稳定性受到平行的E3泛素连接酶途径调节。在夜间，次级稳定环路中核受体亚家族REV-ERBα和REV-ERBβ作为阻遏物，与作为激活物的RAR相关的孤儿受体（RORα、RORβ和RORγ）竞争，结合到ROR/REV-ERB反应元件（RORE）的启动子元件，相互拮抗地调节BMAL1和其他靶基因的表达。另外，D-box也是一种重要的昼夜节律启动子元件，可分别通过PAR-bZIP蛋白激活或E4BP4蛋白抑制。此外，昼夜节律还受到磷酸化、泛素化和乙酰化等翻译后修饰的调控。
表一、靶向核心生物钟蛋白的小分子调节剂
小分子调节剂 | 作用机理 | 药理作用 |
CLOCK | ||
CLK8 | 抑制CLOCK与BMAL1二聚化，提高昼夜节律振幅 | NA |
CRY1/CRY2 | ||
KL001及稳定CRY的衍生物(SHP656、KL101和TH301) | 稳定CRY，延长昼夜节律，抑制Bmal1振幅 | 改善肥胖小鼠的葡萄糖耐量，抑制胶质母细胞瘤干细胞增殖，在体外抑制胶质母细胞瘤生长，在体内增强棕色脂肪细胞分化 |
KS15 | 抑制CRY，增强E-box介导的转录，抑制昼夜节律振幅 | 抑制乳腺癌细胞生长 |
REV-ERB | ||
GSK4112 | 增强REV-ERB和NCOR肽相互作用 | 抑制原代细胞糖异生和炎症反应 |
SR9009和SR9011 | GSK4112衍生物，是REV-ERB的选择性激动剂，可改变昼夜节律行为，生物钟基因表达（BMAL1、PER1和PER 2）以及某些胶质母细胞瘤干细胞标志物的表达（如OLIG2和SOX2） | 改善肥胖小鼠的葡萄糖稳态，促进清醒，抗焦虑，抑制胶质母细胞瘤干细胞增殖 |
SR8278 | 从GSK4112衍生的拮抗剂，可增加细胞中REV-ERB靶基因的表达（如BMAL1、PCK1和G6PC1 ） | 减轻焦虑和改善心肌损伤 |
ROR | ||
Nobiletin | 激动剂，增强振幅并延长昼夜节律周期 | 改善肥胖及糖尿病小鼠代谢稳态，对炎症和动脉粥样硬化具有广泛疗效 |
Neoruscogenin | 激动剂，促进ROR与NCOA2/TIF2的相互作用，增强BMAL1表达 | 激活肝脏ROR代谢靶基因的表达 |
SR1001 | T0901317衍生物，具有高度反向激动剂活性和对RORα和RORγt具有选择性 | 抑制Th17细胞分化和自身免疫 |
SR2211、SR1555、地高辛、熊果酸和ML209 | RORγ反向激动剂 | 抑制Th17细胞分化 |
SR3335 | RORα反向激动剂 | 降低肥胖小鼠的血糖水平 |
SR1078 | RORα激动剂 | 诱导凋亡，抑制肝癌细胞的生长 |
RUVBL2 | ||
虫草素 | 抑制BMAL1与RUVBL2相互作用 | 改善小鼠时差反应 |
表二、靶向非核心生物钟蛋白的小分子调节剂
小分子调节剂 | 作用机理 | 药理作用 |
CK1/2 | ||
CKI-7、IC261、D4476、PF-670462、PF-4800567、longdaysin、LH846和化合物1-3等 | 抑制剂，延长昼夜节律周期 | 抑制CK1可显著延长昼夜节律。CK1广泛参与各种病理生理过程，包括家族性睡眠和情绪障碍 |
PDE4和MAPK | ||
Rolipram | PDE4选择性抑制剂 | NA |
U0126 | MEK特异性抑制剂 | NA |
AMPK | ||
二甲双胍 | AMPK激动剂，干扰生物钟基因和代谢基因的表达模式 | 2型糖尿病药物 |
GSK3β | ||
锂 | GSK3β抑制剂。GSK3β可磷酸化CLOCK、PER、REV-ERBα和CRY蛋白 | 与昼夜节律紊乱相关的躁郁症的治疗 |
ADORA2B | ||
BAY 60-6583 | ADORA2B激动剂，稳定PER2 | 增强腺苷信号转导和具有抗心肌缺血的心脏保护作用 |
CDK | ||
Indirubin-3’-oxime、Kenpaullone、Roscovitine和Puralanol A | CDK抑制剂，延长昼夜节律周期 | NA |
TOPI | ||
喜树碱和Harmine | TOPI抑制剂，延长昼夜节律周期 | NA |
TOPII | ||
Etoposide、Mitoxantrone和Amsacrine | TOPII抑制剂，缩短昼夜节律周期 | NA |
SIRT1 | ||
SRT2183和SRT1720 | SIRT1激动剂，降低昼夜节律基因表达 | NA |
SRTCD1023和SERTCL1015 | SIRT1激动剂，延长昼夜节律周期，降低振幅 | NA |
ER | ||
17β-estradiol | 缩短昼夜节律周期 | NA |
PPAR、RAR和RXR | ||
罗格列酮 | PPARγ激动剂，增强BMAL1表达，调节心血管节律 | NA |
昼夜节律在药物开发和临床治疗上具有重要作用。时间治疗学是以生物钟为基础，即在精确的昼夜节律时间窗内确定适当的给药时间，获得更好的药动学性质，提高药物疗效，降低与药物代谢相关的毒性，在与昼夜节律相关的心血管疾病（如高血压等）和自身免疫性疾病（如类风湿性关节炎等）等治疗上具有重要作用。生物钟是一个复杂的多环路反馈调控网络。作用于同一靶标的激动剂或抑制剂可能既有益也有害。在评价生物钟小分子调节剂的药理作用时，应全面考察化合物的持续药理作用。
参考文献
1. Ribeiro RFN, Cavadas C, Manuel C Silva M. Small-molecule modulators of the circadian clock: pharmacological potentials in circadian-related diseases. Drug Discov Today. 2021.
2. Ruan W, Yuan X, Eltzschig HK. Circadian rhythm as a therapeutic target. Nat Rev Drug Discov. 2021; 20: 287-307.
3. He B, Chen Z. Molecular Targets for Small-Molecule Modulators of Circadian Clocks. Curr Drug Metab. 2016; 17(5): 503-12.
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