FXR（法尼醇X受體）是近幾年來非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）研究的一個熱門靶點。FXR是核受體超家族的成員之一，該受體于1995年由Forman等發(fā)現(xiàn)，因其轉錄活性可被法尼醇及其代謝物增強而命名，后研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸是FXR的內(nèi)源性配體，因此FXR又稱膽汁酸受體。

       FXR在哺乳動物中有兩個成員：FXRα和FXRβ。FXRβ在人類和靈長類動物中是一種假基因，但在其他物種中編碼一種功能性受體。FXRα基因編碼四種亞型：FXRα1-α4，這四種亞型以組織依賴的方式表達。FXR與配體結合后可以與視黃醛衍生物X受體（retinoid X receptor, RXR）形成二聚體，進而調控靶基因的轉錄。FXR靶基因包括多個膽汁酸代謝/轉運相關基因、脂質代謝相關基因和糖代謝相關基因等。因此FXR參與維持上述內(nèi)源活性物質的穩(wěn)態(tài)并參與多個病理過程，具有廣泛的生物活性。[1]

       圖1. FXR在膽汁酸腸肝循環(huán)中的重要性

       1

       FXR的作用

       1 負調控膽汁酸合成

       FXR被激活后，誘導小異源二聚體伴侶(SHP)基因的表達，導致限速酶膽固醇7α單加氧酶(CYP7A1)和肝 臟受體同源物1 (LRH-1)的轉錄抑制。FXR還能通過刺激成纖維細胞生長因子19 (FGF-19)的合成來抑制CYP7A1和固醇12α-羥化酶(CYP8B1)的表達，FXR/SHP和FXR/FGF19/FGFR4通路是膽汁酸合成的主要負調控路徑。[3]（圖1）

       2 調控膽汁酸外排

       FXR通過SHP依賴機制抑制?；悄懰徕c共轉運多肽(NTCP)，從而抑制肝 臟對膽汁酸的攝取，這是FXR對膽汁酸重吸收的負調控。FXR可上調膽鹽輸出泵(bile salt export pump, BSEP)和多藥耐藥蛋白3 (multidrug resistance protein-3, MDR3)基因的表達，增加BA從肝 臟向小管腔的外排；FXR還能增加有機溶質轉運體α / β (OSTα/β)的表達，從而增強BA從肝 臟向門靜脈的外排。上述轉運體（BSEP、MDR3、OSTα/β）均受 FXR正調控。[3]此外肝細胞基底側膜上的MRP4也參與膽汁酸外排，該轉運體受FXR負調控。綜上所述，FXR激活和抑制均可通過誘導不同的轉運體表達影響膽汁酸外排，而對肝 臟中膽汁酸濃度的最終影響取決于對各個轉運體調控作用的"凈效應" 。[4]

       3 FXR調控脂代謝

       與野生型小鼠相比，F(xiàn)XR-/-小鼠表現(xiàn)為血漿和肝 臟中膽固醇和甘油三酯( triglyceride, TG) 水平升高,后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)FXR對膽固醇和TG的代謝、轉運均具有調控作用。肝腸 FXR均參與TG代謝。肝 臟FXR轉錄激活及腸道FXR轉錄抑制均可以抑制TG合成，降低肝 臟TG 水平。

       4 FXR調控糖代謝

       FXR可以調控肝 臟糖酵解、糖原合成、糖異生及胰島素敏感性。且機體不同組織部位的FXR的作用各異。FXR-/-小鼠表現(xiàn)為外周高血糖、糖耐量受損以及胰島素抵抗。肝 臟過表達或轉錄激活FXR后，可以顯著降低血糖水平。然而腸道FXR表達缺失或者轉錄抑制可以降低血糖水平。

       2

       FXR的研究進展及不良反應

       迄今為止FXR激動劑的研究較為成熟。多個FXR激動劑已進入臨床研究階段，用于治療多種肝病，包括原發(fā)性膽汁性肝硬化和非酒精性脂肪肝疾病( NAFLD)和非酒精性脂肪性肝炎( NASH)。2016年5月奧貝膽酸被FDA正式批準用于臨床治療對熊去氧膽酸（UDCA）無反應或不耐受的原發(fā)性膽汁性膽管炎（PBC），但其副作用——如嚴重的瘙癢癥狀卻限制了它在臨床上的應用。另外，較高劑量奧貝膽酸導致晚期肝病患者和肝硬化患者出現(xiàn)肝功能惡化，F(xiàn)DA 于2018年初發(fā)出“黑框警告”。

       FXR激動劑產(chǎn)生副作用的可能原因：目前有報道稱奧貝膽酸導致鼠類模型急性肝損傷的機制可能是通過FXR通路產(chǎn)生，這些副作用被認為是全FXR激動劑的藥理給藥導致的。由于核受體參與多種內(nèi)分泌功能，F(xiàn)XR的調節(jié)容易引起FXR配體將信號改變轉化為基因表達的改變，從而引起參與膽汁酸、葡萄糖和脂質代謝的多種基因改變所致的副作用。

       奧貝膽酸的臨床試驗已經(jīng)表明，廣泛的FXR激活破壞了膽固醇的穩(wěn)態(tài)，F(xiàn)XR的激活通過SHP /FGF19的上調和膽固醇7α-羥化酶( CYP7A1) 的下調阻止了膽固醇向BAs的代謝轉化。由于該途徑是膽固醇代謝的主要途徑，其長期的藥理阻斷可能會產(chǎn)生嚴重后果。靶向激活肝細胞的FXR受體，而不激活促炎細胞的FXR受體，可能是安全利用FXR作為藥物靶點的最 佳途徑。其次，可以聯(lián)合使用FXR拮抗劑保護促炎細胞的 FXR受體，因為這樣可以減少相關的副作用。

       所以，為了探索這些新策略，在分子水平上更深入地探索FXR的靶向激活是必要的。目前，小劑量奧貝膽酸不完全激活FXR是可行的臨床方案，顯著減少了副作用的發(fā)生。[5]

       但是FXR拮抗劑的研究相對滯后，有關 FXR拮抗劑的體內(nèi)體外活性相對較少，但隨著對FXR生物功能認識的加深，尤其是 FXR轉錄抑制對脂肪肝的良好作用以及OCA等FXR激動劑的不良反應的發(fā)現(xiàn)，目前有關FXR拮抗劑的研究逐漸增多。

       根據(jù)藥渡數(shù)據(jù)庫，截止時間2021年12月31日，列出了表1目前臨床在研的FXR抑制劑和拮抗劑（未包含復方）的臨床進展和幾個代表性的臨床前藥物。除了已經(jīng)上市的奧貝膽酸（PBC獲批，NASH被拒），吉利德的Cilofexor（GS9674）是目前臨床進展最快的FXR激動劑，其中原發(fā)性硬化性膽管炎，非酒精性脂肪性肝炎等適應癥處于臨床三期，GS9674是由第一種非甾體強效激動劑GW4064改造而來的激動劑。

       目前只有一款FXR拮抗劑進入臨床，是由上海醫(yī)工院和江蘇柯菲平聯(lián)合開發(fā)的SIPI-7623，目前處于臨床一期，適應癥為混合型高血脂。另外，上海藥物所開發(fā)的FXR拮抗劑HS218處于臨床前，適應癥為II型糖尿病。歌禮制藥開發(fā)的ASC43F是THR-β/FXR激動劑，適應癥為非酒精性脂肪性肝炎，目前處于臨床一期。歌禮制藥還開發(fā)了一款FAS/FXR激動劑（FAS抑制劑），適應癥為非酒精性脂肪性肝炎，目前處于臨床前。Intercept Pharmaceuticals開發(fā)的INT-767是FXR/TGR5雙激動劑，適應癥為非酒精性脂肪性肝炎，目前處于臨床一期。這幾類雙靶點FXR激動劑的設計可能是為了降低FXR全激動劑帶來的瘙癢等副作用。      

       表1. 臨床在研FXR抑制劑/拮抗劑[9]

       3

       FXR的結構

       圖2. FXR簡圖及四種FXRα蛋白異構體示意圖

       圖3. FXR-DBD的模型結構和FXR-LBD/OCA配合物

       FXR都具有一個經(jīng)典的核受體（NR）組織（圖2A），一個與配體無關的轉錄激活域(AF1)，核心DNA結合域（DBD），鉸鏈區(qū)，C末端配體結合域(LBD)和配體依賴激活功能域(AF2)。AF1結構域是一個高度無序的結構域，可與調控蛋白協(xié)同作用。選擇性剪切導致了多種AF1域異構體的產(chǎn)生。與FXRα1和FXRα2相比，F(xiàn)XRα3和FXRα4有一個擴展的N端(圖2B)。FXR-DBD與DNA建立堿基特異性的相互作用，使特異性DNA序列的識別成為可能。DBD區(qū)域高度保守，包含兩個α螺旋(H1和H2)和兩個四半胱氨酸/鋅核模塊(圖3)。鉸鏈域是一類短而靈活的linker，具有較少的序列和保守尺寸。FXRα1和FXRα3在這個區(qū)域各有一個插入的4個氨基酸(MYTG)(圖2B)；FXR-LBD與它的配體如奧貝膽酸結合并與輔調節(jié)蛋白相互作用。

       這個結構域由12個α螺旋組成，折疊成三個平行的層，形成一個α螺旋三明治，并在受體的底部包含一個疏水的配體結合口袋(LBP)，以容納它的配體。AF2在LBD中，包括H12。與其他核受體相似，F(xiàn)XR的H12在與不同配體結合時發(fā)生動態(tài)構象變化，AF2取向的改變促進了與不同調控蛋白的相互作用。[3]

       4

       幾種肝 臟相關疾病

       NAFLD（非酒精性脂肪性肝?。┦侵冈跊]有過度飲酒或其他可歸因的情況下，肝 臟內(nèi)的脂質異位積聚，包括以炎癥和纖維化為特征的疾病的更高級形式(非酒精性脂肪肝(NASH))。非酒精性脂肪肝可能影響占世界人口的20-40%，可發(fā)展為晚期纖維化、肝硬化和肝細胞癌。

       FXR激動劑通過糾正中間代謝和脂質積累的異常，抑制代謝應激誘導的p53激活，抑制纖維化的進展和減輕炎癥，具有治療肝病的潛力。FXR調節(jié)BA穩(wěn)態(tài)，這在生理上對消除膽固醇和激素調節(jié)很重要，因此，F(xiàn)XR激動劑和拮抗劑對于原發(fā)性膽道膽管炎(PBC)和原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)的治療都具有重要的治療價值。[2]（圖4）

       圖4. 從正常肝 臟到NAFLD、NASH、肝硬化和HCC的臨床情況[2]

       5

       FXR激動劑的改造策略

       代表性的FXR激動劑有以下幾種：obeticholic acid (OCA)、 cilofexor (GS-9674)、TERN-101 (LY2562175)、nidufexor (LMB763)、tropifexor (LNJ-452)、EDP-305，目前正處于NASH、PBC、PSC和肝纖維化的臨床試驗中(表1，圖5)。但是由于副作用，許多化合物已在臨床前或臨床試驗中停止，包括高密度和低密度脂蛋白濃度的血脂異常效應，瘙癢以及肝硬化PBC患者肝 臟失代償風險增加。FXR激動劑通過調節(jié)反向膽固醇運輸降低HDL濃度，在臨床前模型中不會加劇動脈粥樣硬化。

       然而，瘙癢和肝 臟失代償?shù)臋C制尚不清楚，這是FXR激動劑發(fā)展的一個重要障礙。這些嚴重的、劑量限制性**推遲了FXR激動劑作為治療藥物的批準和廣泛使用，這可能是由于FXR的全激動作用，而不是脫靶效應。因此，設計有效但不引起不良反應的FXR激動劑對藥物化學家來說仍然是一個挑戰(zhàn)。[1]

       圖5. 列舉的FXR受體激動劑的結構[7]

       根據(jù)其化學結構，F(xiàn)XR激動劑分為甾體類和非甾體類。大多數(shù)類固醇類BA的候選藥物都有不良的副作用。因此，在第一種強效激動劑GW4064被發(fā)現(xiàn)后，學術界和制藥公司更專注于開發(fā)非甾體激動劑。在GW4064基礎上設計的GS-9674、LY2562175、LMB763、LNJ-452等分子已進入臨床試驗階段。雖然是二十年前發(fā)現(xiàn)的分子，GW4064仍然是FXR激動劑藥物發(fā)現(xiàn)中的主要先導化合物，圖6列出了過去幾年GW4064的主要結構修飾以及用來改善PK/PD特性的最重要片段。[1]

       圖6. 總結了GW4064的結構改動，以及用來替換其關鍵結構的重要的片段[1]

       近年來隨著對FXR研究的深入，人們對FXR在膽汁酸代謝中的調控作用越來越關注，FXR有望作為治療膽汁酸代謝相關疾病的新型藥物靶點。目前，在FXR的研究中仍存在以下問題：

       其一，F(xiàn)XR在機體內(nèi)有太多的靶基因，仍有部分與 FXR作用相關的靶基因尚待進一步被發(fā)現(xiàn)，同時FXR作用于一些靶基因的具體途徑不清楚，需進一步研究；

       其二，選擇性地調控FXR部分靶基因的新型激動劑也有待于繼續(xù)探討和發(fā)現(xiàn)；

       其三，參與膽汁酸調節(jié)的核受體除了FXR還有其它核受體如G蛋白偶聯(lián)受體、孕烷 X受體、維生素D受體，在探討膽汁酸代謝時還應考慮 FXR與其它核受體之間的作用。[8]

       此外FXR激活和抑制均可通過調控膽汁酸轉運體改善膽汁酸蓄積、通過調控糖脂代謝降低血脂血糖，最終改善代謝綜合征。FXR激動劑或拮抗劑的最終藥理活性取決于其對FXR眾多靶基因的調控作用的“凈效應”。尤其值得注意的是不同組織部位FXR的生物功能各異。如肝 臟FXR轉錄激活抑制糖異生，相反腸FXR轉錄抑制可以抑制糖異生，肝 臟 FXR轉錄激活抑制脂質合成，相反腸道FXR轉錄抑制可以抑制脂質合成?；诖私M織部位特異性/限制性的FXR激動劑/拮抗劑更易取得良好的藥理活性。尤其是腸道特異性FXR拮抗劑預期對糖尿病等代謝綜合征取得更好的療效。[4]

       FXR與一些配體的復雜結構已被解析，并為理解FXR的激活或抑制提供了參考，這對相關疾病的治療也具有重要的意義。

       專欄作家

       星星狐

       藥物化學背景，曾從事靶點調研、專利分析與突破、改良新藥、創(chuàng)新藥分子設計方面的工作；熱愛醫(yī)藥行業(yè)，愿與各位同行互相學習、進步，見證創(chuàng)新藥最好的時代。

       參考文獻：

       1. Bahaa Elgendy et al; Recent Advances in the Medicinal Chemistry of Farnesoid X Receptor: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c01017;

       2. Ralf Weiskirchen et al；Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD)/non-alcoholic steatohepatitis (NASH)-related liver fibrosis: mechanisms, treatment and prevention；Ann Transl Med 2021;9(8):729.

       3. Yongheng Chen et al ; Farnesoid X receptor (FXR): Structures and ligands; Computational and Structural Biotechnology Journal 19 (2021) 2148-2159.

       4. 王 洪等；法尼醇 X 受體拮抗劑及藥理活性研究進展；中國臨床藥理學與治療學 2020 Jul;25(7)。

       5. CHEN Li-xin et al; Efficacy and mechanisms of obeticholic acid in treatment of non-alcoholic fatty liver disease: pros and cons of bile acid drugs in non-alcoholic fatty liver disease; Chinese Journal of New Clinical Medicine，2021,14,(8)，756-761.

       6. Moritz Helmstadter et al; A New FXR Ligand Chemotype with Agonist/Antagonist Switch; ACS Med. Chem. Lett. 2021, 12, 267?274.

       7. Yu Zhou et al; Discovery and Optimization of Non-bile Acid FXR Agonists as Preclinical Candidates for the Treatment of Nonalcoholic Steatohepatitis, J. Med. Chem. 2020, 63, 12748?12772。

       8. Yujuan Shan et al; Advanced Progression in the Mechanism of Bile Acid Metabolism Targeting FXR; Hans Journal of Biomedicine , 2018, 8(4), 62-68.

       9. 藥渡數(shù)據(jù)庫.