86386-73-4/氟康唑與伏立康唑結構相似，為什么對曲霉效果截然不同？

上周準備講座片子的時候，給自己提了一個問題，唑類藥物抑制的真菌CYP450酶與人類CYP450酶有什么關系？各路大神紛紛前來幫助，著實受益匪淺，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，常與結核、肺氣腫和結節病相關。煙曲霉也是無處不在的氣源性致敏源。哮喘、變應性支氣管肺曲霉病、真菌性鼻竇炎。

在免疫妥協患者中（癌癥化療、激素、實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，這是真菌細胞膜不可或缺的成分。麥角固醇損耗影響了膜結構和一些功能。麥角固醇在真菌細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P450活性部位，阻止底物結合與氧化。雜環氮與P450血紅素鐵結合，分享其孤對電子，阻止分子氧的結合，而抑制劑分子的非結合部分與蛋白質部分形成多重聯系，形成蛋白-配體表面界面，這在很大程度上決定了抑制強度。

耐藥機制：

唑類外排泵的活化、CYP51突變/CYP51基因過表達，以及泵和P450的聯合。

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，但后來的報道認為，CYP51B編碼的酶主要負責固醇14α-脫甲基化。CYP51B基因的表達是既定的，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。存在兩種CYP51基因預示著在煙曲霉中，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。

氟康唑對曲霉沒有活性的原因：

盡管氟康唑和伏立康唑在結構上相似，分子體積差別很小（399A vs. 348A），但氟康唑對曲霉無效。伏立康唑與煙曲霉CYP51B的復合物提示了可能的原因：伏立康唑的5-氟嘧啶環（氟康唑為較小的三唑環）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活性部位的構象（圖B和C）不同于在CYP46活性部位的構象。

煙曲霉與哺乳動物CYP51的區別

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底物主要的結合區域。

煙曲霉CYP51的結構特點與藥物活性的關系

煙曲霉CYP51B結構有兩個獨特不同于其他種的特點，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環的不同位置改變了酶底物接入通道的形狀，因此，配體進入的通道看起來更像是一座橋，延伸進入P450上表面的長裂縫，而原生動物和人類CYP51酶像一個小圓孔，僅在分子遠端側可見。伏立康唑-酶復合物中，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閉狀態。在兩種復合物中，在真菌P450分子遠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），較長的結構（如泊沙康唑）需要限制通道入口的運動，因此加強了抑制作用。更重要的是，煙曲霉CYP51的結構特征提示，FG環片段在所有CYP51酶中起到了門控作用，開放使底物（配體）進入活性部位，當復合物獲得最佳能量構象時關閉。

P450表面近端的β5-bundle：

其作用尚不清楚，但在其他P450家族中至今沒有發現類似的結構。