法尼醇x受体的研究进展

法尼醇x受体的研究进展

法尼醇x受体（rxr）是核受体超家族的成员，主要分布在肝脏、胆囊、肾和肾上腺等组织和器官。FXR的命名来源于1995年的一项研究,该研究发现这个受体可以被法尼醇(farnesol)及其中间代谢物所激活,事实上法尼醇激活FXR的活性非常弱,并且要在超生理浓度下才能激活FXR。1999年,3个研究小组同时独立地发现胆汁酸(bileacids)在生理浓度下能激活FXR,从而证明FXR是胆汁酸的受体。胆汁酸具有多种生理功能,在脂肪和脂溶性维生素的吸收、转运、分配及胆固醇的动态平衡等过程中发挥着重要作用。FXR作为胆汁酸的受体,通过调控参与胆汁酸代谢的基因表达来维持胆汁酸在体内的平衡。最近还发现,FXR在葡萄糖的动态平衡和胰岛素抵抗等方面也发挥着重要功能。因此FXR有望为高胆固醇血症、胆囊结石病、高甘油三酯血症、胆汁淤积肝病和糖尿病等疾病的治疗提供新的方向。自1999年发现胆汁酸能激活FXR,从而产生多种生理功能以来,寻找具有选择性和高活性的FXR配体便成为一个研究热点。近几年,FXR新型激动剂和拮抗剂的发现和优化以及晶体结构解析等方面都有了突破性进展,为基于FXR的新药开发提供了新的思路。本文综述了FXR在激动剂和拮抗剂研究上的最近进展,着重分析了激动剂的类型和构效关系,并比较分析了FXR复合物的晶体结构特征。1fr激动剂FXR的激动剂按结构可分为甾体类和非甾体类激动剂。以此分类,本文将对代表性的化合物及其构效关系进行介绍。1.1体类fr激动剂1.1.1cdca的c-17位取代衍生物活性鹅脱氧胆酸(chenodeoxycholicacid,CDCA,化合物1)是迄今发现的活性最强的FXR天然配体胆汁酸,其EC50为10~50μmol·L-1。2002年Pellicciari等报道了第一个合成的高活性甾体类FXR配体6-乙基鹅脱氧胆酸(6ECDCA,化合物2),其胞外的活性EC50值达到99nmol·L-1,细胞水平的活性为85nmol·L-1。大鼠体内的实验结果表明,6ECDCA有降低胆固醇的活性。自6ECDCA被发现和报道以来,它就成为研究FXR功能的工具化合物之一。为进一步研究CDCA的构效关系,2004年Pellicciari等报道了CDCA的A/B环和C-17位侧链结构修饰的衍生物。研究发现,A环3位的羟基对活性的影响较小,而B环6位的取代对化合物的活性影响较大。当6位用疏水性的脂肪链基团(如丙烯基、丙氰基)取代时,衍生物活性比母体化合物CDCA活性略有提高;当6位用亲水性基团(如丙醇、羟基、甲氧基等)取代时,化合物活性明显降低。这可以归因于FXR结合口袋的疏水性本质。当亲水性基团结合在疏水性口袋时,需要更多的去溶剂化能稳定其结合。C-17位侧链取代的构效关系则相对复杂。当22位或23位引入羟基后,衍生物活性均有下降。在22位和23位的取代环丙化后,活性有不同程度的下降,说明在C-17位伸展型的侧链有利于活性的提高。另外,C-17位的羧基被其他的能提供氢键受体的基团(如磺酸基)取代后能维持其活性;将C-17位侧链的羧基(-COOH)用氨基(-NH2)取代后(化合物3,NCDCN),其活性和效力(efficacy)和CDCA几乎相当。不过,这些系列化合物均只报道了细胞外的活性,而没有细胞水平的实验。基于FXR与CDCA晶体复合物的结构分析,Pellicciari等发现CDCA的C-17位侧链的结构改变可能和FXR选择性调节下游靶基因功能相关。基于这种思想,在化合物3(NCDCN)的基础上,Pellicciari等设计合成了一系列CDCA的C-17位取代衍生物,并测得了它们的胞外和细胞水平的活性。活性实验测试发现,所设计合成的8个衍生物均有较好的胞外活性,活性好于CDCA。细胞水平的实验进一步发现,4a和4f是激活活性高于CDCA的完全激动剂,而4b~4e是FXR的部分激动剂。由于CDCA的C-17位取代衍生物,既能得到完全激动剂,又能得到部分激动剂,因此,这一类型的衍生物有望开发成为FXR的选择性调节剂。Gioiello等最近在上述化合物4h的基础上,进一步在4h的B环的6位引入6α-乙基,以期增强化合物的活性。所设计的新化合物5,用Alphasceen方法测得的胞外活性EC50值为0.15μmol·L-1,高于6ECDCA(EC50为0.20μmol·L-1),并且其结合效力也高于6ECDCA。细胞水平的实验表明,化合物5是一个完全激动剂,激活活性和6ECDCA相当。分子对接模拟实验发现,化合物4h和化合物5以相似的模式结合在FXR的口袋,但化合物4h主要稳定螺旋3,而化合物5主要稳定螺旋12,这可能是FXR部分激动剂和完全激动剂不同的激活机制所在。1.1.2化合物的筛选2008年Merck公司的Soisson等报道了一个高活性的FXR激动剂MFA-1(化合物6)。通过高通量筛选技术,作者筛选了约100万个化合物的库,最终发现了化合物MFA-1具有较高的FXR胞外活性,其EC50约为16.9nmol·L-1。晶体结构表明,尽管MFA-1和6ECDCA有类似的4个环结构,但它们在FXR口袋的作用模式则完全不同(具体分析见3.2部分)。1.2非体型fr激动剂1.2.1结构改造对化合物活性的影响2000年Maloney等报道了第一个高活性的非甾体FXR激动剂GW4064(化合物7),用荧光共振能量转移(fluorescenceresonanceenergytransfer)法测得胞外激活活性(EC50=15nmol·L-1);其在细胞水平的EC50值为90nmol·L-1。由于GW4064具有对FXR的高活性和高选择性,自其被发现以后就成为探索FXR功能的工具化合物。虽然GW4064在细胞外和细胞水平均有非常高的FXR激活活性,但体内实验发现,GW4064在大鼠体内很快被代谢,半衰期非常短。另外,由于其结构含有二苯乙烯基团,具有潜在毒性。这两点限制了其成药性。近几年,为了优化GW4064的药代性质,有多个衍生物的合成相继被报道。来自GlaxoSmithKline(GSK)公司的AkwabiAmeyaw等将GW4064结构中的乙烯苯甲酸基团用萘甲酸取代,并将中间苯环的氯用氢取代,这样既保持了化合物的刚性,又避免了二苯乙烯基团。构效关系分析显示,当甲酸在1位或2位时,化合物具有较高的胞外和细胞水平的活性,其中甲酸在1位取代时(化合物8,GSK8062),其活性和GW4064相当,细胞水平的EC50值达到了68nmol·L-1(参考化合物GW4064为65nmol·L-1)。当甲酸在3位或4位时,化合物的胞外和细胞水平的活性分别下降约8和40倍。作者通过FXR与GW4064和GSK8062的晶体复合物结构分析发现,这两个小分子化合物中的羧基能和FXR第5螺旋上的Arg331形成稳定的氢键作用。根据这种结合模式,作者推测当甲酸在3位或4位时,就不能和Arg331形成氢键,从而导致其激活活性的降低。在GW4064基础上,通过结构改造而得到的化合物GSK8062,虽然避免了有潜在毒性的二苯乙烯基团且其活性和GW4064相当,但也存在一些不足,如水溶性以及在大鼠体内的口服利用度较差等。为了提高其溶解度以及药代性质,GSK公司的Bass等对GSK8062进行了结构改造,将萘环替换成芳香杂环,以期提高亲水性。当萘环上的1位或3位用氮取代,即喹啉或异喹啉取代时,化合物具有较高的FXR激活活性,其中喹啉衍生物(化合物9,GSK2324)的细胞水平活性EC50值为50nmol·L-1。当在化合物GSK2324的萘环4位进一步用疏水性的甲氧基、乙氧基、苯氧基等基团取代时,各衍生物能保持较高的FXR激活活性,甚至活性有一定程度的提高。根据FXR与GSK2324的复合物晶体结构分析,萘环的4位所对应的是疏水性的空腔,能容纳疏水性的基团。虽然这些化合物的活性有一定程度的提高,但由于疏水性基团的引入,导致水溶性降低。FXR与GW4064及其类似物GSK8062、GSK2324的复合物晶体结构显示,其位于一端的羧基基团与FXR的Arg331残基形成静电及氢键作用,并且这些作用对于保持化合物的活性至关重要。因此GSK的Akwabi-Ameyaw等在GSK8062和GSK2324化合物的基础上,将萘环或喹啉环中的其中一个6元环改造成5元环,并研究了羧基的取代位置对化合物活性的影响:(1)当萘环改造为苯并咪唑环,且羧基取代与中间的苯环呈约90°时,化合物的活性降低约20倍。活性降低的原因可能是羧基位置远离了Arg331残基,从而导致静电作用减弱,并且化合物中有两个氮原子的引入,升高的去溶剂化能减弱了化合物在疏水空腔的结合。(2)当萘环改造成苯并噻吩或者吲哚环(化合物10a和10b),且羧基取代位置与中间苯环呈约150°时,化合物的活性比母体化合物GSK8062略有提高,其胞外和细胞水平的EC50值达到20~30nmol·L-1。这可能是噻吩或吲哚环上的羧基与Arg331的静电作用增强所致。另一种可能就是苯并噻吩或吲哚环上的杂原子和FXR的残基之间形成了氢键作用。(3)当萘环改造成苯并呋喃或苯并吲哚,且羧基位置和中间苯环呈约210°时,细胞水平的EC50值约为110~140nmol·L-1。苯并吲哚衍生物与FXR复合物的结合模式显示,衍生物的苯并吲哚环发生了180°的反转,从而使得羧基与Arg331形成更好的静电作用,且吲哚环的氨与Ser342形成了氢键作用。虽然经过改造后的化合物比母体化合物GSK8062和GSK2324的细胞水平活性要高,但大鼠的体内实验表明这些化合物的半衰期较短,口服利用度较差。基于相同的思路,Akwabi-Ameyaw等将GW4064中间的苯环和乙烯键的近端碳及远端碳连接成环这样制备了两个系列的GW4064衍生物(化合物11和12衍生物)。两个系列的主要区别是:化合物11系列比化合物12系列少一个可以自由旋转的键,这样刚性比化合物12系列衍生物更强。在化合物11系列衍生物中,当成环为噻吩时,均表现出FXR的激动活性;并且甲酸在间位取代的活性比对位要高这可能是由于对位取代时,和Arg331的距离变大从而导致结合力变小。当成环为噻唑时,细胞内激活活性比噻吩降低约6倍;当成环为含氮或者含氧的吲哚或噁唑时,激活活性均有不同程度的下降。一种可能的解释是FXR的结合口袋是由疏水性残基构成这些含有亲水的氮或氧的化合物结合到疏水性的空腔时,需要更多的去溶剂化能。在化合物12系列衍生物中,当成环为吲哚环时,化合物活性比GW4064大约下降2倍,这可能是该系列衍生物具有相对大的柔性,使得吲哚环在FXR的结合空腔发生了一定程度的扭转。FXR与GW4064的复合物晶体结构显示,其异噁唑杂环深入到FXR结合口袋空腔,在异噁唑基团周围还有一定的空间进行进一步结构改造,因此围绕异噁唑的3位和5位取代,合成了多个衍生物。GSK公司的Bass等发现,异噁唑的3位侧链可以进一步延长,在异噁唑环和二氯苯基之间插入2个原子,并选择合适的取代基,衍生物的活性能保持母体化合物的激活活性,甚至略好(化合物13a)。另外苯环上的取代基大小和位置对化合物的活性影响较大。例如,将双取代氯换成单氯取代,或者邻位、间位取代,都会导致化合物活性降低;换成甲基则活性能保持(化合物13b);换成氟和萘则活性降低。由于异噁唑的5位异丙基与周围受体结合较紧密,当用环丁基或环戊基或者较大的3-戊基、异丁基取代异丙基后,活性均有所下降。大鼠体内的药代动力学实验显示,几个活性较好的异噁唑环取代衍生物的口服利用度均很差。基于FXR与GW4064的晶体复合物的结构特征,Roche公司的Feng等将GW4064的二苯乙烯基的端基苯环用氮代吲哚替代,对异噁唑的3位的二氯苯基进行结构改造,导致发现了一个结合活性和物理化学性质均有所提高的氮-氧化吡啶衍生物(化合物14),其胞外活性达到45nmol·L-1(参考化合物GW4064为64nmol·L-1)。针对化合物GW4064的缺陷,Phenex公司的Abel等也对其进行了结构改造。他们对GW4064的改造主要在3个部分:异噁唑环、中间的氯代苯环和二苯乙烯的乙烯基。对乙烯基的改造主要是将乙烯基的靠近中间环的碳用甲基氮取代,并将双键改成单键;中间氯代苯环上的氯用三氟甲基取代,中间环用吡啶取代;异噁唑环上的异丙基用环丙基取代或者不取代。改造后得到两个化合物15a和15b,具有和GW4064相当或略高的胞外和细胞水平的活性。1.2.2结构新活性化合物2003年,Downes等通过高通量筛选方法得到了活性约为5~10μmol·L-1的苯并哌喃骨架化合物。在此基础上,通过对这类化合物的不同区域进行结构优化,最后得到了3个结构新颖且活性高的化合物fexaramine(化合物16,胞外活性EC50为25nmol·L-1)、fexarine(化合物17,EC50为38nmol·L-1)和fexarene(化合物18,EC50为36nmol·L-1)。细胞水平的实验同时表明,这3个化合物能明显激活FXR。而且,fexaramine、GW4064和CDCA能选择性地调节下游的靶基因。这为开发选择性的FXR调节剂提供了坚实的依据。1.2.3取代甲基及苯环的氟Exelixis公司的研究人员利用高通量筛选技术从Exelixis公司的数据库筛选得到一类新的FXR激动剂,即氮杂并吲哚类化合物19,其细胞水平的活性约为0.6μmol·L-1。经过对化合物19骨架进行结构优化,Exelixis和Wyeth公司的Flatt等发现,当和酯基相连的乙基被异丙基取代,且右侧的苯环4位连有氟时,其细胞水平活性和激活效力都有提高。进一步结构优化发现,当氮杂环上连有双取代的甲基,以及苯环的3,4位都被氟取代时,得到的化合物(化合物20,XL335)活性最高,其细胞水平活性EC50达到4nmol·L-1。大鼠的体内试验表明化合物XL335具有较高的口服利用度,有较好的降低胆固醇和甘油三酯的效果。虽然化合物XL335的体内和体外的活性均相当高,但其水溶性差,口服时需要借助植物油。为了改善其物理化学性质,Wyeth公司Lundquist等对XL335进行了结构改造。构效关系研究表明,XL335右侧苯环的取代基性质以及取代基和苯环之间的连接原子数对活性影响较大。在苯环的对位连有吗啉环,且吗啉环与苯环之间有一个或两个碳相连时,能得到中等活性和效力的衍生物。如果在取代基与苯环之间再插入一个氧,则同样是对位取代的吗啉衍生物,活性较好。相应的间位取代以及将吗啉环换成更碱性的其他取代基,则活性会下降。在XL335吲哚环的8-位或9-位引入氟取代,则会提高化合物的肝微粒体稳定性。综合构效关系研究结果,最后得到了两个物理化学性质优于XL335的化合物21a和21b。尽管这两个化合物相对于XL335的活性有了6倍下降,但其水溶性有了显著改善。在大鼠和猴体内试验结果表明,这两个化合物在大鼠体内能以剂量依赖的方式降低低密度脂蛋白;化合物21b在猴体内能降低胆固醇、低密度脂蛋白以及极低密度脂蛋白。这是第一个在灵长类动物体内表现出降脂活性的FXR激动剂。1.2.4化合物32a16b的合成Roche公司的Richter等利用高通量筛选技术,从Roche公司的化合物数据库筛选得到了一类苯咪唑基酰胺类化合物,具有较好的FXR激活活性。通过改变化合物R1、R2和R3部位的取代基,得到了以下的构效关系:当R2和R3均为环己基,R1为4-氯苯基时,衍生物22a的活性最好,达到0.07μmol·L-1(参考化合物GW4064为0.11μmol·L-1);当R1为氰基或甲磺酰基等极性基团时,衍生物的活性下降。当R1为4-氯苯基,R3为环己基,R2由环己基改变为2-甲丁基、4-四氢吡喃基等,活性均比R2为环己基时要低。当R1为4-氯苯基,R2和R3为环己基,在苯咪唑基团的苯环6-位引入甲氧基、双甲氨、羟甲基等基团时,活性比没有修饰时要低,但在苯环5,6位分别引入氟和氯时,活性有了明显提高,达到0.013μmol·L-1(化合物22b)。不过其细胞水平的激活效力只有参考化合物GW4064的43%,因此这类化合物都是FXR的部分激动剂。小鼠体内的试验表明,化合物22b具有和GW4064几乎相同的降低胆固醇、低密度脂蛋白以及甘油三酯的作用。1.2.5神经酶fps活性本文作者所在研究组利用虚拟筛选技术,基于FXR和fexaramine的晶体结构模型,发现了化合物23能明显激活FXR,其EC50约为5.15μmol·L-1。对其结构进一步修饰,并测得细胞水平的FXR激活活性。结果表明,B环3位的甲基可以被氟取代,但如果被三氟甲基取代,则活性会有所下降。1位N的苯基可以被较大的基团取代,如硝基苯、氟苯氧基或苯氧基等取代,其中1位N上连有4-氟苯氧基时,化合物活性最高(EC50为1.86μmol·L-1)。1.2.6结构的mbr药分法最近,Schuster等根据FXR与不同类型激动剂的复合物晶体结构,构建了多个基于结构的FXR药效团模型。基于这些药效团模型,虚拟筛选了ChEMBL、DrugBank、NCI等小分子数据库,得到了8个化合物。经过FXR细胞水平的测试,其中化合物24和25具有较好的FXR激活活性,其EC50值分别为3.15和16.8μmol·L-1。2靶向fbr药物设计的方向由于FXR参与调节胆汁酸代谢通路的多个基因,完全激活FXR,可能会导致生理功能相反的基因同时表达,这样就会产生不期望的副作用。例如:研究已经发现,虽然激活FXR会降低血浆中甘油三酯和胆固醇的浓度,但同时会降低高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)的浓度。激活FXR虽然能诱导抑制因子SHP(smallheterodimerpartner)的表达,抑制胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)活性,从而抑制胆汁酸的生物合成,达到治疗胆汁淤积等肝病的目的;但同时也会抑制多药耐受相关蛋白4(multidrugresistanceassociatedprotein4)的表达,从而加剧肝损伤。基于FXR调控靶基因的复杂性以及为克服FXR完全激动剂所导致的副作用,最近有研究组陆续报道发现FXR的拮抗剂,并认为这可能是靶向FXR药物设计的另一个方向。从天然产物中得到的化合物26(guggulsterone)是第一个被报道的具有FXR拮抗活性的化合物,但随后被证明是FXR的部分激动剂,同时它也作用于核受体PXR,不具有选择性。另外,这个化合物只是在实验大鼠身上表现出降脂效果,人体实验并没有效果。因此guggulsterone并不是一个真正意义上的FXR拮抗剂。2006年Kang研究组报道了一类从韩国南海海绵中分离得到的二倍半萜类化合物,具有拮抗FXR的活性。由50μmol·L-1CDCA存在的细胞共传染实验结果表明,化合物27a~27e的IC50值为8.1~81.1μmol·L-1之间,并且没有表现出明显的细胞毒性。简单的结构比较发现,化合物C-12和C-24位的乙酰基对化合物的拮抗活性有重要影响。2011年同一研究组又报道了一类从韩国海洋生物瘤状菊海鞘中分离得到的萜类天然产物,在细胞水平表现出拮抗FXR的活性。其中,化合物28在胞外和细胞水平的实验中,均表现出拮抗由CDCA引起的FXR转录活性,其细胞水平的活性IC50为3.9μmol·L-1,并且完全没有细胞毒性。2007年Kainuma等报道了一类非甾体化合物具有拮抗FXR的活性。作者利用FXR的高活性激动剂GW4064为结构模板,对GW4064不同部位进行结构改造,以期发现FXR的拮抗剂。将GW4064的苯甲酸的酸性基团替换成二级或三级氨衍生物,得到的化合物依然具有激动活性,而没有拮抗活性。将GW4064两个苯环之间的乙烯基替换成酰胺基或取代的酰胺基,同样没有拮抗活性。如果GW4064的异噁唑环3-位二氯苯基用萘基或双苯基取代,激动和拮抗活性均消失。将GW4064的异噁唑5位的异丙基用较大的基团如萘基和双苯基取代,得到的化合物29a~29c具有弱的拮抗FXR活性,其IC50约为22~32μmol·L-1之间。进一步将上述两个化合物中的乙烯键替换成酰胺键,则拮抗活性提高到3.7~4.0μmol·L-1左右(化合物29d、29e)。Sepe等最近报道了一类从海洋生物蛇尾海星中分离得到的天然产物——磺化多羟基甾体化合物具有拮抗FXR的活性。分离得到的8个天然产物都有3α,21-双磺酸基-4α-羟基取代,基本可以分为两类:一类在C-17位只有简单的侧链取代,另一类在C-17位的侧链进一步有支链取代。体外细胞水平测试表明,化合物30具有最强的FXR拮抗活性,能以浓度依赖的方式在100μmol·L-1时,拮抗CDCA诱导的约80%的FXR转录活性。另外,实验还发现,化合物30能选择性地调节FXR下游的靶基因,因而是研究FXR功能的一个很好的工具化合物。3群体结构发生基因突变FXR具有典型的核受体的结构:一个位于氮端的DNA结合区(DNAbindingdomain,DBD)和一个位于碳端的配体结合区(ligandbindingdomain,LBD)。FXR通常需要与视黄醇X受体(RXR)形成二聚体而发挥生理功能。当有合适的配体结合到LBD后,引起FXR的激活功能区2(activationfunction-2,AF2)即螺旋12(helix12)的蛋白构象发生变化,导致辅助遏制物(co-repressor)的释放,并启动共激活因子(co-activator)靠近DNA结合区从而调节靶基因的转录。因而AF2被认为是核受体的一个调节开关。迄今为止,已有多个FXR的LBD与激动剂的复合物晶体结构被报道,这些结构进一步阐明了FXR激动剂的作用机制,并为激动剂的进一步结构优化提供了依据。3.1抗b6ecdca和trp的结合2003年Rastinejad研究组发表了第一个FXRLBD的晶体结构,这个结构是鼠FXR的LBD与6ECDCA的复合物。晶体结构显示,螺旋12(H12)处于激动构象,即横于H3、H4以及H11形成的一个凹槽内。处于激动构象的H12又与H3及H4构成了一个结合平台,以利于激活因子结合。激动剂6ECDCA的A环垂直于BCD环形成的平面,呈L型结合于FXR疏水空腔,其结合模式相当独特(图1A)。6ECDCA将其A环朝向H12,其A环3位的羟基和H11上的His444形成氢键;其D环侧链的羧基与H5上的Arg328形成氢键。这种结合模式和雄激素、雌激素、孕酮等甾体类化合物在其相应受体结合方式完全不同。在这些受体中,甾体化合物是D环朝向H12,A环朝向H5,其结合取向和6ECDCA相反。除了前面所形成的两个氢键,6ECDCA位于B环的7位羟基还与H7上Tyr366形成氢键作用。另外,位于H11上的His444,其咪唑环垂直于H12的Trp466的吲哚环,能形成阳离子-π作用。这种His-Trp作用在其他核受体如肝X受体(liverXreceptor,LXR)中也存在,并被认为是激活AF2功能区的分子开关。尽管6ECDCA没有和H12有直接的相互作用来稳定H12的激活构象,但6ECDCA与His444有直接的氢键作用,通过His444的作用传递,从而稳定H12的激动构象。但分子动力学模拟结果表明,在缺乏6ECDCA和共激活因子的情况下,H12的构象发生显著变化,会严重偏离复合物晶体结构中的激活构象,因此单单His-Trp之间的相互作用,还不足以稳定H12的构象。3.2在形成氢键作用的方面的应用MFA-1和6ECDCA都是含有4个环的甾体结构,但MFA-1在FXR空腔的结合取向和6ECDCA截然相反。MFA-1D环朝向H12,A环朝向H5。MFA-1的这种结合取向,和雄激素、雌激素、孕酮等化合物在其相应受体内的结合模式比较相似。位于MFA-1的A环3位羧基与H5上的Arg331(对应于FXR-6ECDCA复合物中的Arg328)形成氢键作用(图1B)。通过一个水分子的介导,3位羧基还与H3上的His294形成一个氢键网络。与MFA-1的D环连接的羟苯氧基插到FXR疏水口袋的内部,其中醇羟基的氧与H3上T288形成直接的氢键作用,而苯氧基上的氧则与His447形成弱的氢键作用(O与ND的距离为0.357nm)。MFA-1的其余部分则和FXR结合口袋的疏水性残基形成强的疏水作用,以稳定MFA-1的结合构象。3.3阿利克仑的结构和构迄今为止,已有8个GW4064及其衍生物与FXR的复合物晶体结构被解析发表[13,14,15,16,17,18,19]。这8个化合物由于结构基本相似,因此在FXR空腔的结合模式也基本相同。GW4064一端的羧基和受体H5上的Arg331形成氢键和静电相互作用。异噁唑环与Trp469(相应与FXR-6ECDCA复合物中的Trp466)形成“边对面”(edge-to-face)的堆积作用,而异噁唑环上的氮与H11上的His447形成一弱的氢键相互作用(N与ND之间的距离为0.359nm)(图2)。这两个氢键作用模式基本和甾体类化合物6ECDCA以及MFA-1相类似。在GW4064衍生物之间,由于取代基团的不同,在FXR空腔的结合模式局部略有差异。例如,GSK8062和GW4064的结构差异在于:GW4064的一端的苯乙烯基被GSK5062中的萘基取代,且羧酸在1-位取代,因此导致羧基和萘环之间呈约90°,只有一个氧与Arg331形成氢键作用。而在GW4064的结合模式中,羧基与中间苯环呈共平面的结构,因此羧基的两个氧都能和Arg331发生氢键和静电作用。同样,当GW4064异噁唑环上的二氯苯环和异噁唑之间插入两个原子时,所形成的衍生物由于侧链的延长而导致侧链和异噁唑环之间形成一定程度的弯曲,因此使得异噁唑环平面偏离了原来的位置。分析所有GW4064与衍生物的复合物晶体结构发现,结构的衍生只是使得小分子的结合模式有少许差异,并没有显著改变FXR的残基构象。3.4连苯氨基的基氧和双键作用Fexaramine的结构和上述两个甾体以及GW4064有较大的差异,因此其在FXR空腔的结合模式也有显著不同。Fexaramine呈T型结合在FXR口袋,环己基部分朝向H5和H6;甲氧酯基部分嵌在H3和H6形成的凹槽中;连苯氨基部分则插入到FXR疏水空腔的内部,朝向H11和H3(图3)。和环己基相连的羰基氧与H3上的His298以及H5上的Ser336形成两个氢键作用。除了这个氢键,Fexaramine主要靠与残基的疏水作用而稳定在FXR的结合口袋。与6ECDCA、MFA-1以及GW4064的作用模式明显不同的是,Fexaramine既没有和Arg331形成氢键,也没有基团和His447有氢键作用。另外,由于环己基伸向H2部位,使得H2靠近溶剂相导致柔性变大,因此在晶体结构中H2的坐标缺失。3.5内部的疏水性氮杂并吲哚类化合物XL335是个三环化合物,其与FXR的复合物晶体结构(图4)显示,其疏水性的吲哚环朝向H3和H12,伸入到FXR的结合空腔内部,与FXR内部的残基发生疏水性结合。XL335的二氯苯环则朝向H2和H5,与这两个螺旋上的残基形成疏水作用。XL335氮杂环与苯环之间的羰基氧则与H7上的Tyr373形成氢键结合,而异丙酯基上的羰基氧则与H3上的Ala295主链氮形成直接氢键。与fexaramine相类似,XL335也没有和Arg331以及His447有氢键作用,并且XL335也没有和H12直接相互作用,因此可能有另外的作用来稳定H12的激活构象。3.6化合物的苯咪唑环苯咪唑基酰胺类化合物是FXR的部分激动剂,目前已有7个苯咪唑基酰胺类的衍生物和FXR复合物晶体结构(图5)被报道。这些化合物结合模式基本相似,呈十字交叉型结合在FXR口袋。化合物的苯咪唑环朝向H5和H2,这部分与XL335的作用方式相似。与苯咪唑环相连的4-氯苯基则伸向FXR的疏水空腔内部,并且氯苯环的平面与苯咪唑环的平面垂直成约90°。与1位N相连