新藥研發集運氣與智力于一體，它涉及偶然發現、大膽假設、小心求證、產品開發及療效考察等多個步驟。
伏立諾他（vorinostat）是一種組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）抑制劑，通過干擾去乙酰化酶的活性達到治療目的。2006年10月6日美國FDA批準伏立諾他上市用于治療皮膚T細胞淋巴瘤（cutaneous T-cell lymphoma, CTCL）。
伏立諾他的研發始于科研人員偶然發現二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide, DMSO）具有誘導白血病細胞分化的作用。科研人員從DMSO這個最簡單的分子開始，通過大膽假設和科學求證，最終成功研發出了第一個HDAC抑制劑。
苗頭化合物的發現
Friend團隊在研究小鼠紅白血病細胞（murine erythroleukemia cell, MELC）轉染的抑制作用時發現，在含有低濃度DMSO的細胞培養液中約有三分之二的癌細胞的顏色變成紅色。于是他們猜想DMSO可能刺激MELC分化，繼而提高了血紅蛋白的濃度，減少了細胞的惡化，故癌細胞顏色變紅。因此，科研人員以DMSO為起始物進行伏立諾他的研發。
圖1. DMSO
先導化合物的發現
隨后Breslow課題組對DMSO進行了相應的構效關系研究，并從DMSO擴展到與其類似的極性化合物，研究發現以下化合物1-12均具有DMSO誘導MELC分化的類似作用。
圖2. 極性化合物1-12
科學家假設，細胞在合成DNA時，這類極性化合物可能改變了DNA或DNA-蛋白質復合物的構象，從而致使細胞在傳染及分化過程中發生改變。
為了進一步提高化合物的誘導活性，研究者以化合物5為起始物，設計并合成了一系列化合物5的二聚化物，欲通過增加化合物的極性基團以增加其與未知標靶的結合能力。活性測定結果顯示，最簡單的雙酰基乙二胺13的活性并未強于化合物5，但是當二聚物之間的鏈長增加到5-8時，其活性則顯著增強，且在低濃度下亦有較高的誘導活性。然而當鏈長為7-8時，其有明顯的細胞毒活性，而當鏈長為5-6時既有較高的誘導活性且不產生細胞毒活性，且六亞甲基雙乙酰胺14（hexamethylene bisacetamide, HMBA）有最高的誘導活性。后期篩選發現，化合物14為活性和毒性之間有顯著區分的優選分子，為第一個里程碑式的化合物。
圖3.化合物13和14
雜合的雙功能基的異羥肟酸
雖然對雙酰胺類化合物誘導細胞分化的作用靶標仍不明確，但是前期研究已經證明，兩個酰胺基團是化合物的優化結構。所以研究者進一步猜測，這兩個酰胺基團可能通過與金屬離子螯合或形成氫鍵而起藥理活性的作用，故研究者利用異羥肟酸片段來替換酰胺基以進一步增強化合物與金屬的螯合力或增加氫鍵結合的機會，因此合成了一系列雙異羥肟酸化合物。考察了柔性連接基、剛柔并濟的連接基以及剛性連接基對活性的影響。
圖4. 雙異羥肟酸類化合物
RESEARCH構效關系研究發現
(1) 用異羥肟酸片段來替換酰胺基后，衍生物的活性顯著增強，其中辛二酸雙異羥肟酸16的活性最高，約為HMBA的100倍以上；
(2) 連接基庚二酸和壬二酸的雙異羥肟酸（分別為15和17）的活性較化合物16低，且將連接基縮短后活性更低；
(3) 在酰基的α位引入甲基（如化合物18和19）后活性消失，這可能與位阻有關；
(4) 對甲苯二異羥肟酸21的活性與化合物16的活性相當，而間苯二異羥肟酸22則無活性，單個或三個異羥肟酸亦無活性；
(5) 在化合物21的基礎上各嵌入一個亞甲基得到的化合物23則活性消失，但各嵌入兩個亞甲基后的化合物24活性恢復，但是若引入雙鍵則化合物25和26活性顯著增強。
微小的結構變動引起活性的劇烈變化，提示化合物與靶標結合的精準性與復雜性。研究者進一步篩選了活性較強的衍生物對HL-60和HT-29細胞的誘導分化活性，結果表明，化合物16的活性最好。
伏立諾他的發現及批準上市
由于羥肟酸是強效的金屬螯合基團，但是同時存在兩個強效的螯合基團可能非必需，因此研究者用一個極性基團將其置換，合成了600多個化合物。但在結構變換過程中，考慮若用非極性疏水基團替換羥肟酸則可利用酶或受體活性部位的疏水腔或裂隙發生疏水?疏水相互作用以增強活性，從而得到了活性更高的衍生物27。后期活性測定發現，衍生物27對HDAC1 和 HDAC3 的抑制活性IC50達到 1-5 nmol·L-1。體外實驗表明衍生物27對多種腫瘤細胞具有較強的抗增殖和促凋亡的作用，并可抑制血管的生成，且與其他的抗腫瘤藥物表現出顯著的協同作用。藥代動力學實驗表明，衍生物27的藥物半衰期t1/2為2小時，且與血漿蛋白的結合率高達71%。2007年衍生物27被美國FDA批準用于治療復發性皮膚T細胞淋巴瘤，伏立諾他就此誕生。
圖5. 伏立諾他
伏立諾他的問世可以說創造了奇跡，它是在靶標及作用機制均不清楚的情況下，完全依靠最傳統的構效關系研究，經過一步步的摸索最終上市。
參考文獻1.Charlotte Friend, William Scher, J. G. Holland, etc. Hemo-globin synthesis inmurine virus-induced leukemic cells in vitro: stimulation of erythroid differentiation by dimethyl sulfoxide. J. PNAS, 1971, 378-382.2.Paul A. Marks,Richard A. Rifkind,Ronald Breslow, etc. Novel potent inducers of terminal differentiation and methods of use thereof. P. United States, 07/522558, 1992.3.Richard Campbell, Eric Sanchez, Jeffrey Steinberg, etc. The potent histone deacetylase inhibitor vorinostat, in combination with melphalan, markedly enhances the anti-myeloma effects of chemotherapy in vitro and in vivo. J. Cancer Research, 2008, 12-16.