药学学报

Compd.	IC₅₀ /nmol·L^-1	clogD /pH 6.5
3	5	4.48
6	88	2.85
7	43	1.06

Compd.

Structure

IC₅₀ /nmol·L^-1

clogD /pH 6.5

4.48

2.85

1.06

Compd.	IC₅₀ /nmol·L^-1	clogD /pH 6.5
3	5	4.48
6	88	2.85
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IC₅₀ /nmol·L^-1

clogD /pH 6.5

4.48

2.85

1.06


8	103	1.82	< 7.6
9	45	1.62	< 7.6
10	35	1.48	17.9
11	5	3.18	21.3
12	20	3.06	25.4
13	5	2.06	< 12.8
14	72	2.24	Not test
15	191	1.64	29.4

Compd.

IC₅₀ /nmol·L^-1

clogD /pH 6.5

CL /μL·min^-1·kg^-1

103

1.82

< 7.6

1.62

< 7.6

1.48

17.9

3.18

21.3

3.06

25.4

2.06

< 12.8

2.24

Not test

191

1.64

29.4


8	103	1.82	< 7.6
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13	5	2.06	< 12.8
14	72	2.24	Not test
15	191	1.64	29.4

Compd.

IC₅₀ /nmol·L^-1

clogD /pH 6.5

CL /μL·min^-1·kg^-1

103

1.82

< 7.6

1.62

< 7.6

1.48

17.9

3.18

21.3

3.06

25.4

2.06

< 12.8

2.24

Not test

191

1.64

29.4

Animal	CL/μL·min^-1·kg^-1	V_ss	t_1/2/h	F/%
Rat	31	4.8	1.4	33
Dog	3.9	4.3	2.9	68

Animal

CL/μL·min^-1·kg^-1

V_ss

t_1/2/h

F/%

Rat

4.8

1.4

Dog

3.9

4.3

2.9

Animal	CL/μL·min^-1·kg^-1	V_ss	t_1/2/h	F/%
Rat	31	4.8	1.4	33
Dog	3.9	4.3	2.9	68

Animal

CL/μL·min^-1·kg^-1

V_ss

t_1/2/h

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Rat

4.8

1.4

Dog

3.9

4.3

2.9

作用于刺猬信号通路的Smo受体首创性药物格拉德吉

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郭宗儒

药学学报 | 新药发现与研究实例简析 2023,58(6): 1722-1724

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药学学报 |新药发现与研究实例简析 2023 , 58 (6) : 1722 -1724

作用于刺猬信号通路的Smo受体首创性药物格拉德吉

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郭宗儒

作者信息

中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 北京 100050

Affiliations

出版时间: 2023-06-12 doi: 10.16438/j.0513-4870.2019-0386

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引用本文

郭宗儒. 作用于刺猬信号通路的Smo受体首创性药物格拉德吉. 药学学报, 2023 , 58 (6) : 1722 -1724 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2019-0386

. Acta Pharmaceutica Sinica, 2023 , 58 (6) : 1722 -1724 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2019-0386

正文

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新药创制是复杂的智力活动, 涉及科学研究、技术创造、产品开发和医疗效果等多维科技活动。每个药物都有自身的研发轨迹, 而构建化学结构是最重要的环节, 因为它涵盖了药效、药代、安全性和生物药剂学等多重性质。本栏目以药物化学视角, 对有代表性的药物的成功构建, 加以剖析和解读。

辉瑞公司研制的格拉德吉, 是以干扰刺猬信号通路为靶标治疗急性髓性白血病的首创性药物, 在多个单位致力于研发Smo受体抑制剂中, 成为全球第一个上市的药物。当今处于临床研究状态的Smo抑制剂结构类型归属于两类: 天然活性物质环巴胺的类似物和苯并咪唑联苯胺类的合成化合物。本品是以苯并咪唑联苯化合物为先导物, 通过改变苯环为哌啶连接基, 用构效分析和试错反馈调整分子结构和构象, 优化活性-药代-物化性质而成功的。(编者按)

1 靶标与研发背景

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1.1 刺猬信号通路

刺猬信号通路(hedgehog signaling pathway, Hh) 是哺乳动物调控蛋白引发的信号传导, 该蛋白在突变的果蝇胚胎中呈多毛团状, 酷似受惊刺猬而得名。人体存在3种Hh同源基因: sonic hedgehog (SHH)、Indian hedgehog (IHH) 和desert hedgehog (DHH), 分别编码Shh、Ihh和Dhh蛋白。

Hh信号传递受控于两种膜受体: patched (Ptc) 和smoothened (Smo) 受体。Ptc由肿瘤抑制基因patched编码, 能与Hh直接结合, 对信号起负调控作用; Smo由原癌基因smothened编码, 同源于G蛋白偶联受体, 跨膜区氨基酸序列高度保守。C端位于细胞内, 末端的丝氨酸与苏氨酸残基为磷酸化部位, 蛋白激酶催化磷酸基的结合。Smo是Hh信号传递所必需的受体。底物或激动剂激活Smo受体引起Gli1、Gli2和Gli3等3种转录因子的激活, 最终导致细胞增殖; Smo基因发生突变时, 可出现与Hh基因突变相同的表征。

在正常情况下, Ptc抑制跨膜的Smo蛋白活性, 从而抑制下游通路和靶基因的转录。当Ptc发生突变或缺失时, 或是Smo突变导致对Ptc的抑制作用不敏感而致使基因活化, 则Hh信号通路失控。Hh信号通路失调可引起多种癌症发生, 因此, Smo受体拮抗剂成为治疗癌症的潜在靶标。

就刺猬信号通路的作用本质而言, 是刺猬蛋白与受体之间的蛋白-蛋白相互作用, 本项目研发的小分子抑制剂是对Smo受体的活性抑制, 用产生Gli蛋白量表征对Smo的抑制强度。

1.2 研发背景

最早研究的Smo受体抑制剂是从加州藜芦(Veratrum californicum) 分离的生物碱环巴胺(1, cyclopamine), 1作为化学生物学的工具药证明是Smo受体的拮抗剂并阐明了在Hh信号通路中的作用, 还作为临床前药物研究模型的对照药(Taipale J, Chen JK, Cooper MK, et al. Effects of oncogenic mutations in smoothened and patched can be reversed by cyclopamine. Nature, 2000, 406: 1005-1009)。

Infinity公司基于1为先导物做结构优化得到萨利德吉(2, saridegib), 是D环扩为七元环的类似物, 已进入临床研究(Peukert S, Miller-Moslin K. Small-molecule inhibitors of the hedgehog signaling pathway as cancer therapeutics. ChemMedChem, 2010, 5: 500-512)。

最早发现人工合成的Smo抑制剂是2-苯基咪唑化合物3, 一些公司以这个联芳基分子为先导物, 进行了广泛的研究, 同处于临床阶段的有基因泰克公司的维莫德吉(4, vismodegib) (Dlugosz A, Agrawal S, Kirkpatrick P. First-in-class inhibitor of the hedgehog signalling pathway approved in the United States for the treatment of basal cell carcinoma. Nat Rev Drug Discov, 2012, 11: 437-438) 和诺华公司的索尼德吉(5, sonidegib) (Pan W, Wu X, Jiang J, et al. Discovery of NVP-LDE225, a potent and selective smoothened antagonist. ACS Med Chem Lett, 2010, 1: 130-134)。4和5都保留了联芳基酰胺的骨架结构。

2 生物学评价

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体外评价化合物活性是将载有荧光素酶的Gli蛋白的基因转染到小鼠C3H10T1/2细胞, 细胞培养基中加入一定量的Smo受体激动剂, 再与不同浓度的受试物温孵, 测定由于抑制Smo受体而改变的荧光强度, 作为表征Gli蛋白的生成量, 确定受试物的50%抑制Smo活性的摩尔浓度(IC₅₀)。

评价化合物的代谢稳定性是与大鼠和人肝微粒体温孵, 计算受试物的大鼠或人肝清除率(CL, μL·min^-1·kg^-1)。

3 先导物优化

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辉瑞公司启动本项目的先导物也是化合物3, 在结构变换中, 将3分为3个片段: 左侧苯并咪唑、中间苯胺和右侧取代的苯甲酰片段。

3.1 中间苯环的变换

通过分析进入临床研究的候选药物例如4和5的结构, 发现都保持了联芳基的结构, 舍弃了苯并咪唑, 而且中间苯环的2位(邻位) 都存在取代基, 意味着两个芳环不成共面性, 因为邻位取代使两个芳环维持一定夹角。辉瑞公司没有遵循联芳基的惯例, 而是另辟蹊径, 保持苯并咪唑环, 改中间的苯环为脂肪环, 并且以1, 3-cis连接苯并咪唑和右侧片段, 以此模拟化合物3~5的间位连接, 合成的代表性分子首先是环己基(6) 化合物, 后优化成哌啶基(7) 化合物。

表 1中列出了代表性分子的结构与活性。化合物6经1R, 3S-环己基替换1, 3连接的苯基, 活性降低了18倍, 然而亲脂性降低了1.6个对数单位, 提高了代谢稳定性, 从而将3的清除率CL = 314 μL·min^-1·kg^-1降低到33 μL·min^-1·kg^-1。权衡中间苯环变换为环己基药代和药效的得失, 环己基具有优化的特征和前景。不过, 6的溶解性虽稍高于3, 但仍属于微溶性(37 μg·mL^-1), 口服生物利用度(F) 只有4%。

以6作为新的起始物, 固定环己基, 变换苯并咪唑和苯并二噁烷片段, 合成了如图 1所示的300多个化合物, 却都没有显示出活性的明显改善(Munchhof MJ, et al. Benzimidazole derivatives. WO 2008, 075096 A1)。

为了提高分子的溶解性, 用四氢吡咯或哌啶环替换环己基, 不仅提高了分子极性, 还可成盐增加水溶性, 在合成的目标物中化合物7为2R, 4R异构体, 活性强于6一倍, 制备并测定了其他差向异构物的活性, 均低于6大约4~50倍。体外实验化合物7的代谢稳定性, 对大鼠和人肝微粒体是稳定的, 对犬的体内实验CL = 18 μL·min^-1·kg^-1, 口服生物利用度(F) 为33%, 提示口服剂量的50%可被吸收, 显著强于化合物6。

3.2 化合物7的优化

哌啶作为中间环优于环己基, 故以7为新的先导物从3个方面做结构优化: ①变换N1取代基; ②苯并咪唑环上取代基的变换; ③氨酰基连接的片段变换。通过广泛的构效关系分析, 合成了2R, 4R-构型70余个化合物如图 2所示的通式。化合物的活性和物化性质优于环己基系列(Munchhof MJ, et al. Benzimidazole derivatives. WO 2009, 0005416 A1)。

在变换连接于氨基哌啶的胺酰片段中, 发现连接基为脲基化合物的活性显著提高, 遂合成了以脲基连接的烷基、环烷基、芳基化合物等80余个, 通式结构列于图 3 (Jones CS, et al. Benzimidazole derivatives. WO 2009, 0004427 A2)。代表性的化合物列于表 2, 构效关系简述如下: ①苯环上邻位取代基不利于活性; ②间位和对位取代基有利于活性, 尤其是对位优于间位取代。例如化合物13比14的活性强14倍; ③对位取代的拉电子基团有利于活性, 例如化合物13 (p-CN, σ_p = 0.66) 和化合物11 (p-CF₃, σ_p = 0.54) 的IC₅₀都是5 nmol·L^-1; 化合物12 (p-Cl, σ_p = 0.23) 和10 (p-OCH₃, σ_p = -0.27) 的活性明显减弱; ④吡啶环化合物(15) 由于替换了苯环活性减弱很多。化合物13的clog D = 2.06, 脂溶性适度, 而且代谢稳定性也较好CL < 12.8 μL·min^-1·kg^-1, 因而确定了13为候选化合物作进一步研发。

4 候选物的确定和格拉德吉上市

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化合物13的相对分子质量374, log D实验测定值2.49, 极性表面积97 Å², 在高浓度下对多种激酶未呈现抑制作用, 提示对Smo受体有较高选择性抑制作用。对于与药物代谢关系密切的多种细胞色素P450未呈现抑制作用, IC₅₀ > 30 μmol·L^-1。表 3列出对大鼠和犬的药代动力学数据, 提示有适宜的口服生物利用度、半衰期和血浆蛋白结合率(Munchhof MJ, Li QF, Shavnya A, et al. Discovery of PF-04449913, a potent and orally bioavailable inhibitor of smoothened. ACS Med Chem Lett, 2012, 3: 106-111)。

基于临床前研究结果, 确定13为候选化合物, 定名格拉德吉(glasdegib)。经Ⅲ期临床研究, 表明格拉德吉是口服治疗急性髓性白血病的有效药物, 经美国FDA批准于2018年上市。

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2023年第58卷第6期

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doi: 10.16438/j.0513-4870.2019-0386

首发时间：2025-11-21
出版时间：2023-06-12

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中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 北京 100050

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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