药学学报


13	E-Phenyl	31.8	73.3	> 1 000	-
14	Z-Phenyl	376	626	> 1 000	-
15	E-2, 6-(CH₃)₂Ph	1.78	5.93	115	122
16	Z-2, 6-(CH₃)₂Ph	6.58	54.3	964	-
17	2, 6-(CH₃)₂Ph	8.31	3.58	109	168
18	2-Cl-6-CH₃Ph	5.56	2.77	109	200
19	2-Cl-Phenyl	128	69.4	1 394	2 006
20	4-Indolyl	198	16.7	954	1 541
21	4-Indazolyl	17	2.36	355	850
22	5-CH₃-4-Indazolyl	< 0.46	< 0.46	10.5	37.3
23	(CH₃)₂N	3.74	17.6	217	269
24	1-Pyrrolinyl	1.43	19.5	89.1	123
25	1-Morpholinyl	< 0.23	3.02	-	20.8
26	4-CH₃-1-Piperazinyl	< 0.23	6.8	23.5	73.7
27	1-Imidazolyl	< 0.46	1.63	55.7	-
28	Methoxy	< 0.46	1.8	52.4	32.7
29	Isopropyloxy	< 0.46	7.32	40.6	34.8
30	H₃COCH₂CH₂O	< 0.46	1.57	26.7	51.7
31	4-(N-CH₃-Piperidinyl)	< 0.46	< 0.46	28.8	285
32	3-Pyridinyloxy	< 0.46	0.50	8.5	35.1


13	E-Phenyl	31.8	73.3	> 1 000	-
14	Z-Phenyl	376	626	> 1 000	-
15	E-2, 6-(CH₃)₂Ph	1.78	5.93	115	122
16	Z-2, 6-(CH₃)₂Ph	6.58	54.3	964	-
17	2, 6-(CH₃)₂Ph	8.31	3.58	109	168
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33	CH₃	52	25	67	47
34	Cyclopropyl	91	74	95	57
35	2-Pyridyl	201	243	181	144
36	3-Pyridyl	9.3	26	2.7	NT
37	4-Pyridyl	4.7	9.9	3.7	2.1
38	4-Pyrimidyl	26	40	62	46
39	4-(CH₃)₂PO-Ph	3.8	5.7	0.95	2.5
40	(CH₃)₂NCH₂CH₂CH₂	159	157	NT	NT


33	CH₃	52	25	67	47
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40	(CH₃)₂NCH₂CH₂CH₂	159	157	NT	NT


41	-	517	62	> 1000	-
42	3-CF₃-Ph	11	23	17	10
43	2-F-5-CF₃-Ph	86	236	68	57
44	3-CF₃-4-Cl-Ph	45	37	69	48
45	3-t-Bu-Ph	4.8	59	22	16
46	3-i-Pr-Ph	46	60	63	60
47		310	267	292	195
48		6.6	23	15	12
49		46	146	35	31
50		7.0	20	6.1	4.8
51		7.6	25	4.3	7.3


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51		7.6	25	4.3	7.3


51	CH=CH	25	478	7.3	422
52	CH=CH	13	542	4.2	298
53	CH=CH	20	14 142	4.8	2 746
54	C≡C	30	524	2.0	548
55	CH=CH	23	15 513	12	7 122
56	C≡C	28	359	3.0	513


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57	NH₂	2.3	1 216	8.6	72
58	CH₃CONH	6.4	2 414	11	44
59	H	26	102	10	471
60	H	45	168	11	251
61	H	26	185	9.4	135


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60	H	45	168	11	251
61	H	26	185	9.4	135


62	9.6	56	3.6	26
63	78	668	2.1	727
64	15	92	5.4	58
65	13	107	8.4	157
66	9.1	83	3.4	77
67	23	157	5.2	49
68	56	219	8.0	43
69	19	71	2.3	42
70	49	250	4.0	166
71	14	49	3.5	22
72	22	165	9.5	203


62	9.6	56	3.6	26
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71	14	49	3.5	22
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62	9.6	56	3.6	26
73	19	162	4.4	14
74	18	250	3.4	42
75	6.9	106	3.9	31
76	42	112	3.0	17
77	69	639	10	500
78	2.3	9.0	0.9	13
79	8.6	40	1.2	8.8


62	9.6	56	3.6	26
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74	18	250	3.4	42
75	6.9	106	3.9	31
76	42	112	3.0	17
77	69	639	10	500
78	2.3	9.0	0.9	13
79	8.6	40	1.2	8.8


79	CH₃	CF₃		8.6	40	1.2	8.8
80	CH₃	CF₃		14	46	1.0	7.3
81	CH₃	CF₃		12	45	1.5	14
82	CH₃	CF₃		2.3	18	4.0	34
83	H	CF₃		31	36	2.3	39
84	Cl	CF₃		41	95	2.5	8.6
85	F	CF₃		42	61	6.1	35
86	CH₃	Cl		2.4	82	2.3	210
87	CH₃			5.3	71	3.9	256
88	CH₃	CF₃	H	19	988	10	1 132


79	CH₃	CF₃		8.6	40	1.2	8.8
80	CH₃	CF₃		14	46	1.0	7.3
81	CH₃	CF₃		12	45	1.5	14
82	CH₃	CF₃		2.3	18	4.0	34
83	H	CF₃		31	36	2.3	39
84	Cl	CF₃		41	95	2.5	8.6
85	F	CF₃		42	61	6.1	35
86	CH₃	Cl		2.4	82	2.3	210
87	CH₃			5.3	71	3.9	256
88	CH₃	CF₃	H	19	988	10	1 132


79	C≡C	8.6	40	1.2	8.8
89	CH₂-CH₂	19	317	4.3	295
90	E-CH=CH	54	536	7.9	211


79	C≡C	8.6	40	1.2	8.8
89	CH₂-CH₂	19	317	4.3	295
90	E-CH=CH	54	536	7.9	211

基于靶标结构设计的帕那替尼

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郭宗儒

药学学报 | 新药发现与研究实例简析 2019,54(5): 954-962

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药学学报 | 新药发现与研究实例简析 2019, 54(5): 954-962

基于靶标结构设计的帕那替尼

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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: 2019-05-12 doi: 10.16438/j.0513-4870.2016-0688

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引用本文

郭宗儒. 基于靶标结构设计的帕那替尼. 药学学报, 2019 , 54 (5) : 954 -962 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2016-0688

. Acta Pharmaceutica Sinica, 2019 , 54 (5) : 954 -962 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2016-0688

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维性质。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。

帕那替尼与伊马替尼为同类产品, 都是口服治疗慢性粒细胞白血病药物, 虽面市晚10年, 却是针对伊马替尼耐药的患者, 创新性显著, 在研发的源头性和路径上具有独立和独创的品格。在设计理念和化学模块的应用方面虽然从同类药物中有所借鉴, 但在分子设计—合成—评价—构效关系分析的循环反馈中, 将结构生物学、分子模拟和药物化学的交织应用与印证, 做到了精雕细刻的考察, 甚至是反复地验证, 呈现给读者创药的艰辛与严谨。(编者按)

慢性粒细胞白血病(CML)是由于细胞核中第9号和第22号染色体的相互易位, 使后者变短, 被称作费城短染色体, 它携带有Bcr-Abl癌基因, 表达产物为嵌合的Bcr-Abl融合蛋白, 这个融合蛋白含有激活的Abl酪氨酸激酶结构域, 导致细胞内信号转导的失控, 引起CML的发生。2001年上市的伊马替尼是首创的强效Bcr-Abl抑制剂, 治疗慢性粒细胞白血病, 也开创了靶向药物分子治疗的新领域。但“道高一尺, 魔高一丈”, 患者反复应用伊马替尼, 刺激了Bcr-Abl激酶发生变异, 是白血病细胞获得性伊马替尼抗性的原因所在。此外, 耐受伊马替尼的白血病细胞的Src家族的激酶也过分表达。所以, 治疗耐受伊马替尼的CML, 应是针对Src/Abl的双重抑制剂。

伊马替尼对激酶的选择性抑制作用, 是由于结合在Abl裂隙处的P环套(P-loop)和活化环套处(A-loop), 使得活化环套的构象发生变化, 组成A-loop的DFG域(Asp-Phe-Gly)被挤出, 移动了10 Å, 呈非活化的DFG-out状态, 形成新的疏水腔, 供伊马替尼占据, 所以结合于DFG-out的激酶抑制剂选择性较强(Wang Y, Metcalf CA, Shakespeare WC, et al. Bone-targeted 2, 6, 9-trisubstituted purines: novel inhibitors of Src tyrosine kinase for the treatment of bone diseases. Bioorg Med Chem Lett, 2003, 13: 3067-3070)。

1 源于骨质疏松药物的研究

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1.1 Src酪氨酸激酶抑制剂的研究

帕那替尼也是治疗CML药物, 但开始的研究没有借鉴和模拟伊马替尼的思路, 而是源于研究骨质疏松药物。实验证明, Src过表达可引起骨质疏松, Src基因敲除小鼠可避免骨质疏松的发生, 在酪氨酸激酶中Src与骨质疏松关系密切。基于此, ARIAD公司确定以Src激酶为靶标研制抗骨质疏松药物。选择嘧啶并吡咯和嘧啶并吡唑类化合物作为筛选苗头, 源于诺华和辉瑞公司曾报道过这类化合物具有活性。ARIAD通过分子对接和设计合成, 发现化合物1抑制Src激酶IC₅₀值40 nmol·L^-1, 进而变换结构, 化合物2和3的IC₅₀值分别为4 nmol·L^-1和20 nmol·L^-1。

化合物1~3分子对接表明, 6-氨基嘧啶并吡(唑)咯环占据ATP的腺嘌呤位置, 氨基和N1分别与Met341和Ser342形成两组氢键, N9-苯环相当于核糖的疏水面, 所连的极性链未与酶接触, 进入水相中, 磷(膦)酸基的引入有助溶作用, 也是亲骨组织基团(Sundaramoorthi R, Shakespeare WC, Keenan TP, et al. Bone-targeted Src kinase inhibitors: novel pyrrolo-and pyrazolopyrimidine analogues. Bioorg Med Chem Lett, 2003, 13: 3063-3066)。

1.2 另一研发路径:基于依赖周期蛋白激酶研发骨质疏松药物

在研究上述内容的同时, ARIAD还启动了以依赖周期蛋白激酶(CDK)为靶标, 研发抗骨质疏松的课题。2, 6, 9-三取代嘌呤化合物purvalanol A (4)是CDK强效抑制剂。将4与Src激酶作分子对接, 嘌呤环处于ATP结合的位点, 但环的取向和氢键形成方式与ATP不同, C6的NH与Ser320、N7的氮原子与Met319形成氢键(图 1)。

化合物4抑制CDK2的活性IC₅₀高达70 nmol·L^-1, 但抑制与骨质疏松相关的Src激酶活性不高, IC₅₀值0.24 μmol·L^-1, 由此设计合成了在嘌呤2, 6, 9-位变换不同取代的化合物, 表 1列出了化合物的结构与其活性(Wang W, Metcalf CA, III, Shakespeare WC, et al. Bone-targeted 2, 6, 9-trisubstituted purines: novel inhibitors of Src tyrosine kinase for the treatment of bone diseases. Bioorg Med Chem Lett, 2003, 13: 3067-3070)。

将化合物4的R₁异丙基去除, 5的活性降低了6倍。将5的R₂异丙基换作间羟基苯乙基, 6的活性为0.025 μmol·L^-1, 提示这个较大的片段有利于同靶标的结合。化合物6的R₃的氯苯基去除氯原子得到7, 活性不受影响。R₁的烷胺基换成环戊基, 如化合物8的活性稍有降低, 而R₂的苯环对位连接氧化膦基或亚甲二膦酸基, 对影响骨生成的Src激酶抑制活性很强, 其中9活性最高, IC₅₀ 0.45 nmol·L^-1, 代号为AP23464, 为里程碑式化合物。

1.3 化合物9与Src激酶的结合模式

图 2是化合物9与Src激酶复合物单晶在ATP结合腔中的相互作用图, 9处于Leu273、Val281、Ala293、Thr338、Tyr340和Leu393等疏水侧链组成的疏水腔中, 疏水链相向于9的平面环, 而9的极性片段面背于疏水链。嘌呤环的N7与Met341骨架的CO-NH形成氢键, N9相连的3-羟基乙苯基深插入结合腔内, 羟基与Lys239、Glu310和Asp404的极性侧链通过与结构水形成氢键网络。膦酸基进入水相中助溶, 但也经水分子与端口的Trp340形成弱的氢键。C2相连的环戊基占据了ATP的核糖位置, 佐证了核糖一侧亲水另侧疏水的性质。

2 转向研究CML的双重抑制剂

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2.1 伊马替尼引起白血病的耐药性

持续应用伊马替尼引起的耐药性是由于激酶的突变, 除了Abl变异之外, Src酪氨酸激酶家族的Lyn、Hck和Lyn等也发生突变, ARIAD进而以耐药的CML为目标, 研究对Src/Abl双靶标抑制的药物。

2.2 活性评价

化合物的体外活性评价用以下模型:对Src和Abl激酶的抑制活性, 和用K562 [表达有野生型Bcr-Abl (WT)人CML细胞], 转染野生型Bcr-Abl的Ba/F3细胞, 评价对两株细胞的抑制活性。实验表明, 化合物的抑酶活性与抑制细胞活性的构效关系具有平行性。

2.3 以化合物9为先导物的分子设计

2.3.1 N9亚乙基链的刚性化

化合物9对两个激酶Src/Abl的抑制作用IC₅₀都低于1 nmol·L^-1, 根据9与Src晶体结构信息, 认为将亚乙基的柔性连接基刚性化, 以固定末端苯环的取向, 应能提高活性。用分子对接方法将N9连接的乙苯基变换成trans-乙烯苯(13), 由于双键的定向作用, 使苯基结合于激酶突变后产生的特异性疏水腔。同时也合成了cis-乙烯苯(14)以验证对接结果, 活性评价表明反式异构体13的活性显著强于顺式体14。进而模仿达沙替尼的结构片段, 合成了trans-乙烯2, 6-二甲苯基化合物(15)和cis-乙烯2, 6-二甲苯基(16), 抑制酶和细胞的活性进一步提高。表 2列出了结构变换的化合物及其活性。

然而, 化合物13和15对Src和Abl抑制活性相差较大, 为提高对Abl激酶的活性, 特别是抑制白血病细胞的活性, 将二丙膦氧基片段换为体积较小的二甲基化合物17, 拉近了对Src和Abl的活性, 为此固定二甲基膦氧基不变, 变换N9乙烯基连接的芳环。

2.3.2 变换N9连接的化合物

化合物17 (2, 6-二甲基苯)和18 (2-氯-6-甲基苯)对两个酶都有较高活性, 而且相近。只单边取代的化合物19活性降低。进而根据化合物9与Src晶体结构该处的氢键网络, 合成的吲哚(20)和吲唑(21)化合物活性降低, 可认为是单边取代的缘故。而5-甲基-4-吲唑化合物22活性显著提高, 可视作2, 6-双取代物, 分子对接表明甲基进入到一个由Ala293、Lys295和Thr338组成的小疏水腔中, 提供了熵的有利贡献。

2.3.3 C2取代基的变换

为了考察C2的不同取代对活性的影响, 在C2引入了经C、N和O连接的基团, 表明对酶和细胞的抑制活性都显著提高, 尤其是化合物25~32对Src活性增高10倍以上, 这是因为从化合物9与Src激酶的晶体结构揭示, C2连接的疏水基团与P-环套(容纳ATP核糖疏水面, 核糖环面一边亲水, 一边疏水)发生疏水相互作用。然而Abl的P-环套折叠方式(构象)不同, Tyr272残基部分地占据了空间, 与C2的取代基有所碰撞, 故而活性相对较弱。

3 另一路径—设计DFG-out构象的抑制剂

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上述以化合物9为先导物所优化的双重抑制剂, N9连接的片段所结合的位点是活化环套的DFG呈与ATP结合的状态, 即结合于DFG-in构象的抑制剂。同时进行的另一途径是合成激酶的活化环套呈DFG-out构象的抑制剂, 犹如伊马替尼结合样式。

3.1 分子对接提示的信息

Abl激酶与抑制剂的晶体结构表明, 当活化环套呈DFG-out构象时, 抑制剂N9连接的二芳酰胺片段与酶形成了氢键网络, 故而设计了化合物33并向呈DFG-out构象的Abl (伊马替尼的结合状态)作分子对接, 如图 3所示。

化合物33与Abl形成4组氢键:绞链区的Met318与N7和C1上的甲胺NH生成两组氢键, N9连接的酰胺与DFG的Asp381以及Glu286又形成两组氢键。末端的三氟甲苯基进入只有DFG-out构象才能形成的小疏水腔中(是由Ile293、Leu298、Leu354和Val379构成)。此外, 反式双键与门户残基(gatekeeper) Thr315的羟基形成非经典型氢键。也由于DFG-out构象的缘故在C2处已没有当初容纳ATP核糖的空间, 因而不宜有C2取代基。因此, 针对DFG-out构象的设计只能限制于C6和N9两位点的变换, 而不能是前述的2, 6, 9-三位点的变换。

3.2 C6取代基的变换

合成了上述对接设计的化合物33 (表 3), 活性评价结果证实对Src和Abl都有较高活性, 而且抑制白血病细胞活性也达到亚纳摩尔水平, 而且在10 μmol·L^-1浓度下对正常细胞无作用, 提示有高选择性。大鼠药代动力学实验表明33的口服利用度(F) 20%, 半衰期很短, 是由于C6的甲胺基发生氧化去甲基作用。故而合成了环丙基化合物34 (环丙基代谢稳定性高于甲基), 仍保持了酶和细胞活性, 而改善了药代, F= 40%, 血浆中有高暴露量。环丙基的亲脂性强于甲基, 推论进一步增高亲脂性会有利于活性。为此合成了芳环35~40, 吡啶和嘧啶化合物活性都很高, 但2-吡啶基化合物35却很低, 可能是由于2'-N与嘌呤N1的电性排斥作用, 芳环扭转, 破坏了共面性, 而36和37没有排斥作用(但嘧啶也有邻位排斥作用, 活性下降却不明显)。化合物39移植了9的模块, 酶和细胞活性特别高。40的活性很弱。然而这些高活性化合物的大鼠药代都不好, 因而将C6-环丙胺基固定做进一步优化。

3.3 N9连接片段的变换—借鉴尼洛替尼的设计

优化N9位置, 借鉴了诺华的尼洛替尼的设计理念, 合成了脲基和反向酰胺连接的化合物41和42。41几乎没有活性, 而42 (-CONH-)比区域异构体34 (-NHCO-)活性强, 犹如尼洛替尼活性强于伊马替尼(成功的模拟)。为此, 以42为新起点, 优化末端芳环。表 4列出了化合物的结构与活性。

分析表 4的构效关系表明, 在三氟甲苯基环上再加入卤素(43, 44)活性减弱, 三氟甲基换成叔丁基(45), 对Src活性提高一倍多, 但抑制Abl作用降低, 提示这两种激酶结合腔的差异。化合物46为异丙基, 酶和细胞活性都比叔丁基弱。然而45亲脂性过强, c-log P 6.76, 超过化合物42, 综合考虑45不可取。含叔丁基的芳杂环化合物中异噁唑48的酶与细胞活性都很强, 但大鼠药代不如42。化合物50的活性优于42, 而且亲脂性比42降低10倍。有趣的是, 将上市药物尼洛替尼的“大块片段”连接在酰胺上, 化合物51活性非常高, 说明该优化的模块适用于本系列中, 也意味着与激酶结合的相似性。

3.4 连接基乙烯基的变换

持续应用伊马替尼可引起Abl激酶发生变异(Abl^T315I), 即门户残基Thr315突变Ile315, T315I突变的后果, 是氨基酸侧链由CH(CH₃)OH变成CH(CH₃)CH₂CH₃, 不仅体积变大, 空间上阻碍了伊马替尼的进入, 而且失去形成氢键的能力(羟基O为氢键接受体)。

化合物51对Abl^T315I激酶有中等强度的活性, 提示该系列化合物的结构特征对门户残基的Abl变异仍可结合。将51与Abl^T315I分子对接, 揭示出窄长的乙烯基与Ile315没有明显的位阻现象(图 4的绿色分子)。进而设想将乙烯基换成直线型的乙炔基(图 4的蓝色分子)更能解除位阻效应。为此将乙烯基和乙炔基与有强结合作用的芳环进行组合优化, 合成的有代表性的化合物和活性列于表 5。

表 5的数据提示, 化合物54与53比较(同样56与55相比)虽然对未变异的Abl的活性相近, 但对变异的激酶活性提高了30~40倍, 对变异的细胞提高了5~10倍。这些结果说明乙炔基是优化的连接基, 实验证明了乙炔基更解除了对Ile315的空间障碍。然而化合物54和56的药代动力学性质不佳, 尤其是迅速代谢消除的缺点, 须进一步优化(Huang WS, Zhu X, Wang Y, et al. 9-(Arenethenyl) purines as dual Src/ABL kinase inhibitors targeting the inactive conformation: design, synthesis, and biological evaluation. J Med Chem, 2009, 52: 4743-4756)。

3.5 骨架迁越—更换嘌呤环

乙炔基作为连接嘌呤N9与苯环的连接基, 是N-C≡C-C的炔胺结构, 在化学和药动学上不如C-C≡C-C稳定。试图变换嘌呤环结构, 想到了8-氨基咪唑[1, 2-a]并吡啶的母核, 因为8-氨基与N1可与激酶形成两组氢键, 替换嘌呤环形成氢键的元件。合成的化合物列于表 6。

化合物57和58的细胞活性都很高, 证明了骨架迁越的成功, 但大鼠的药代动力学不佳, 根据既往的经验, 在相对于C8位置的嘌呤环上有氨基或乙酰氨基的化合物药代都欠佳, 因而合成了没有氨基的化合物59, 保持了对变异酶的活性, 而且改善了大鼠药代, 口服利用度42%。但细胞活性弱于57, 即使在咪唑环上引入助溶基团60和61活性仍不高。进而还得以新的途径优化活性。

4 增加与活化环套的结合—模拟伊马替尼的结构设计

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在已有优化的基础上再提高与Abl^T315I酶的结合作用, 探索增加与活化环套(A-loop)的残基结合。设计在末端苯环上引入哌嗪基, 含以下意图:①哌嗪的N4在生理pH下质子化, 若位置合适可与活化环套的Ile360形成氢键, 会对结合提供焓的正贡献; ②哌嗪环是助溶基团, 有利于溶解和降低亲脂性; ③在哌嗪与苯环之间用亚甲基连接, 避免了N原子直接连于苯环而成为苯胺样片段, 会引起代谢的复杂性。也因嵌入亚甲基增加了局部的柔性, 有利于哌嗪的结合, 这与伊马替尼的设计不谋而合(或许是借鉴)。通过分子模拟设计了化合物62, 表明确实可与Ile360发生氢键结合(图 5)

合成后评价化合物62的活性结果表明, 对Abl^T315I激酶活性比59提高2倍, 细胞活性提高20倍, 而且在高浓度(340 μmol·L^-1)人血浆白蛋白存在下对白血病细胞抑制活性并不减弱, 提示与血浆蛋白结合的较少, 因而成为一个很好的突破口。若将哌嗪片段移至5位, 活性减弱, 提示位置的重要性。下一步优化碱性片段都在苯环的4位。

表 7列出了变换碱基片段的活性结果, 化合物62的哌嗪N4被氧原子替换, 吗啉化合物63活性显著减弱, 佐证了N4形成氢键的重要性。64和65分别为缩环和扩环化合物, 虽然也存在类似于哌嗪N4的氮原子, 但这两个化合物的活性弱于62, 分子对接表明, 62的哌嗪环除与Ile360氢键结合外, 还与Val289、Phe359和Asp381有范德华作用, 推测64和65的环有不适宜或碰撞的因素。将62的N-CH₃换成较大的烷基或氟(或羟)乙基(69、70)都不利于抑制突变株。优化结果表明63为该系列最佳化合物。

5 母核吡咯并吡啶的再检讨

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回顾优化路径, 由嘌呤变吡咯并吡啶, 乙烯基变乙炔基, 胺酰基变酰胺基, 末端苯环引入亚甲哌嗪片段, 至此似乎都已实现了优化状态。再回到母核本身, 当分子的其他部分都呈优化状态下吡咯并吡啶是否仍为最佳选择, 尚需进一步考察, 为此, 变换杂环, 化合物的结构与活性列于表 8。

当初由8-氨基咪唑并吡啶去除(环外)氨基以改善药代时, 损失了一些活性(权衡结果划算), 现在为弥补该损失, 合成了增加杂环内的NH, 以提供氢键给体。化合物73~76的活性表明, 73和76对变异细胞株略有提高, 但74和75活性降低。另一思路是, 为了降低62的亲脂性(clog P 6.69), 在吡唑并吡啶环的不同位置加入一个氮原子(加一氮原子分配系数降低1个对数单位), 化合物78和79活性显著提高, 尤其是79。77的低活性是由于杂环的8位是用氢键接受体占据了氢键给体的位置, 从而发生互相排斥的缘故。79的大鼠药代优于78, 下一步是对母核换作咪唑并吡啶后的继续优化。

6 新骨架的各取代基的综合调整

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以化合物79为新一轮优化的起点, 在苯环A的2位变换甲基(称作旗甲基, flag-methyl), 苯环B的3, 4位变换三氟甲基和碱基, 对结构进行微调, 化合物及其活性列于表 9。

表 9构效关系分析如下: ① N4-甲基哌嗪换成体积较大的烷基(80、81)对白血病变异细胞的抑制活性基本不变, 而N4无取代基(82)或没有哌嗪片段(88)的活性降低; ② A环的甲基换成氯原子活性不变, 而小尺寸的H和F原子(83、85)活性降低, 可以认为是小体积不足以起到调节构象的作用; ③ B环的三氟甲基是必需基团。

7 新骨架下乙炔连接基的再检讨

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各个位置进行多轮优化后, 再考察由亚乙基→乙烯基→乙炔基的优化程式是否仍然有效, 表 10列出了3个化合物的活性比较, 表明乙炔基仍然是高效的连接基团, 线型棒状的乙炔基避开了Ile315的阻挡, 而亚乙基和反式乙烯基没能(完全)绕开。

图 6比较化合物79与Abl^T315I激酶的晶体结构和89与90对接模型, 虽然这个方向投影图没有分辨出太大区别, 但“庞大的”Ile315横空阻挡, 突出影响了细胞水平的活性(Huang WS, Metcalf CA, Sundaramoorthi R, et al. Discovery of 3-[2-(imidazo[1, 2-b]pyridazin-3-yl)ethynyl]-4-methyl-N-{4-[(4-methylpiperazin-1-yl)-methyl]-3-(trifluoromethyl)phenyl}benzamide (AP24534), a potent, orally active pan-inhibitor of breakpoint cluster region-abelson (BCR-ABL) kinase including the T315I gatekeeper mutant. J Med Chem, 2010, 53: 4701-4719)。

8 候选化合物的药代性质

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化合物79胜出为候选化合物, 与各个里程碑化合物作了药代动力学比较, 79大鼠灌胃的生物利用度18%, 半衰期11 h, 静脉注射的清除率0.65 L·h^-1·kg^-1。79定名为帕那替尼(ponatinib), 临床前和临床实验, 表明对慢性粒细胞白血病和费城染色体阳性的急性白血病有效, 于2012年经美国FDA批准上市。

9 小结

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帕那替尼是一个线型分子, 它的研制涉及了整个分子所有的基团和片段的优化, 虽然同类产品伊马替尼在它10年前面市, 也在设计上有所借鉴, 但仍不失为创新性药物。在分子设计−合成−评价−构效关系分析的循环反馈中, 结构生物学、分子模拟和药物化学的交织应用与印证, 对结构的各个侧面做到了精雕细刻的考察, 甚至是反复地验证。图 7列出了重要节点的化合物结构变迁, 扼要展现出研发梗概。

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2019年第54卷第5期

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doi: 10.16438/j.0513-4870.2016-0688

首发时间：2026-01-26
出版时间：2019-05-12

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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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Compd.	R	IC₅₀/nmol·L^-1
Compd.	R	Src	Abl	K562	Ba/F3
13	E-Phenyl	31.8	73.3	> 1 000	-
14	Z-Phenyl	376	626	> 1 000	-
15	E-2, 6-(CH₃)₂Ph	1.78	5.93	115	122
16	Z-2, 6-(CH₃)₂Ph	6.58	54.3	964	-
17	2, 6-(CH₃)₂Ph	8.31	3.58	109	168
18	2-Cl-6-CH₃Ph	5.56	2.77	109	200
19	2-Cl-Phenyl	128	69.4	1 394	2 006
20	4-Indolyl	198	16.7	954	1 541
21	4-Indazolyl	17	2.36	355	850
22	5-CH₃-4-Indazolyl	< 0.46	< 0.46	10.5	37.3
23	(CH₃)₂N	3.74	17.6	217	269
24	1-Pyrrolinyl	1.43	19.5	89.1	123
25	1-Morpholinyl	< 0.23	3.02	-	20.8
26	4-CH₃-1-Piperazinyl	< 0.23	6.8	23.5	73.7
27	1-Imidazolyl	< 0.46	1.63	55.7	-
28	Methoxy	< 0.46	1.8	52.4	32.7
29	Isopropyloxy	< 0.46	7.32	40.6	34.8
30	H₃COCH₂CH₂O	< 0.46	1.57	26.7	51.7
31	4-(N-CH₃-Piperidinyl)	< 0.46	< 0.46	28.8	285
32	3-Pyridinyloxy	< 0.46	0.50	8.5	35.1


Compd.	R₁	R₂	IC₅₀/nmol·L^-1
Compd.	R₁	R₂	Abl	Abl^T315I	AblBa/F3	AblBa/F3^T315I
57	NH₂		2.3	1 216	8.6	72
58	CH₃CONH		6.4	2 414	11	44
59	H		26	102	10	471
60	H		45	168	11	251
61	H		26	185	9.4	135