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重磅發現之三:“替尼”類新藥(下)

時間:2018-11-13    作者:聯創生物醫藥信息部

藥渡   作者: 乙醇 

伊馬替尼雖然能抑制腫瘤細胞的活性,但是響應時間較短,且部分患者會對其産生耐藥性。伊馬替尼的耐藥性有二種不同的機理解釋。一是結合位點上的突變,這些突變減弱了對配體的相互作用;二是伊馬替尼對特定位點結合模型的突變,這些突變減弱了伊馬替尼對酶的親合力。針對其耐藥性的特點,研究人員又繼續優化新的分子,研發更加優異的藥物。

按照基于結構的藥物合理化設計理論和伊馬替尼結合Abl激酶的X射線晶體結構衍射圖的分析,研究人員首先探索了用脲官能團替換酰胺基團,用不同的取代芳香基團替代苄基哌嗪(圖1),通過活性測試可以看出,苯環上的取代基對活性影響非常大。從化合物11-15可以看出,苯環3位引入小取代基,可以增加活性,取代基變大活性會下降,特別是化合物14,當在苯環3位變爲4位時,活性大大下降。基于這些活性數據分析,研究人員繼續優化分子結構,保持酰胺鍵不變,添加替代甲基哌嗪的取代基,通過這種設計理念,得到了化合物16,即尼洛替尼的發現。

 

圖1  尼洛替尼優化過程

 

通過X射線晶體結構分析(圖2),可以很清楚的看出,尼洛替尼(E)和伊馬替尼(F)酰胺鍵的結合模式非常相似,但是尼洛替尼的取代基甲基咪唑和三氟甲基准確定位在對應的疏水口袋上,能更好的結合;同時良好的溶解性得以保持,其細胞活性是伊馬替尼的數十倍。

 

圖2  尼洛替尼(E)和伊馬替尼(F)及其與Abl激酶X射線晶體結構

 

基于同樣的設計理念,研究人員將伊馬替尼的甲基哌嗪不變,在苯環3位引入一些列小的疏水基團,發現鹵原子的引入能提高分子活性,發現三氟甲基是一個不錯選擇,同時爲了增加因三氟甲基而減小的疏水性,研究人員用極性更大的嘧啶環替代了吡啶環,同時發現甲基哌嗪基團稍微嫌大,用二甲氨基吡咯烷替代,雖然活性略低,但選擇性更好,這個分子就是後來的巴氟替尼(圖3)。

 

圖3  巴氟替尼-Abl激酶X射線晶體結構及巴氟替尼結構

 

百時美施貴寶針對Lck激酶的廣泛篩選,得到了2-氨基噻唑的苗頭化合物,繼續通過大量的分子合成和活性測試,發現化合物5a和5b,活性具有優勢,同時合成了多個氨基甲酸酯類、脲類、酰胺類化合物,發現多個活性優秀的化合物。通過測試發現,2,4,6-三取代更加偏好小基團,如甲基或氯等,通過比對發現環丙甲酰胺連接到4位無取代的噻唑環,5位連接酰胺鍵時活性很好,但是同時酰胺鍵連接苯環時,2位甲基的替換或修飾會導致活性的下降,如此得到了先導化合物23(圖4)

 

 

 

圖4  從苗頭化合物到先導化合物優化過程

通過化合物23與ATP結合位點晶體結構(圖5),研究人員構建了一個Lck激酶的結合模型,通過多次優化發現用嘧啶代替酰胺鍵,活性明顯得到提升,最後發現化合物27是最有效的Lck抑制劑,即後來的達沙替尼,結構如圖6。

 

圖5  化合物23與ATP結合位點晶體結構

 

圖6  達沙替尼結構和活性數據

自FDA批准伊馬替尼用于治療慢性粒細胞性白血病以來,已有多種激酶抑制劑用于治療不同的惡性腫瘤,目前任有幾種正在進行臨床評估。基于結構的藥物設計方法在激酶抑制藥物發現過程中和選擇性優化中起著非常重要的作用。在最初的激酶藥物發現項目中,先導化合物通常是通過高通量篩選或使用虛擬篩選産生的。X射線晶體結構的可用性導致了基于結構/片段的研究方法廣泛應用于先導化合物發現和優化的過程。在激酶抑制劑設計中,選擇性是一個非常重要的問題。隨著技術的發展和研究的繼續深入,未來希望可以發現更高的特異性和更低的毒性的激酶抑制劑類藥物。

參考文獻:

1,Structure-basedDesign of Drugs and Other Bioactive Molecules: Tools and Strategies;

2,BritishJournal of Cancer (2006) 94, 1765 – 1769;

3,Journal of Medicinal Chemistry, 2006, Vol. 49, No. 23。

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