重磅发现之三：“替尼”类新药(下)
按照基于结构的药物合理化设计理论和伊马替尼结合Abl激酶的X射线晶体结构衍射图的分析，研究人员首先探索了用脲官能团替换酰胺基团，用不同的取代芳香基团替代苄基哌嗪（图1），通过活性测试可以看出，苯环上的取代基对活性影响非常大。从化合物11-15可以看出，苯环3位引入小取代基，可以增加活性，取代基变大活性会下降，特别是化合物14，当在苯环3位变为4位时，活性大大下降。基于这些活性数据分析，研究人员继续优化分子结构，保持酰胺键不变，添加替代甲基哌嗪的取代基，通过这种设计理念，得到了化合物16，即尼洛替尼的发现。
图1 尼洛替尼优化过程
通过X射线晶体结构分析（图2），可以很清楚的看出，尼洛替尼（E）和伊马替尼（F）酰胺键的结合模式非常相似，但是尼洛替尼的取代基甲基咪唑和三氟甲基准确定位在对应的疏水口袋上，能更好的结合；同时良好的溶解性得以保持，其细胞活性是伊马替尼的数十倍。
图2 尼洛替尼（E）和伊马替尼（F）及其与Abl激酶X射线晶体结构
基于同样的设计理念，研究人员将伊马替尼的甲基哌嗪不变，在苯环3位引入一些列小的疏水基团，发现卤原子的引入能提高分子活性，发现三氟甲基是一个不错选择，同时为了增加因三氟甲基而减小的疏水性，研究人员用极性更大的嘧啶环替代了吡啶环，同时发现甲基哌嗪基团稍微嫌大，用二甲氨基吡咯烷替代，虽然活性略低，但选择性更好，这个分子就是后来的巴氟替尼（图3）。
图3 巴氟替尼-Abl激酶X射线晶体结构及巴氟替尼结构
百时美施贵宝针对Lck激酶的广泛筛选，得到了2-氨基噻唑的苗头化合物，继续通过大量的分子合成和活性测试，发现化合物5a和5b，活性具有优势，同时合成了多个氨基甲酸酯类、脲类、酰胺类化合物，发现多个活性优秀的化合物。通过测试发现，2,4,6-三取代更加偏好小基团，如甲基或氯等，通过比对发现环丙甲酰胺连接到4位无取代的噻唑环，5位连接酰胺键时活性很好，但是同时酰胺键连接苯环时，2位甲基的替换或修饰会导致活性的下降，如此得到了先导化合物23（图4）
图4 从苗头化合物到先导化合物优化过程
通过化合物23与ATP结合位点晶体结构（图5），研究人员构建了一个Lck激酶的结合模型，通过多次优化发现用嘧啶代替酰胺键，活性明显得到提升，最后发现化合物27是最有效的Lck抑制剂，即后来的达沙替尼，结构如图6。
图5 化合物23与ATP结合位点晶体结构
图6 达沙替尼结构和活性数据
自FDA批准伊马替尼用于治疗慢性粒细胞性白血病以来，已有多种激酶抑制剂用于治疗不同的恶性肿瘤，目前任有几种正在进行临床评估。基于结构的药物设计方法在激酶抑制药物发现过程中和选择性优化中起着非常重要的作用。在最初的激酶药物发现项目中，先导化合物通常是通过高通量筛选或使用虚拟筛选产生的。X射线晶体结构的可用性导致了基于结构/片段的研究方法广泛应用于先导化合物发现和优化的过程。在激酶抑制剂设计中，选择性是一个非常重要的问题。随着技术的发展和研究的继续深入，未来希望可以发现更高的特异性和更低的毒性的激酶抑制剂类药物。
参考文献：
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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