Ataluren

导读 含氮杂环是药物分子的“灵魂骨架”，但从最简单的饱和胺出发多样化构建这些骨架，一直是合成化学的难题。近日，中国科学院上海有机化学研究所张禄敏课题组（课题组主页：https://luminzhanggroup.cn）在《Science》上发表突破性研究，首次实现了饱和伯胺的结构异构化、发散性骨架编辑与连续性骨架编辑。从一种易得原料出发，一锅反应即可构建超过15类含氮骨架，区域选择性＞20:1，并在复杂天然产物中展示了强大的多样性骨架编辑能力，为药物发现提供了全新平台。该论文的第一作者为博士后李龙海博士。张禄敏研究员为唯一通讯作者，中国科学院上海有机化学研究所为唯一通讯单位。 一个简单易得的饱和伯胺，一锅反应，就能精准转化为十余种结构迥异的含氮骨架——这不是设想，而是中国科学家刚刚在《Science》上发表的骨架编辑新策略。 含氮杂环是药物分子的核心骨架。过去十年FDA批准的小分子新药中，超过60%含有含氮杂环结构。如何高效、多样地构建这类骨架，直接关系到新药发现的效率。传统从头合成路线步骤冗长、灵活性不足，而骨架编辑——直接在分子骨架上进行原子级重排——为“骨架跃迁”提供了全新路径。 然而，脂肪族胺类化合物的骨架编辑，一直是一个被忽视的“硬骨头”。今天，这块“硬骨头”被上海有机所啃下来了！ 中国科学院上海有机化学研究所张禄敏课题组，近日在 《Science》 杂志上发表了一项重磅研究，首次提出了一种发散性与连续性的饱和伯胺分子骨架编辑策略。 图1. 研究背景及本工作 核心亮点一：结构异构化——氮原子精准“内化” 研究团队发展了一种温和高效的高价碘试剂体系（MTIB或新型N-HVI），可直接将饱和伯胺氧化为亚胺，并驱动氮原子内化（N-internalization），实现环的精准扩张。这一过程跳过了传统方法中需要预先制备酮或肟的繁琐步骤（图2）。 经过系统筛选，甲氧基(对甲苯磺酰氧基)碘苯（MTIB）表现出最佳性能，以98%的收率得到扩环产物。该试剂可从市售原料出发实现百克级合成，安全可靠（热分解温度＞100°C）。研究团队还设计了新型氮杂环高价碘试剂N-HVI，可在更低温度下反应，对挑战性底物区域选择性更优。 图2：方法开发和机理研究 该方法可合成五至九元环乃至十三元大环的饱和氮杂环，官能团兼容性极为优异：醇羟基、烯烃、炔烃、氰基、酯基、缩醛乃至吡啶等杂芳环均能耐受。区域选择性和非对映特异性均>20:1，且迁移碳的立体构型被完美保留。研究团队成功将该策略应用于阿塔鲁伦、舒林酸、金刚乙胺、孕烯醇酮等复杂药物分子及天然产物的后期修饰，收率中等到优异。 图3：饱和伯胺氮内化 核心亮点二：发散性骨架编辑——亚胺醚“万能接口”，一次解锁十多类骨架 反应中原位生成的亚胺醚中间体是一个高度通用的合成平台，可被多种亲核试剂高效捕获，从而将简单原料转化为超过十多类高价值含氮骨架，包括： ·饱和N-杂环、稠合（半）饱和N-杂环 ·氨基酯、内酰胺、硫代内酰胺 ·脒、取代氮杂环庚烷等 ·四唑、三唑、喹唑啉、吡啶并嘧啶、吡啶并咪唑 以环己胺为例，亚胺醚中间体可被NaBD4还原得到氘代产物；在酸或碱下水解分别得到氨基酯和己内酰胺；与NaHS、氨、丙二腈反应得到硫代内酰胺、内酰胺腙等；参与环加成构建四唑、三唑等稠杂环，收率高达94% (图4A)。 该发散平台同样适用于复杂分子。研究团队以胺化胆固醇为底物，一锅法分别制备了氰代产物、内酰胺、硫代内酰胺、四唑并环等7种不同骨架的产物（收率56-89%），所有修饰均保持了胆固醇原有的立体化学。(‑)‑α‑柏木烯和己酮可可碱也成功实现了发散性骨架编辑（图4B,C）。这意味着：从一个天然产物出发，仅需改变捕获试剂，就能快速获得一系列核心骨架不同的类似物——这正是药物化学中SAR研究所追求的能力。 图4：发散性骨架编辑 核心亮点三：连续性骨架编辑——实现“碳→氮”原子置换与环收缩 最令人惊叹的是，通过一锅法连续多轮骨架编辑，研究团队成功实现了碳→氮原子置换 以及环收缩反应。这相当于把分子中的某个碳原子“挖掉”换成氮原子，而整个骨架仍保持完整（图5）。 以天然产物诺蒎酮衍生的饱和胺为起点，经过三步连续编辑：第一轮得到扩环胺；水解解构后进行第二轮编辑，实现第二次氮原子内化；内酰胺化后获得碳-氮转化产物（总收率87%）；再进行第三轮编辑，最终以32%收率得到环收缩产物。 这一策略同样适用于多种复杂天然产物。(-)-α-柏木烯与山道年均可高效实现碳-氮置换；更有意思的是，通过条件调控，还能对巴伦西亚橘烯进行位点可控的碳→氮置换。最震撼的案例来自甾体药物苯丙酸诺龙：通过三步连续编辑，以23%的收率合成了5α-还原酶抑制剂中间体——而传统从头合成需要10步反应、总收率仅0.8%。这是一次“降维打击”。此外，研究团队还成功实现了醇类化合物的碳-氮转化，将常春藤皂苷元衍生物一步转化为氮杂环产物（收率65%），而传统方法需要8步、总收率6%。 图5：连续性骨架编辑 总结：从一种胺，到无限骨架 从逆合成视角来看，这些转化远非显而易见。这项研究恰恰填补了非活化脂肪胺骨架编辑领域的关键空白，为从单一、易得原料出发快速构建高价值含氮分子库提供了通用平台。该方法已被优化至近乎完美的水平，在复杂分子上的应用展现出令人印象深刻的合成价值，不仅为基础合成化学贡献了全新的方法学，更有望显著加速药物发现中的先导化合物优化与骨架跃迁，为药物化学开辟了全新的骨架跃迁路径。 文献详情： Long-Hai Li, Shiwei Su, Xian Zheng, Lumin Zhang*. Divergent and consecutive skeletal editing of saturated primary amines. Science, 2026, science.org/doi/10.1126/science.aee5416

-01- 引言：从“不可成药”困境到临床突破 p53肿瘤抑制蛋白是阻止癌症发生和发展的主要屏障。p53主要作为一种序列特异性转录因子发挥作用，能够与基因组内特定的DNA序列（称为p53反应元件）结合，并激活相邻基因的转录，以及由具有p53结合位点的增强子调控的远端基因的转录。此外，p53还可以通过间接机制抑制很多基因的转录。 TP53基因的突变使其编码蛋白p53的肿瘤抑制活性消失，是人类癌症中最常见的单基因改变，被认为是多种肿瘤的驱动因素。因此，几十年来，人们一直尝试将p53在肿瘤中的功能恢复作为一种治疗策略。然而，这些努力未能取得成功，很少有p53药物开发进入到临床后期阶段，迄今为止还没有一项获得FDA或EMA批准。这可能是因为，作为一种核转录因子，p53不具有典型的药物靶点特征，因此长期以来被认为是不可成药的。 然而，近年来出现了几种基于p53的治疗新策略和新方法，针对特定类型p53突变的药物正在出现。与此同时，人们对基因治疗策略和基于p53的免疫治疗方法也产生了浓厚的兴趣。获得靶向p53的肿瘤治疗药物指日可待。 -02- p53的肿瘤生物学基础 自1979年首次发现p53以来，人们对p53蛋白的功能及其与癌症的关系有了广泛的了解。毫无疑问，p53是一种强大的肿瘤抑制因子，可以通过多种方式抑制肿瘤生长。作为一种转录因子，p53调控靶基因的表达，这些靶基因可以促进细胞周期阻滞、凋亡、DNA修复等。此外，p53还可以通过独立转录机制发挥抗增殖作用。事实上，据报道，p53几乎影响所有细胞室和细胞器，包括线粒体、溶酶体、，内质网等。 重要的是，当TP53突变时，p53的这些活性受到影响。与其他肿瘤抑制基因的观察结果不同，肿瘤相关的TP53突变主要是错义突变，导致单个氨基酸替换。大量研究的综合数据显示，在30%-50%的人类肿瘤中都存在p53基因的突变。 实际上，在迄今所以人类肿瘤细胞基因组中，p53是发生突变频率最高的基因，在几乎1/3的人类肿瘤中都以突变的形式存在。 此外，越来越多的证据表明，除了wtp53的抑癌活性丧失外，一些p53突变体还可以获得新的功能活性，从而进一步促进癌症。与wtp53类似，mutp53可以影响多种细胞进程。虽然失去了与DNA中p53结合位点直接相互作用的能力，但mutp53仍然可以依赖其他转录因子来驱动促肿瘤基因转录。除了自身的直接活性外，mutp53还可以调节肿瘤微环境（TME）。例如， mutp53可以通过调节外泌体含量来支持肿瘤的进展，从而导致巨噬细胞重新编程为M2型，产生更有利肿瘤进展的TME。 -03- 靶向p53的小分子药物：突破与挑战 不同TP53状态的肿瘤需要非常不同的小分子靶向策略。对于含有TP53错义突变的肿瘤，小分子药物开发主要侧重于恢复mutp53蛋白野生型构象和活性。相反，对于保持wtp53的癌症，主要的策略将p53从其负调控因子的抑制中释放出来，从而释放出p53的全部活性。 靶向TP53错义突变 TP53错义突变在人类癌症中异常常见，约占所有TP53突变的70%。由此产生的结构或构象突变体被视为小分子的潜在靶点，可以恢复mutp53的正确折叠和功能。1999年，辉瑞公司筛选出了第一个具有mutp53再激活能力的化合物CP31398。从机理上，CP31398稳定了p53的野生型构象，并通过抑制其泛素化防止其降解。然而，后来的研究揭示了更复杂的作用，包括药物嵌入DNA引起的非特异性毒性和p53非依赖性上调促凋亡蛋白BAX。因此，CP31398未被纳入临床研究。尽管如此，这个药物标志着靶向mutp53的小分子时代的开始。 多年来，人们发现了许多mutp53的激活药物。包括MIRA-1，其含有可参与亲核加成反应的马来酰亚胺基团，以及STIMA-1，一种2-苯乙烯基喹唑啉-4（3H）-酮相关衍生物。尽管这两种化合物在体外和体内均表现出p53依赖性效应，但由于溶解度问题和对正常细胞的毒性，这两种药物均未进入临床试验。 在报道的mutp53激活小分子中，只有少数被纳入临床试验。第一个进入临床试验的是PRIMA-1 MET，它是PRIMA-1的甲基化衍生物，也称为APR-246。在体外和临床前研究中，APR-244表现出比PRIMA-1更好的活性，在急性髓细胞白血病（AML）细胞系和患者的原代细胞中增强了凋亡作用。目前正在进行APR-246的两个I/II期临床试验，与阿扎胞苷联合治疗携带p53突变的MDS或AML患者，均显示出实质性疗效。2020年1月，FDA授予APR-246治疗MDS的突破性疗法。最近，一项评估APR-246联合阿扎胞苷的II期试验宣布了令人鼓舞的结果。APR-246和阿扎胞苷的联合治疗实现了58%的1年无复发生存率（RFS），中位OS为19.3个月。目前正在进行或计划进行更多以APR-246为单药或联合用药的临床试验。 靶向wtp53的肿瘤 在保持wtp53表达的肿瘤中，最广泛采用的p53靶向治疗方法是抑制p53的降解。p53降解的机制涉及E3泛素连接酶MDM2对p53的泛素化，导致p53的蛋白酶体降解。MDM2介导的泛素化依赖于其与p53的直接结合，促使人们寻找抑制MDM2–p53结合的小分子，作为稳定p53并使其恢复效力的手段。 第一类抑制剂是Nutlins，可诱导wtp53癌细胞中的p53激活，但对mutp53细胞无影响。Nutlins的衍生物RG7112是临床试验中测试的第一个MDM2抑制剂。在难治性复发性AML和CML患者中，RG7112可触发wtp53激活，并提高许多p53靶基因的表达，在许多患者中观察到RG7112的抗白血病活性。然而，需要大剂量的RG7112才能达到疗效，导致不良事件发生，如胃肠道不耐受和血小板生成抑制。随后，RG7112被第三代衍生产品idasanutlin（RG7388）取代。目前，有几项临床试验正在测试idasanutlin对各种癌症的安全性和疗效。 除了Nutlins衍生物，许多其他干扰MDM2–p53结合的分子也在开发和测试中。例如，APG-115是一种口服的MDM2抑制剂，在AML临床前模型和放射治疗致敏的胃癌异种移植物中显示出强大的抗肿瘤作用。APG-115目前正在几个临床试验中进行评估（如NCT02935907、NCT03611868、NCT04785196、NCT0037816），单药或联合化疗和免疫检查点抑制剂。 AMG-232是另一种口服的MDM2抑制剂，显示可促进骨肉瘤细胞的wtp53功能和肿瘤消退。目前，已经启动了十多项AMG-232（后更名为KRT-232）的临床试验，包括JNK抑制剂失效后骨髓纤维化的III期试验以及其他癌症的早期试验。其他MDM2抑制剂，包括siremadlin和milademetan，也在临床试验中（NCT03634228、NCT04116541）。 靶向截短的p53 大约10%的TP53变异肿瘤携带无义突变，产生截短蛋白，通常很快降解。由于这些蛋白质的寿命很短，并且通常缺乏大部分p53蛋白序列，因此通过上述方法重新激活可能毫无意义。 因此，人们提出了两种替代方法来激活含有p53截短突变癌细胞中的p53信号通路。第一种方法是基于促进翻译通读的分子，使翻译机制绕过RNA终止密码子，产生全长p53蛋白。这些化合物包括氨基糖苷类抗生素及其衍生物，如G418和新一代合成衍生物NB124。用这些氨基糖苷治疗可挽救完整p53的合成，促进癌细胞凋亡。另一种替代方法是抑制无义介导的mRNA降解（NMD）过程。例如，NMD14靶向SMG7的结构口袋，SMG7是NMD机制的一个关键组成部分。类似的药物，如ataluren，已经进入囊性纤维化的III期临床试验。 靶向mutp53 GOF 尽管大多数基于p53的药物开发都是为了恢复癌细胞中野生型p53的活性，但也有人试图通过靶向mutp53快速降解来消除mutp53-GOF（gain-of-function）活性。鉴于HSP90热休克蛋白可以减弱mutp53的降解，研究表明，长时间抑制HSP90可以提高携带mutp53表达肿瘤小鼠的存活率。 -04- 基于p53的肿瘤免疫治疗创新 近年来，癌症免疫治疗取得了前所未有的成功，这也重新激发了人们对基于p53免疫治疗策略的兴趣，主要是提高免疫系统识别和根除含有不受调控的p53癌细胞的策略。 基于p53的疫苗 20世纪90年代，人们开始尝试旨在提高对含有过量p53的癌细胞免疫力的疫苗。一种合成长肽（SLP）疫苗由来自wtp53序列的十个重叠肽组成，其在转移性结直肠癌中引发了以CD4+T细胞为主的T细胞反应，不良反应相对较轻。然而，临床试验未能显示SLP疫苗相对于历史对照的益处。 此外，编码wtp53的改良痘苗病毒ankara（MVA）疫苗也在难治性胃肠道癌和卵巢癌患者的早期临床试验中进行了测试，在总共11名患者中，分别有6名和5名患者能诱导CD8+和CD4+T细胞反应。目前正在进行MVAp53疫苗和抗PD1抗体pembrolizumab的进一步临床试验（NCT03113487，NCT02432963）。 mRNA疫苗的成功也为p53 mRNA疫苗带来了新的希望。将自体TP53 mRNA转染的DC导入乳腺癌患者体内后，在18例高表达p53的肿瘤患者中，有13例在体外表现出p53特异性T细胞反应，这健康志愿者（1/10）和p53低表达乳腺癌患者（2/18）形成鲜明对比。 p53特异性抗体 其他基于p53的免疫治疗方法也正在出现。T细胞受体模拟物（TCRm）抗体，也称为TCR样抗体，是一种潜在的靶向细胞内蛋白质的策略。这些抗体识别MHC在细胞表面显示的表位，类似于TCR识别，从而能够识别来自细胞内蛋白质的肽。 双特异性抗体是另一种非常有前途的癌症免疫治疗方法。最近开发了一种基于mutp53的双特异性抗体，可以识别来自p53（R175H）热点突变和TCR–CD3复合物的新抗原。通过与癌细胞上的p53（R175H）肽-HLA复合物以及T细胞上的TCR-CD3复合物高亲和力结合，这种双特异性抗体可以克服新抗原提呈的缺乏，并选择性地重定向T细胞以识别展示突变肽的癌细胞。 p53与肿瘤微环境 最近的研究显示p53与癌症免疫治疗之间存在更广泛的联系。癌细胞中的p53状态会影响TME的免疫状态。 癌细胞中的功能性wtp53倾向于支持癌症限制性TME，而wtp53的缺失则使平衡朝着支持癌症的TME倾斜。此外，作为GOF活性的一部分，一些错义mutp53蛋白可能会进一步限制免疫系统攻击癌细胞的能力。例如，wtp53可以通过上调miR-34a间接降低PD-L1的水平，并诱导自然杀伤（NK）细胞激活性配体UL16结合蛋白1（ULBP1）和ULBP2的表达，使癌细胞更容易受到细胞毒性T细胞和NK细胞的攻击。 此外，通过调节细胞因子表达，wtp53可以通过改变TIME的组成来发挥抗肿瘤作用。因此，肿瘤的TP53状态可能对与免疫治疗相关的患者用药非常重要。此外，恢复或增强癌细胞中p53功能的药物也可考虑与免疫治疗方案联合用药，以增加其成功的可能性。2022年7月，PMV制药公司宣布与默克公司合作进行PC14586与pembrolizumab的临床试验，以治疗携带p53（Y220C）突变的晚期实体瘤患者。 -05- 基于p53的基因治疗：改写p53基因缺陷 第一个被批准用于临床的基因治疗就是基于p53的。Gendicine是深圳赛百诺公司开发的一种重组人p53腺病毒，于2003年被中国食品药品监督管理局（CFDA）批准用于HNSCC。据报道，当与化疗或放疗结合时，Gendicine的响应率明显高于标准护理。其他基于腺病毒的p53基因治疗，包括advexin和SCH-58500，也在临床试验中显示出良好的结果。 纳米颗粒也被探索用于p53基因治疗载体。与病毒不同，纳米颗粒具有低免疫原性，因此对抑制性抗体不敏感，从而延长其循环时间，同时减少免疫相关的副作用。此外，通过静脉注射，纳米颗粒比肿瘤内注射更适合治疗远处转移。SGT-53是一种由SynerGene Therapeutics开发的阳离子脂质体，携带wtp53编码的DNA，通过抗转铁蛋白单链抗体片段选择性地归巢肿瘤细胞。在对11名患有不同类型晚期实体瘤的患者进行的一期临床试验中， 11名患者中有7名在6周评估时病情稳定。 p53 mRNA纳米颗粒也在开发中。在最近的一项研究中，在HCC和NSCLC小鼠模型中，通过纳米颗粒递送p53 mRNA使p53缺失的肺癌细胞存活率显著降低，肿瘤大小显著减小。此外，与单独的治疗相比，p53 mRNA纳米颗粒与免疫治疗相结合可提高抗癌效果。 -06- 结语：p53靶向治疗临床转化的新纪元 开发基于p53的治疗方法已经进行了近三十年，尽管目前还没有基于p53的癌症药物获批，但是基于p53基因在人类癌症中的中心地位，如果取得成功，则有可能彻底改变癌症治疗。近年来，一系列所取得的进展逐渐摒弃了p53不可成药的观点，最近KRAS抑制剂的成功也给我们带来了鼓舞。与p53一样，由于反复失败，KRAS也被许多人认为是不可成药的靶标。相信随着新技术的不断进步以及对p53更加深入的研究，靶向p53的癌症治疗药物将很快应用于临床，从而使更多的患者受益。 参考文献：1.Drugging p53 in cancer: one protein, many targets.Nat Rev Drug Discov. 2022 Oct 10 : 1–18. 公众号已建立“小药说药专业交流群”微信行业交流群以及读者交流群，扫描下方小编二维码加入，入行业群请主动告知姓名、工作单位和职务。