Verubulin

小编点评：研究人员结合化学空间检索（Infinisee）与基于结构的虚拟筛选发现新型微管抑制剂3a（SI-5），后解析共晶结构并开展结构优化，最终发现了 15 与 27a。其中 15 在 hERG 风险与代谢稳定性更优，并在 MCF-7 与 A2780/T 移植瘤中获得显著抑瘤效果。 该项目充分体现了 InfiniSee 在加速药物研发中的优势。武汉潇雨科技有限公司可依托 BioSolveIT 官方授权的 InfiniSee，为客户提供高效的化学空间筛选服务，助力新药研发。 在癌症治疗中，化疗药物是很多患者的必选项。但化疗进程中经常面临两个巨大的挑战：第一是耐药性，即癌细胞在接触药物一段时间后，会产生抵抗，导致药物失效；第二是副作用，许多强效药物因为对心脏等正常器官有毒性，导致无法在临床广泛使用。 一项发表在药物化学顶级期刊《Journal of Medicinal Chemistry》 上的研究，为解决这两个问题提供了新的解决方案。科学家们基于化学空间相似性搜索技术（Infinisee）与虚拟筛选成功发现了一类新型抗肿瘤化合物，进一步的结构改造使它们不仅能杀灭耐药的癌细胞，还显著降低了对心脏的毒性。 1.  经典抗癌药物也难免面临耐药、毒性问题 目前常用的抗癌药物中，有一类叫做“微管靶向剂”（如紫杉醇）。微管是细胞内的骨架，也是细胞分裂必须的结构。药物通过破坏微管，阻止癌细胞分裂，从而杀死它们。但是，这类药物有两个问题： 耐药问题：癌细胞会通过改变自身结构（如 βIII -微管蛋白）或者直接把药物“泵”出细胞外，让药物无法发挥作用 。 毒性问题：之前有一款很有潜力的药物叫 Verubulin，通过抑制微管蛋白聚合，干扰肿瘤细胞有丝分裂发挥抗肿瘤作用。但在临床试验中，研究人员在二期临床时发现它会引起严重的心脏毒性，导致临床试验暂停。 2. 虚拟筛选与先导化合物发现 先导化合物3a （SI-5）设计流程 1）化学空间相似性检索：研究人员利用化学空间相似性搜索技术（Infinisee），在数据库中进行检索已知活性分子，得到大量结构不同，但是可能具有更优活性且可快速合成的先导化合物。 “ 这也是 InfiniSee 的核心优势，研究人员在个人笔记本便可完成万亿级化学空间的检索，大大减轻药物设计人员对结构可合成性判断的时间。 ” 2）利用虚拟筛选缩小范围：研究人员通过基于结构的虚拟筛选方法进一步缩小化学空间检索得到的化合物范围。 最后合成并测试了6个化合物，发现化合物 3a （SI-5）活性最好（IC50 为 0.74 μM），且比 Verubulin 具有更好的代谢稳定性。 通过化学空间相似性、高通量虚拟筛选以及目视检查，筛选出的初始命中化合物 SI-1 至 SI-6 的化学结构 化合物 SI-1 至 SI-6 对四种癌细胞系的体外抗增殖活性（通过 48 小时的细胞活力测定法确定了 IC50 值[μM]）以及在 37°C 下的微管组装情况 通过开展人肝微粒体稳定性实验，以评估 verubulin 和 3a（SI-5）在与人肝微粒体孵育条件下的代谢稳定性 3. 通过解析 X 射线共晶体结构为后续改造提供了基础 研究团队制备并解析了 3a 与微管蛋白形成的 X 射线共晶体结构，直接观察到了药物分子是如何附着在蛋白上的，以及哪些位置结合得紧密，哪些位置还有空隙。 （A）3a 与微管蛋白形成的 X 射线共晶体结构（PDB ID：7XR1）。（B）3a 的电子密度图 （C）3a 被分为三个部分，即部分 A、部分 B 和部分 C，基于 3a 与微管蛋白形成的 X 射线共晶体结构进行结构-活性关系的讨论 （D、E）X 射线共晶体结构展示了 3a 与微管蛋白的相互作用机制（D），以及 3a 的 X 射线共晶体结构与秋水仙碱的重叠图（E） 通过观察这些微观结构，研究人员发现如果在分子的特定位置（喹唑啉骨架的5位）引入一些吸电子的基团（比如氟原子），可以增强药物与蛋白之间的相互作用力。 以 3a 与微管形成的 X 射线共晶结构（PDB ID：7XR1）为基础，对先导化合物 3a 的 A、B 和 C 部分进行了改进策略设计 基于这个发现，他们设计并合成了一系列新化合物。 4. 通过层层筛选，最优秀的两个化合物——15 和 27a 诞生 最终化合物 13、15、17、19、21、23a-c 和 25 的合成路线 最终化合物27a−j、29a、29b、31a−c 的合成路线 1）抗癌活性强，抗耐药效果好：这两个化合物抑制癌细胞生长的能力非常强。在针对乳腺癌细胞（MCF-7）的测试中，其活性比最初的先导化合物 3a 强了约10倍。 化合物 27a（左）与 3a（右） 对 MCF-7 的体外抗增殖活性（通过 48 小时的细胞活力测定法确定了 IC50 值[左：nM；右：μM]） 对于那些对紫杉醇已经产生耐药的卵巢癌细胞（A2780/T），这两个化合物依然有效。数据显示，它们不受癌细胞“排药泵”（P-糖蛋白）的影响，能够顺利进入并杀死耐药细胞。 3a、15 和 27a 对抗白蛋白紫杉醇耐药癌细胞系 A2780/T 及其亲本细胞系 A2780 的抗增殖活性（通过 48 小时的细胞活力测定法确定了 IC50 值[μM]） 2）显著缩小肿瘤体积：在小鼠实验中，研究人员给患有乳腺癌的小鼠使用了化合物 15。结果显示，低剂量（2 mg/kg）的治疗就能让肿瘤体积缩小 80.30%。同样，在卵巢癌模型中，它也能让肿瘤缩小 75.36%。这个治疗效果优于常用的化疗药紫杉醇。 MCF-7（左）A2780/T（右）肿瘤的实验鼠在分别接受 15、紫杉醇或载体对照治疗 2 周后，测定各个肿瘤的重量 3）安全性更高：hERG 钾通道是评估药物是否会导致心脏心律失常的重要指标。实验表明，化合物 15 对这个通道几乎没有抑制作用，这意味着它引起恶性心律失常的风险很低。同时，它对小鼠的肝脏、肾脏等重要器官也没有造成明显的病理损伤 。 3a、15 和 27a 与 Verubulin 的初步安全性概况对比分析 这项研究通过化学空间相似性搜索技术（Infinisee）大大减轻了科研工作者的负担，这个流程对科研工作者很有参考价值。文章🔗：Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Heterocyclic-Fused Pyrimidine Chemotypes Guided by X‑ray Crystal Structure with Potential Antitumor and Anti-multidrug Resistance Efficacy Targeting the ColchicineBinding Site.                                                                                                  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.2c02115 如果您有分子动力学模拟、分子对接、药物虚拟筛选等需求 欢迎与我们联系进一步交流！ 微信扫码添加 欢迎各位老师同学咨询相关研究 💭联系：Molyx 💭Tel：+86 19068078456 💭WeChat：Molyx_WuHan 💭联系地址：湖北省武汉市东湖新技术开发区大学园路15号附1号华中科技大学科技园湖北青创园 武汉潇雨科技业务部 编      辑 | 周建国  审      核 | 思   宇