从2011到2026,十五年,四代迭代。每一代药物都在上一代药物的基础上“重生”---耐药催生下一代,透脑失败催生新设计,TRK毒性催生高选择性。这不是一条直线,是一场不断突围的接力赛。
序章:2007,一颗"钻石"被发现
2007年,Soda等在非小细胞肺癌(NSCLC)患者中发现EML4-ALK融合基因;肺癌是欧美国家癌症死亡的首要原因;NSCLC占肺癌80%,在全部NSCLC人群中,ALK阳性肺癌约占3%–7% [1]。ROS1与ALK激酶结构域同源性77%,也于同年被确认 [2]。这两个靶点因靶向治疗效果远优于化疗,被称为"钻石突变"——但"钻石"也有裂缝,耐药与脑转移始终如影随形。
第一代:克唑替尼—“误打误撞的破冰者”
克唑替尼(Crizotinib/PF-02341066)的故事始于一个"错误"——辉瑞最初将它设计为MET抑制剂,用于MET异常相关肿瘤。临床开发中,研究人员发现它对ALK和ROS1有脱靶活性(即脱靶效应),这一关键发现推动了适应症的拓展。2011年8月26日,FDA加速批准克唑替尼用于ALK阳性NSCLC,ORR 65%,mPFS 10.9个月[3],显著优于传统化疗(无进展生存期风险比HR=0.45),奠定了其在ALK阳性NSCLC靶向治疗中的里程碑地位,并后续拓展至ROS1重排NSCLC等适应症。
但克唑替尼的血脑屏障穿透能力差(CSF/游离血浆比0.03,P-gp外排比>2.5)[4],存在脱靶毒性,MET抑制致视力闪烁、胃肠道反应,对L1196M,G1269A等突变抑制活性显著降低,不透脑、耐药快、脱靶毒性——催生了整个二代药物的开发浪潮。
第二代:五剑客登场—“活性和透脑的死循环”
二代ALK-TKI的研发策略聚焦三个词:更专一、更强力、更能入脑。但很快,所有团队撞上了同一堵墙。
塞瑞替尼(Ceritinib/LDK378,Novartis):首个二代,2014年获批。ASCEND-4一线mPFS 16.6个月,但对克唑替尼耐药仅8个月,胃肠道毒性高达80% [5]。
阿来替尼(Alectinib/CH5424802,Roche/Chugai):ALEX研究一战封神——一线mPFS 34.8个月,5年OS率62.5%,CNS进展风险降低84% [6]。但G1202R对其仍无效。
布格替尼(Brigatinib/AP26113,Takeda):2017年获批,ALTA-1L mPFS 30.8个月,对G1202R保留部分活性,但早发肺毒性3% [7]。
伊鲁阿克(Iruplinalkib/WX-0593,齐鲁制药):2023年中国获批的首个国产ALK/ROS1抑制剂。INSPIREⅢ期研究初治mPFS 27.70个月(vs 克唑替尼14.62个月),基线CNS转移亚组mPFS 21.95个月,颅内ORR 64% [8]。ALK G1202R IC₅₀=96 nM(有效但不如劳拉替尼),对ROS1 G2032R无活性。
图1.部分ALK抑制结构(AP26113(Ariad研发,其化学结构未公开,暂以2表示),3号化合物(罗氏/中外制药共同开发),4号化合物(安斯泰来制药研发),5号化合物(诺华制药研发))
第三代:劳拉替尼——"大环破局,四维同解"
辉瑞团队面对无环分子的"活性-透脑死循环",从一张共晶结构图找到了突破口。
共晶结构显示,无环ALK抑制剂与ALK激酶结合时呈现U形构象——氟苯基"头部"与杂芳环"尾部"空间紧密相邻[9]。如果用一条链桥锁住头尾,冻结这个U形——大环策略诞生了。
图2.左图:无环抑制剂在ALK激酶结构域(PDB_ID:4CNH)中的共晶结构,突出U型结合构象)。右图:两个无环抑制剂(PDB_ID:4CMO,4CMT)在ALK共晶结构中的叠合图,展示了三氮唑,酰胺和G-loop构象[9]。
三步优化路径:
①12元醚大环(Compound 7e):首尝大环,L1196M IC₅₀=20 nM,LipE=4.4,外排改善但未达最优。
表1:醚连接的大环分子
备注:LogD was measured at pH 7.4. LipE = -log(pALK L1196M cell IC50) – logD
②12元酰胺大环(Compound 8a):酰胺链桥替代醚链桥,L1196M活性10倍提升,LipE>2单位提升——但MDR外排比4.2仍偏高。
表2. 氨基吡嗪,氨基吡啶,苄基甲基,以及吡唑上不同取代基对活性和效率的影响
③终版劳拉替尼(Compound 8k/PF-06463922):引入N-甲基纳入大环链+C3氰基修饰,实现终版平衡[9]。
表3,大环类似物活性以及ADMET性质
ALK/TrkB选择性38倍,C3氰基与TrkB结合口袋产生空间冲突;206种激酶仅13种在1µM下抑制>75%。
图3. 左图:8a与ALK结合的结构(绿色,PDB 4CMU)及TrkB(紫色,PDB_ID:4AT3),其中选择性残基已被突出显示。右图:ALK共晶结构的配体与TrkB对齐后,显示出配体与Tyr635之间存在潜在的碰撞。
透脑关键设计详解:
1.大环冻构象:U形构象冻结后,SASA自动压缩10%,P-gp/BCRP"看不清"它——不需要加极性降外排,而是靠构象限制实现天然低外排。这是打破"活性-透脑死循环"的根本。
图4. 非环状和环状化合物的 SASA 差异。
2.IMHB隐藏极性:劳拉替尼的2-氨基吡嗪NH₂一个氢原子与相邻醚氧形成分子内氢键(IMHB),将2个HBD"藏"成等效1个。穿膜时极性收起,水相时极性暴露——这赋予了劳拉替尼变色龙特性。
3.log D=2.3:辉瑞115,000+化合物MDR数据集揭示,log D (pH 7.4)在2–3之间时外排比<2.5的概率最高 [9]。劳拉替尼log D=2.3不是巧合——是SASA压缩+IMHB协同调控的设计终点。
图5. log D、HBD计数和分子量对MDR BA/AB比值的影响(蓝色 <2.5;红色 >2.5)。图中显示了各扇区的百分比,每个区间总计数在饼图中心处突出显示。
临床封神
CROWN研究最终分析:一线mPFS突破60个月,疾病进展风险下降81%,颅内ORR 82% [9]。
但劳拉替尼不是终点——三大残留痛点
①TrkB抑制→认知毒性:TrkB Ki=23 nM,38倍选择性仍不够。长期治疗中认知功能损害发生率23%–58%,血脂升高几乎100%。
②复合突变耐药:G1202R/L1196M等双突变使劳拉替尼活性骤降——ALK G1202R/L1196M IC₅₀从单突变77→复合突变约900 nM [11]。
③ROS1 G2032R仍有限:劳拉替尼对ROS1 G2032R IC₅₀=160.7 nM,临床效果有限。
这三大痛点,催生了新一代药物的三个方向:更高选择性、更强复合突变覆盖、更好ROS1耐药突破。
新一代:三路突围——"选择性、复合突变、G2032R"
🔴方向一:高选择性ROS1抑制剂—瑞波替尼与JYP0322
瑞波替尼(Repotrectinib/TPX-0005)——更小的大环,更强的耐药突破
发现故事:TP Therapeutics(后被BMS收购)团队的设计逻辑与劳拉替尼一脉相承——大环冻构象,但选择了完全不同的策略:更低分子量。
瑞波替尼MW仅355.37 Da(劳拉替尼406 Da),是ALK/ROS1/TRK抑制剂中分子量最小的大环TKI [12]。更低的分子量天然降低外排转运体识别概率,不需要IMHB和log D精细调控就能实现透脑——"小就是美"。
紧凑的三维大环构象还可完全避开ROS1 G2032R突变引入的精氨酸位阻[12]。
图6.(A)瑞波替尼与ROS1(白色)结合模型;(B)瑞波替尼与ROS1 G2032R(白色)结合模型;(C) 瑞波替尼与ROS1 L2086F(红色)发生空间碰撞的结构基础;(D)Crizotinib和Entrectinib和ROS1 G2032R(红色)发生空间碰撞;(E)Crizotinib和Entrectinib 与ROS1 L2086F (红色)发生空间碰撞;(F)瑞波替尼在未接受过TKI治疗的患者中的PFS与其他ROS1 酪氨酸激酶抑制剂(TKI)的PFS的比较[12]
短板:三靶点设计(ROS1/ALK/TRK)意味着选择性不够纯粹——ROS1/TRK仅15倍,CNS毒性仍是问题。瑞波替尼证明了"更小的大环可以更强地突破耐药",但选择性妥协让它的安全性天花板受限。
JYP0322——同一个氰基,打不同的靶
发现故事:中山大学肿瘤防治中心张力/赵洪云团队的设计,是劳拉替尼设计哲学的直接继承与进化。
与劳拉替尼一样,JYP0322是12元酰胺大环——冻结U形构象、压缩SASA、降低外排。但它在选择性的解决方案上做出了关键进化:C3氰基从打ALK/TrkB变成了打ROS1/TrkA [13]。
劳拉替尼的氰基:与TrkB口袋产生空间冲突→ALK/TrkB选择性38倍。JYP0322的氰基:与TrkA的Tyr591(含苯环侧链,体积大)产生范德华距离<2 Å的空间碰撞,而ROS1对应位点Leu2028体积小不冲突→ROS1/TrkA选择性130倍。
图7.(A)JYP0322(青色)在ROS1结合口袋中的结合模式;(B)JYP0322(青色)在TrkA结合口袋中的结合模式[13]
🔵方向二:高选择性ALK抑制剂——奈拉达克布(NVL-655/Neladalkib)
发现故事:Nuvalent公司团队的目标很明确——攻克劳拉替尼的复合突变耐药+TrkB毒性,同时保留透脑能力。
NVL-655同样采用大环结构,但设计重心在ALK而非ROS1:针对G1202R/L1196M等复合突变,ALK/TrkB选择性>50倍,脑渗透性设计延续劳拉替尼的透脑基因 [14]。
ALKOVE-1临床数据:≥3线经治(91%曾用劳拉替尼)ORR 31%;G1202R ORR 68%;70%缓解者DOR>18个月 [14]。
⚪方向三:已终止的探索——TPX-0131
发现故事:TurningPoint公司的TPX-0131是第四代ALK抑制剂中最早进入临床的——2021年启动FORGE-1试验。临床前数据惊艳:对G1202R效力是劳拉替尼的>100倍,对G1202R/L1196M复合突变IC₅₀=0.7 nM(劳拉替尼4780 nM,差距6828倍)[15]。
MD模拟揭示了TPX-0131克服复合突变的分子机制:G1202R/L1196M双突变使TPX-0131与ALK的范德华和静电相互作用反而增强(ΔEvdW从-44→-50 kcal/mol,ΔEele从-4.5→-27 kcal/mol),与Arg1202、Met1196形成稳定相互作用 [15]。
图8. (a) ALK激酶结构域分析。ALK中的两个特定突变位点,包括G1202(青色)和L1196(红色)。ALK采用卡通式示意图表示,其中β折叠、α螺旋和loop分别用绿色、品红色和灰色标示。关键特征(如G-loop、铰链区和A-loop)分别用黄色、蓝色和橙色标示。(b) 劳拉替尼和TPX-0131的化学结构。
但2023年5月,FORGE-1试验因风险/收益比不利终止 [16]。TPX-0131的教训:活性可以靠计算设计出来,但安全性是临床才能验证的底线。
结语
四代ALK/ROS1抑制剂的发展史,本质上是一场设计策略的进化:
一代靠偶然发现(MET→ALK脱靶)
二代靠极性修饰(加基团降外排,但活性崩了)
三代靠构象限制(大环冻结U形,四维同解)
新一代靠选择性精雕(氰基打不同的靶、体积差异利用、更低分子量)
从克唑替尼的CSF/血浆比0.03到JYP0322的1.20,从劳拉替尼的38倍选择性到JYP0322的130倍——每一代都在上一代的痛点上突破,没有终极药物,只有持续迭代。
而贯穿始终的设计哲学始终如一:大环构象打破死循环,变色龙隐藏极性穿越血脑屏障,选择性精雕守护安全性。
参考文献:
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[15] Zhang X, et al. Molecular mechanisms of TPX-0131 overcoming lorlatinib resistance to ALK G1202R/L1196M.Comput Biol Med, 2024, 183:109265. DOI: 10.1016/j.compbiomed.2024.109265.
[16] Turning Point Therapeutics. FORGE-1 trial (NCT04849273) terminated May 2023 due to unfavorable risk/benefit ratio.