【JMC】医科院药物研究所张东峰等报道新型FGFR抑制剂，对FGFR突变肿瘤有效

2024-02-23

临床研究

2024年1月31日，中国医学科学院药物研究所张东峰研究员、陕西师范大学邵焕杰教授和中国医学科学院药物研究所黄海洪研究员合作，在Journal of Medicinal Chemistry在线发表了题为“Identification of Piperazinyl–Difluoro-indene Derivatives Containing Pyridyl Groups as Potent FGFR Inhibitors against FGFR Mutant Tumor: Design, Synthesis, and Biological Evaluation”的文章。研究团队基于先前报道的含二氟茚类骨架的化合物5，合成了一类二氟茚类骨架的FGFR抑制剂，以(S)-23为代表的化合物对携带FGFR1融合蛋白、FGFR2扩增和FGFR2突变的癌细胞株具有强效的抗增殖活性，GI50在6.4-10.4 nM之间；对FGFR3易位和突变的FGFR4癌细胞株具有良好的抗增殖活性，并对FGFR1-4激酶具有良好的抑制活性。此外，(S)-23在MFE-296异种移植小鼠模型中具有非常强的抗肿瘤活性，剂量为10 mg/kg时的TGI达到99.1%。这些研究结果表明，(S)-23是一种治疗FGFR突变肿瘤的潜在药物。成纤维细胞生长因子受体（FGFRs）属于受体酪氨酸激酶家族，包括四种高度保守的跨膜受体（FGFR1、FGFR2、FGFR3 和 FGFR4）和一种缺乏胞内结构域的膜相关受体（FGFRL1）。当不同的成纤维细胞生长因子（FGFs）与FGFRs结合时，FGFRs形成二聚体，导致受体激酶结构域在细胞内磷酸化，从而激活下游信号通路，如RAS-RaF-MEK-ERK、PLCγ-PKC、JAK-STAT和PI3K-AKT信号转导。FGF/FGFR信号通路在细胞增殖和血管生成、胚胎和胎儿发育、组织发育、免疫监视和新陈代谢中发挥着至关重要的作用。然而，由扩增、点突变、易位和基因融合诱导的该信号通路的异常激活可导致癌变。在乳腺癌、肺癌、胃癌、尿路上皮癌、肝癌、膀胱癌、胆管癌和子宫内膜腺癌等多种实体瘤中都观察到了FGFR的改变。迄今为止，已开发出四种FGFR抑制剂来治疗携带FGFR改变的实体瘤。Erdafitinib、pemigatinib、infigratinib和futibatinib已被美国食品药品管理局批准用于治疗携带FGFR3点突变或融合基因的尿路上皮癌 FGFR3点突变或融合基因的尿路上皮癌和携带FGFR2融合基因或其他重排的胆管癌 FGFR2融合基因或其他重排的胆管癌（图1）。鉴于FGFR是开发新型抗癌药物的重要靶点，尤其是针对胃癌和子宫内膜腺癌等难治性恶性肿瘤，因此开发FGFR抑制剂的医疗需求仍未得到满足。图1 FDA批准的FGFR抑制剂结构FGFR抑制剂的设计和SAR探究为了开发对FGFR具有更强活性和更高激酶选择性的抑制剂，同时保留特定的二氟茚类骨架药效团，用吡啶取代了化合物5的咪唑并[1,2-b]哒嗪基团，并将苯环上邻位的甲基分别替换为F、Cl和H（图2A）。由于FGFR1/2/3激酶的序列具有同源性，作者随后将设计的化合物和化合物5与FGFR2进行分子对接，发现除了酰胺与Ala567之间形成关键氢键外，二氟茚基的F与Glu565之间存在卤素相互作用，所设计化合物的二氟茚基骨架和FGFR2的残基之间也有一些疏水相互作用。但化合物5与FGFR2催化口袋之间缺乏关键的氢键，表明所设计的化合物可能比化合物5具有更强的FGFR抑制活性和选择性。图2 (A) 分子设计；(B) 化合物5与FGFR2激酶的对接模式；(C) 设计化合物与FGFR2激酶的对接模式。随后，作者以erdafitinib和化合物5为阳性对照，研究了所设计化合物在H716、KATO Ⅲ和MFE-296细胞中的抗增殖活性（图3）。在一系列保留甲基，改变吡啶上的基团的化合物中，5位取代的化合物对H716和KATO Ⅲ细胞显示出有效地抑制活性，对MFE-296细胞有一定的抑制活性，但2位和3位取代的化合物对三种细胞均没有抑制活性。因此，作者主要对5位取代的化合物进一步进行SAR探究。考虑到化合物5中心苯基上的甲基是对携带BCR-ABL的野生型和突变型细胞产生抗增殖作用的关键。当甲基被氟和氯取代时，除化合物21外，其他化合物都对MFE-296细胞具有很强的抑制活性。用氢取代甲基不会影响抗增殖活性。其中，化合物23-25和26-28具有很强的抑制活性，化合物29-31具有良好的抑制活性。此外，当改变吡啶基上氮原子的位置以及改变炔基时，活性完全丧失。图3 化合物对FGFR2高表达细胞（H716和KATO Ⅲ）和FGFR2突变细胞（MFE-296）的抑制活性作者选择了20、22、23、26、29和31这六种活性较好的化合物来进一步评估它们对其他细胞系的抗增殖活性，进行选择性研究（图4）。与对照组erdafitinib相比，这六种化合物对表达截短FOP2-FGFR1融合蛋白的KG1a细胞显示出强到良好的效力，但对过表达野生型FGFR3的RT-4细胞和携带突变型FGFR4（Y367C）的MDA-MB-453细胞株的抑制活性分别降低或减弱。对于携带FGFR3易位的KMS-11细胞系，化合物20和22显示出与erdafitinib相当的效力。然而，BCR-ABL抑制剂5失去了对KMS-11和MDA-MB-453细胞的活性。尽管所选化合物对K562细胞的活性与5相似，但它们对表达BCR-ABLT315I的BaF3细胞的活性几乎丧失。结果表明，这些含有3-吡啶基的系列新化合物具有可接受的FGFR和BCR-ABLT315I选择性，进一步验证了分子设计策略的合理性。图4 部分化合物对不同细胞株的抗增殖能力化合物的立体构型对活性具有较大影响。(S)-20和(S)-22显示出很强的抑制活性，而(R)-20和(R)-22对所选细胞几乎没有或只有很低的抗增殖活性（图5）。化合物23、26、29和31的S-对映体对KG1a、H716、KATO III和MFE-296细胞具有很强的抑制活性。除(S)-31外，其他S-对映体对KMS-11细胞的抗增殖活性与erdafitinib相似。此外，(S)-23、(S)-26和(S)-29化合物对MDA-MB-453细胞也表现出与erdafitinib相似的强效活性。这些结果共同表明，具有S-哌嗪基部分的二氟茚骨架有利于提高抗增殖活性。图5 部分化合物不同对映体的抗增殖效力激酶抑制活性测试FGFR激酶的抑制试验中，(S)-20、(S)-22、(S)-29和(S)-31对FGFR1和FGFR2的抑制活性比化合物5更强，与阳性对照staurosporine相当（图6A）。其中，(S)-20和(S)-29对FGFR3具有很好的抑制作用，IC50值分别为5.7和8.9 nM。六种化合物对FGFR4的抑制作用略弱于对FGFR1和FGFR2的抑制作用，但强于化合物5。随后，根据(S)-20和(S)-29的细胞效力和激酶抑制活性，研究了它们的其他激酶选择性特征（图6B）。结果表明，(S)-20和(S)-29对FGFR的活性几乎没有影响，而SRC、ABL和VEGFR1具有适度的选择性。在激酶选择性方面，(S)-20对FGFR2的抑制作用是ABL的7倍。(S)-20和(S)-29对PDGFRα、DDR2和KDR都有很强的抑制作用。结果表明，这些二氟茚衍生物是具有多激酶抑制特性的强效FGFR激酶抑制剂。图6 (A)化合物对FGFR1-4的抑制活性；(B)化合物(S)-20和(S)-29激酶选择性化合物对FGFR信号通路的影响作者评估了化合物(S)-20和(S)-29对FGFR及主要下游信号蛋白AKT和ERK磷酸化的影响。用(S)-20和(S)-29处理KG1a细胞可显著抑制FGFR磷酸化。虽然(S)-20和(S)-29没有抑制AKT磷酸化，但却大大抑制了ERK磷酸化（图7A）。此外，用(S)-20和(S)-29处理H716细胞可显著抑制表皮生长因子受体的磷酸化。化合物(S)-20显著抑制了AKT和ERK的磷酸化。在KG1a细胞中观察到，(S)-29没有抑制AKT磷酸化，而ERK磷酸化受到抑制（图7B）。结果表明，这些化合物作为有效的FGFR抑制剂能有效调节FGFR信号通路。图7 抑制KG1a（A）和H716（B）细胞中的表皮生长因子受体磷酸化及其下游效应物AKT和ERK体内抗肿瘤作用在裸鼠MFE-296细胞异种移植模型中评估了化合物(S)-20、(S)-22和(S)-23的抗肿瘤效果（图8）。口服(S)-20、(S)-22和(S)-23，10 mg/kg QD，21天后，观察到显著的肿瘤生长抑制作用，TGIs分别为82.6%、94.3%和99.1%，抗肿瘤效果比erdafitinib更强（图8A、C、D）。值得注意的是，(S)-20、(S)-22和(S)-23化合物在治疗过程中未出现明显的体重下降，表明其耐受性良好（图8B）。此外，为了进一步分析化合物对体内肿瘤生长的抑制作用，对给药结束时收集的肿瘤进行了免疫组化分析。如图8E，F所示，观察到Ki-67染色显著降低，表明化合物强烈抑制了肿瘤细胞的增殖。图8 化合物在MFE-296异种移植小鼠模型中的体内作用。总结作者合成了一类含吡啶基的哌嗪基二氟茚骨架的FGFR抑制剂，是治疗由FGFR激酶驱动的多种癌症的一种很有前景的方法。这一类抑制剂在FGFR2扩增的H716和KATO III细胞、FGFR2突变的MFE-296细胞以及KG1a细胞（FGFR1融合）中表现出了强大的抗增殖活性。最佳化合物(S)-20、(S)-22、(S)-23、(S)-26、(S)-29和(S)-31对FGFR1和FGFR2激酶具有强效活性，对FGFR4激酶具有可接受的效力。此外，(S)-20和(S)-29还显示出对FGFR3激酶的强效抑制活性。Western blot分析表明，(S)-20和(S)-29通过有效调节FGFR信号通路，表现出了强效的FGFR抑制作用。(S)-20、(S)-22、(S)-23在小鼠体内显示出良好的药代动力学特性，使它们成为进一步开发治疗药物的候选化合物。体内药效评估表明，(S)-20、(S)-22、(S)-23能显著抑制MFE-296细胞异种移植小鼠模型中的肿瘤生长。研究结果表明，这些带有吡啶基的新型哌嗪基二氟茚化合物作为FGFR抑制剂，在治疗FGFR突变难治性恶性肿瘤方面具有巨大潜力，是未来很有前途的治疗选择。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.3c02040声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手觉得本文好看，请点这里↓