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JMC速览
2025.09.09
近日,厦门大学邓贤明/李莉、北京大学云彩红与上海交通大学张建明联合在药物化学权威期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表了一篇题为《发现针对EGFR三重突变的强效且选择性吡咯并[2,3-d]嘧啶衍生物作为第四代EGFR抑制剂》的研究论文。该研究聚焦于第三代EGFR抑制剂耐药难题,尤其是C797S突变导致的获得性耐药,通过结构导向药物设计,成功开发出一类新型吡咯并嘧啶类第四代EGFR抑制剂。其中,代表性化合物31r对EGFR的19del/T790M/C797S和L858R/T790M/C797S三重突变表现出亚纳摩尔级别的抑制活性,并在体内外模型中展现出优异的抗肿瘤效果、良好的选择性和药代动力学性质,为克服EGFR靶向治疗耐药提供了极具前景的候选药物。【EJMC】厦门大学邓贤明/李莉&张江高等研究院张建明团队发现新型ALK降解剂,针对劳拉替尼耐药复合突变难题【JMC】复旦大学王洋/上海交通大学张建明:新型双靶点吡唑并[3,4-d]嘧啶类抗肿瘤化合物的设计与研究【JMC】上海交通大学张建明/诺沃斯达药业李兵:新型MNK抑制剂NSP-1047的发现及抗急性髓系白血病活性研究
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研究背景
非小细胞肺癌(NSCLC)中EGFR突变是重要驱动因素,三代EGFR-TKI对激活突变和T790M耐药突变有效,但C797S突变导致三代TKI耐药,目前无获批药物,存在重大未满足临床需求。
重点内容
先导化合物发现:通过筛选和结构优化,发现31r对EGFR三重突变有亚纳摩尔级抑制活性,较奥希替尼提升超1400倍。
结构优化与构效关系:保持核心骨架不变,对亲水侧链和磺酰胺基团进行优化,发现31r活性显著提升,且吡咯环NH对活性至关重要。
作用机制研究:31r与EGFR19del/T790M/C797S共晶结构显示,其通过氢键和疏水作用结合,诱导F856苯环构象变化,增强对突变EGFR选择性。
体外活性评价:31r对EGFR三重突变细胞抗增殖活性强,抑制EGFR及其下游信号磷酸化,而对野生型EGFR抑制弱,选择性高。
体内药效学研究:在PC-9EGFR19del/T790M/C797S移植瘤模型中,31r口服给药显著抑制肿瘤生长,80mg/kg剂量下实现肿瘤消退,耐受性良好。
研究总结
本研究成功开发出新型第四代EGFR抑制剂31r,为克服C797S突变介导的耐药提供了有前景的候选药物,目前进一步临床前评价和结构优化正在进行中。
图片来源:ACS
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01
INTRODUCTION
研究背景
EGFR突变是非小细胞肺癌的主要驱动因素,其中19外显子缺失和L858R点突变占80–90%。过去二十年,三代EGFR-TKI相继问世:一代可逆抑制剂(厄洛替尼等)迅速出现T790M守门人突变耐药;二代不可逆抑制剂(阿法替尼等)对T790M活性有限且毒性大;三代奥希替尼通过共价结合Cys797克服T790M并 sparing 野生型,已成为一线标准,但治疗后约20%患者检出C797S突变,阻断共价键形成导致再次耐药。目前全球尚无针对EGFR T790M/C797S顺式三突变的获批药物,尽管已有变构、大环及非大环四代抑制剂进入临床前或早期临床,疗效和安全性仍需突破,因此开发新型高效、选择性的四代EGFR抑制剂是当务之急。
图片来源:ACS
02
Drug Desigh
①先导化合物31a的发现
作者基于前期构建的吡咯并[2,3-d]嘧啶类激酶抑制剂库,针对EGFR 19del/T790M/C797S和L858R/T790M/C797S三突变Ba/F3细胞进行筛选,发现带有喹喔啉取代的31a对两种三突变均表现出显著抗增殖活性(IC₅₀分别为30.6和12.8 nM),活性比奥希替尼提高40倍以上;分子对接显示其U型构象可避开T790M与C797S造成的空间位阻,通过吡咯NH和嘧啶环与铰链区Met793、Gln791形成关键氢键,从而确立了三突变兼容的非共价结合模式,为后续结构优化奠定了坚实基础。
图片来源:ACS
②新型EGFR抑制剂的结构优化与构效关系研究
作者以31a为起点,固定吡咯并[2,3-d]嘧啶核心和右侧喹喔啉结构,系统变换左侧苯环及磺酰胺侧链:首先发现苯环2-位甲氧基与5-位乙基的组合可显著增强对三突变的抑制活性,并将4-位哌嗪环扩展为4-(4-甲基哌嗪-1-基)哌啶-1-基,使化合物31r的IC₅₀降至0.001–0.04 nM,比31a提升3万倍以上;随后对磺酰胺甲基进行乙基、环丙基等替换,结果显示小体积烷基可维持亚纳摩尔活性,而三氟甲基或过大基团因位阻和电性效应导致活性下降;最后将吡咯NH替换为NMe或S,活性丧失逾百倍,证明该NH与铰链区氢键对高活性至关重要。综合SAR表明:2-甲氧基-5-乙基苯基、4-(4-甲基哌嗪-1-基)哌啶-1-基、N-甲基磺酰胺及吡咯NH共同构成最优药效团,为后续候选化合物31r的体内外评价奠定基础。
图片来源:ACS
03
RESULTS
①31r的抗增殖活性与功能验证
作者系统评估了优选化合物31r对一系列EGFR突变及野生型细胞的抑制能力:在Ba/F3和PC-9模型中,31r对19del/T790M/C797S和L858R/T790M/C797S三突变的IC₅₀达0.001–0.3 nM,比奥希替尼强20–1400倍,同时对双突变和单活化突变也保持低纳摩尔活性,而对野生型EGFR的抑制强度下降20–1700倍,显示优异的选择性;克隆形成、划痕愈合和Annexin V/PI凋亡实验进一步证实,31r在250–500 nM即可显著抑制三突变细胞的增殖与迁移,并诱导与BLU-945和Brigatinib相当的细胞凋亡率,表明其通过阻断EGFR及其下游AKT信号通路,实现对EGFR三突变肿瘤细胞的强效、选择性杀伤。
图片来源:ACS
②“31r对EGFR三突变高活性的结构基础
作者解析了31r与EGFR19del/T790M/C797S的共晶结构(PDB:9U91),发现31r以稳定的U型构象嵌入ATP结合口袋,其吡咯并嘧啶核心通过三对氢键与铰链区Met793和Gln791紧密相互作用,甲氧基和乙基侧链深入疏水腔,与T790M、C775、L844、F856等残基形成广泛范德华接触;特别的是,31r诱导F856苯环发生前所未见的构象翻转,使其朝抑制剂方向移动,进一步增强疏水堆积,同时磺酰胺甲基与M793、F728与喹喔啉吡嗪环之间存在π–π堆积和水介导氢键,这些多重非共价协同作用不仅完美避开C797S造成的空间冲突,也强化了针对含T790M突变体的选择性,从而从原子层面阐明了31r亚纳摩尔级抑制活性与野生型EGFR sparing 的结构根源。
图片来源:ACS
③31r的选择性评价
作者利用KINOMEscan平台对31r进行468种激酶谱筛选(100 nM浓度),其选择性评分S(10)仅0.034,表明具有优异的全激酶组选择性;除EGFR三突变外,仅ALK及其耐药突变体(IC₅₀ < 0.5 nM)和少数激酶(LRRK2、PRKD2、PYK2、CLK1/4,IC₅₀ 1.6–16.6 nM)被显著抑制,而对野生型EGFR的IC₅₀为10.2 nM,比三突变高20倍以上,进一步验证31r对突变EGFR的高度选择性。
图片来源:ACS
④31r选择性抑制携带EGFR三突变细胞的EGFR信号
Western blot结果显示,31r在≤100 nM即可持续24小时完全阻断Ba/F3和PC-9三突变模型中EGFR及下游AKT的磷酸化,而奥希替尼在同等浓度下几乎无效;相反,在野生型EGFR的A431细胞中,31r高达100 nM仍无明显抑制,奥希替尼10 nM即可显著降低p-EGFR,进一步证明31r对三突变EGFR信号通路具有强效且特异的选择性抑制。
图片来源:ACS
⑤微粒体稳定性试验
在人、大鼠、小鼠、犬和猴肝微粒体稳定性试验中,31r在人肝微粒体中半衰期33.9 min、内在清除率40.9 μL/min/mg,表现中等代谢稳定性;其在大鼠微粒体中稳定性最佳(T₁/₂ 116.4 min,剩余69%),而在犬、猴中清除较快,整体提示31r具有可接受的跨种属肝代谢特征,适合进一步体内药动研究。
图片来源:ACS
⑥31r的药代动力学特征
作者以雄性SD大鼠为对象,分别给予1 mg/kg静注和10 mg/kg口服,结果显示静注组清除率低(8.8 mL·kg⁻¹·min⁻¹)、半衰期达8.6 h;口服组吸收良好,Tmax约4 h,Cmax 323 ng/mL,半衰期5.9 h,绝对生物利用度为23.5%,表明31r具备可接受的暴露量与口服吸收,支持后续体内药效验证。
图片来源:ACS
⑦体内活性
在PC-9 EGFR19del/T790M/C797S移植瘤裸鼠模型中,每日一次口服31r(40、60、80 mg/kg)可呈剂量依赖地抑制肿瘤生长,80 mg/kg组实现肿瘤完全消退,TGI达105.7%,且动物体重无明显下降;同期奥希替尼(10 mg/kg)几乎无效。Western blot显示31r显著下调瘤内p-EGFR与p-AKT;与Brigatinib(40 mg/kg)头对头比较,同剂量下31r的瘤体积和重量均更小,进一步证实其优异的体内耐受性和针对EGFR三突变的强效抗肿瘤活性。
图片来源:ACS
CONCLUSIONS
本研究以吡咯并[2,3-d]嘧啶为先导,经结构导向优化获得第四代EGFR抑制剂31r,其对EGFR19del/T790M/C797S和L858R/T790M/C797S三突变的抑制活性达亚纳摩尔级,共晶结构揭示其通过多重非共价作用实现高选择性与强效抑制;31r在468种激酶中选择性优异,肝微粒体与体内药动表现良好,口服生物利用度约24%,并在裸鼠移植瘤模型中实现80 mg/kg剂量下的肿瘤完全消退,无明显毒性。该化合物为克服奥希替尼耐药提供了极具临床转化潜力的候选药物,相关进一步优化与临床前研究正在进行。
文献详细全面信息请跳转原文阅读:
https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c01320
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