武田ALK抑制剂布加替尼(Brigatinib)中的二甲基氧化磷(DMPO)

2020
07/28

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药物化学前沿
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前言

Brigatinib是Ariad制药公司研发的新一代ALK抑制剂。

2017年2月,武田制药全资收购Ariad。

2017年4月,Brigatinib获FDA批准,二线治疗ALK阳性NSCLC患者。

2020年5月,Brigatinib再获FDA批准,一线治疗ALK阳性的转移性NSCLC成人患者。

背景

间变性淋巴瘤激酶(ALK)是胰岛素受体家族的一种受体酪氨酸激酶,最初被确定为融合蛋白NPM-ALK的一部分,该融合蛋白是由间变性大细胞淋巴瘤(ALCL)中染色体2和5之间的相互易位产生的。

2007年,EML4-ALK融合蛋白在大约5%的非小细胞肺癌(NSCLC)中被发现,至此,医药领域充分认识到ALK作为肿瘤治疗靶点的潜在意义。

此外,值得注意的是,携带EML4-ALK基因的患者群体与携带表皮生长因子受体(EGFR)或柯尔斯滕大鼠肉瘤病毒(KRAS)突变的患者群体很少重叠,这使得EML4-ALK成为一部分NSCLC患者的独特分子靶标。

第一代ALK抑制剂(克唑替尼)早在2011年即被批准上市,随后2014年以色瑞替尼为代表的第二代ALK抑制剂也被FDA批准为ALK阳性NSCLC的一线治疗。

然而,包括第一代(克唑替尼)和第二代(色瑞替尼、艾乐替尼)ALK抑制剂均存在因突变导致的耐药问题,大量病人治疗一年内即发生复发。

基于此,大量医药公司和科研机构开始寻求下一代ALK抑制剂,期望其能克服获得性ALK突变产生的耐药性。

武田ALK抑制剂Brigatinib应运而生。

结构优化

Brigatinib的结构特点为含有一个二甲基氧化磷(DMPO)结构,这在上市药物中极为少见。

尽管磷在人体中含量丰富,但在药物分子中却很少发现磷,其临床应用仅限于一些以磷酸盐为基础的膦或双膦酸类药物,以及一些膦酸、膦酸盐或含磷酸盐的前药。

在药物研发过程中,c-Kit抑制剂6(AP23464),二甲基氧化磷(DMPO)的引入增加了其70倍的活性(相对未取代的结构),同时考虑到其晶体结构,研究人员猜测,DMPO有可能作为一个氢键供体增强了与蛋白的相互作用,而这一独特结构可以尝试引入ALK抑制剂。

Brigatinib的前期优化基础应该来源于色瑞替尼(文中并未说明),保留其氨基嘧啶骨架的基础上,在多个位置进行构效讨论。

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变化苯胺R部分与验证DMPO

2'-甲氧基的掺入旨在通过与铰链附近的小疏水袋相互作用来防止一般性的激酶混乱,该疏水袋是某些蛋白激酶包括ALK蛋白所特有的,而DMPO在4'位引入增加将近7倍的活性。

在这系列化合物中,化合物10a尽管显示最强的细胞活性,但是对IGF1R的选择性不足。

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分子对接显示,在C4位取代的苯胺邻位引入另一个二甲基氧化磷可以与苯胺的NH及Lys(K1150)的NH形成氢键,虽然其活性有所下降,但其对IGF1R和InsR的选择性显著提高,因此保留C4位苯胺二甲基氧化磷的取代以维持其选择性,同时优化C2和C5位取代以改善其活性和DMPK性质。

4’位SAR

C2位取代的苯胺对位取代(4’)直接延伸至溶剂区,因此将含有碱性胺的增溶基团直接引入对位。

优化结果显示,六元环被四元或七元环取代,活性下降,终端N被取代,或其碱性减弱,则活性降低。

该系列化合物确认11e, 11m, 11n, 11q, 11u活性与选择性最佳。

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保留优选的11q增溶基团,探索其他位置

C5位氯取代是最优的;二甲基氧化磷优于二乙基氧化磷;R3引入甲基,激酶活性有所下降;将R4甲基替换为以及或异丙基,激酶活性下降,但选择性提高。

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考察DMPO对活性和选择性的贡献

将二甲基氧化磷替换为其他基团,活性和选择性之间无法达到很好的平衡,C4位苯胺上二甲基氧化磷对于平衡选择性和活性是必须的。

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PK/PD研究

有多个化合物展示了杰出的PK性质,其中11q显示了可接受的生物利用度,最长的半衰期,最持久的ALK磷酸化抑制,在各种性质之间达到最佳平衡。 

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体内效果

在小鼠Karpas-299异种移植模型中,11q(一天一次口服给药)显示剂量依赖性抗抗肿瘤活性,在50mg/kg剂量下实现肿瘤消退。

在小鼠NSCLC模型中,一天一次口服给药,11q剂量依赖性抑制肿瘤活性,甚至在最低剂量(10mg/kg)依然观察到肿瘤消退,并且在任何剂量下均未观察到小鼠体重减少与明显的毒副作用。

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总结

氧化磷结构具有容易被合成且性质稳定等优势,但在药物研发中常常被忽视。Brigatinib是包含氧化磷结构的最具代表性的上市药物,其氧化磷结构中高度离子化的P=O键相对于其他氢键供体赋予药物更多的成药性,包括减少亲脂性,增加水溶性,增强代谢稳定性等。

Brigatinib的发现与上市也许将推动氧化磷这一独特功能基团在药物化学领域更加广泛的应用。

参考文献

Wei-Sheng Huang, et al. Discovery ofBrigatinib (AP26113), a Phosphine Oxide-Containing, Potent, Orally ActiveInhibitor of Anaplastic Lymphoma Kinase. J. Med. Chem. 2016, 59, 10,4948–4964.

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关键词:
二甲基氧化磷,布加替尼,药物

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