百时美施贵宝I期MPS1抑制剂BOS172722中甲基对代谢的“远端调控”

背景

单级纺锤体1（MPS1）在有丝分裂中扮演着关键角色，是纺锤体组装检查点（SAC）的主要组成部分。

癌细胞严重依赖MPS1来应对由异常染色体数目导致的非整倍性。

该激酶在多种肿瘤中均出现上调现象，因此MPS1可能成为癌症治疗的潜在靶点。

目前已经有至少四个化合物已经进入临床I期实验：BAY1161909(1)、BAY1217389(2)、CFI-402257(3)和S81694 (结构未揭露)。而化合物CCT251455(4)和5为百时美施贵宝的研究人员分别于13年和16年报道的MPS1抑制剂。

大量的文献报道MPS1抑制剂单药使用的效力是受到限制的，而当与诸如微观蛋白靶向药物或CDK4/6抑制剂等药物联用时尤其有效。

该项工作基于百时美施贵宝最近报道的系列吡啶并嘧啶化合物，包含5的该系列化合物显示了杰出的体外活性并且体内有效，然而该系列化合物，尤其是化合物5，代谢稳定性较差且亲脂性较高，阻碍了其进一步用于临床研究。

优化过程

第一次优化优选三唑

提高化合物代谢稳定性是此次优化的目标，主要代谢产物的确认发现了多种氧化及脱烷基化产物，吡啶并嘧啶系列化合物无法确认一个始终如一的代谢位点。此外，研究者并未观察到亲脂性与代谢稳定性之间存在联系，因此通过降低LogP优化代谢不是个合理的方法。因此研究者猜测代谢不稳定是由特殊药效团的识别所驱动，基于此，研究者系统性的延伸系列化合物以图阻断该特异性识别，进而增加代谢稳定性。

研究者首先固定新戊基，替换左侧甲基吡唑部分，其中三唑的化合物17活性最佳。

然而化合物17的代谢稳定性及对CDK2的选择依然有待提高，需要进一步优化。（由于细胞周期激酶CDK2与MPS1 ATP结合域的高度同源性，所以测试了对CDK2的选择性）

共晶

研究者将化合物与CDK2/MPS1的共晶结构叠加。在ATP结合口袋中，CDK2和MPS1有14个不同的氨基酸残基，其中MPS1的gatekeeper残基为Met602，而CDK2对应的gatekeeper残基为体积更大的Phe80。

因此研究者猜测吡啶并嘧啶6位引入一个甲基在CDK2口袋中的耐受性比MPS1中低（由于化合物与更大体积的CDK2 Phe80碰撞的可能性更大）。

正如假设，6位引入甲基后对CDK的活性大大提高（16vs34,17vs35）,此外，出人意料的是稳定性也得到改善。

代谢分析

为进一步理解代谢稳定性改善的原因，研究者分析了化合物17和35的主要代谢产物。结果显示17的主要代谢为三唑和苯胺的氧化，而35为新戊基的氧化，两者均远离引入甲基的6位。该结果说明代谢的改善并非通过堵住主要的代谢位点实现，而是通过封闭化合物的特异性药效团达成（P450的底物识别位点和催化位点是分隔开的，特异性药效团的改变使P450识别化合物更加“困难”）。

第二次优化

基于化合物35，研究者进一步优化代谢稳定性、CDK2选择性、细胞活性及选择性。

将甲氧基替换为乙氧基，选择性得到提高，其中化合物36在各种性质之间得到很好的平衡。

接下来研究者对新戊基进行修饰替换以进一步优化其整体属性，结果表明，在新戊胺的α位引入手性（S）甲基，其细胞活性在该系列化合物中最佳，然而溶解性稍差。

36与MPS1共晶

化合物36与MPS1的共晶结构显示，吡啶并嘧啶母核与铰链区形成相互作用，贡献CDK2选择性及代谢稳定性的6位甲基靠近gatekeeper残基Met602，新戊基结合到由MPS1活化环重排形成的疏水口袋。然而晶体结构中三唑并未与氨基酸残基形成氢键相互作用。

部分化合物体内PK

化合物36、41、45、47的的体内PK显示，所有化合物均具有适中的清除率、较高的生物利用度（除41）。

在Dox-DLD1模型中，口服25mg/kg，36和41在6h后均显著减少MPS1的自身磷酸化，且36比41减弱效果更强，而36加大剂量（50mg/kg）MPS1自身磷酸化抑制进一步加强。

狗体内PK显示，36具有杰出的生物利用度，低的清除率，适中的分布体积和半衰期。

溶解性与生物利用度矛盾的解释

化合物36在生理PH下主要以游离碱的形式存在，在胃部的酸性环境可能发生质子化，促进其体内溶解，因此尽管该化合物体外较低的溶解度也能实现体内较高的生物利用度。

吡啶并嘧啶支架具有一个优势特征，它避免了在生理pH值下带正电荷的药物的公认风险，即hERG抑制、外排以及对被动渗透的不利影响，同时仍然可能具备高生物利用度和体内溶解性。

选择性

在400多个激酶中，化合物36仅仅对JNK1（92nM）、JKN2（76nM）、JNK3（242nM）和LRRK2（48nM）具有抑制作用。

总结

该研究主要基于选择性及代谢稳定性进行优化，其中尤其值得注意的是代谢稳定性的优化，因为该系列化合物的快速代谢不是主要由疏水性或特殊代谢位点的存在驱使，而是通过远离代谢位点的特征性药效团的识别（P450）进行。这和常规的代谢稳定性修饰有所区别，值得我们进一步研究借鉴。

参考文献

Hannah L.Woodward, et al. Introduction of a Methyl Group Curbs Metabolism ofPyrido[3,4-d]pyrimidine Monopolar Spindle 1 (MPS1) Inhibitors and Enables theDiscovery of the Phase 1 Clinical CandidateN2-(2-Ethoxy-4-(4-methyl-4H-1,2,4-triazol-3-yl)phenyl)-6-methyl-N8-neopentylpyrido[3,4-d]pyrimidine-2,8-diamine(BOS172722). J. Med. Chem. 2018, 61, 18, 8226–8240