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新型EGFR小分子抑制剂的发现

肺癌是威胁人类健康和生命的恶性肿瘤之一,其发病率和死亡率增长在近年来明显增高,尤其是男性的肺癌发病率和死亡率均占所有恶性肿瘤的第一位。其中非小细胞肺(NSCLC)癌约占所有肺癌的 80%。

目前针对非小细胞肺癌最有效的手段是个体化靶向治疗,常见的靶点有C-met、ALK和EGFR。有研究表明[1],在非小细胞肺癌患者体内,表皮生长因子受体(EGFR)的突变最为常见,其中约 30%~40% 的亚洲 NSCLC 患者在确诊时携带 EGFR 突变,尤其是无吸烟史的中年女性。因此,EGFR 抑制剂成为肺癌治疗的最大研究热点之一。

目前EGFR抑制剂共有四代,其中第一代的代表性抑制剂为吉非替尼和厄洛替尼,第二代的代表性抑制剂为阿法替尼,第三代的代表性抑制剂为 AZD9291 和 CO1686(5),第四代代表性抑制剂为 EAI045 。由于第一代抑制剂出现的耐药性问题,使得以后的抑制剂都在针对耐药基因突变来设计抑制剂结构。主要的耐药突变有 L858R/T790M 双突变和 C797S 。Hao Y 等[2],针对 EGFR T790M 突变设计了第三代 EGFR 抑制剂。作者将已报道的化合物5和化合物7进行分子融合和骨架跃迁,获得一系列新骨架类型的 EGFR 三代抑制剂,其中化合物 20g 各方面药理数据最优,其对野生型 EGFR 蛋白的选择性为 263 倍,在细胞中的选择性为 35.5 倍。体内抗肿瘤实验表明,H1975 细胞移植瘤小鼠的肿瘤抑制率为 73.2%,在 A431 细胞移植瘤小鼠的肿瘤抑制率为 37.2%。(图1)

图1化合物20g的设计(图片来源:《J. Med. Chem.》)

化合物5(CO1686)和化合物7是已报道的针对 EGFRL858R/T790M双突变的三代抑制剂。作者将两个分子与 EGFR 蛋白的结合模式进行叠合,发现它们存在着很多相似的结合模式:1)氨基嘧啶部分可以与蛋白铰链区的 Met793形成两个氢键作用;2)左侧的亲水尾部伸向溶剂区;3)右侧的丙烯酰胺部分与蛋白的 Cys797 形成共价键。此外,由于 EGFR 发生 T790M 突变,诱导蛋白中出现两个口袋(S1 和 S2),其中化合物5的三氟甲基占据 S1 口袋,化合物7的N-甲基占据 S1 口袋。作者设想通过分子融合和骨架跃迁的策略设计化合物14a,使其能够同时占据 S1 和 S2 口袋,进一步提高活性和选择性。分子对接结果显示,化合物14a在保留了以上相互作用的基础上,R3 位置的甲基可以伸向 S2 口袋,这与他们的设计初衷相符合。(图2)体外酶活性结果显示,化合物14a对 EGFRL858R/T790M和 EGFRWT的酶活性分别为 46 nM 和180 nM ,选择性仅为 4 倍。细胞实验表明,化合物对 H19751 细胞株(表达EGFR-Lbet365体育投注858R/T790M )和 A431 细胞株(过表达 EGFRWT)均活性较弱,IC50大于 10 μM。随后作者通过在 R3 位置引入取代基来改善化合物的细胞透膜性,以及对伸向溶剂区的部分进行改造,最终获得了选择性高活性好的化合物20g,其对 EGFRL858R/T790M和 EGFRWT的酶活性分别为 0.3 nM 和 79 nM,选择性高达 263 倍。

图2.(A)化合物5和7的结构;(B)化合物5和7与 EGFR 蛋白结合的分子叠合图;(C)化合物14a与 EGFR 蛋白的分子对接图;(D)新骨架化合物与靶蛋白的 2D 模式图。(图片来源:《J. Med. Chem.》)

Western Blot实验进一步评价化合物20g对 EGFR 信号通路的影响,结果如图3所示,化合物20g在 1 nM 浓度下可以抑制 H1975 细胞(表达 EGFR-L858R/T790M )中 EGFR 蛋白的磷酸化以及下游 AKT 蛋白的磷酸化。而在 A431 细胞株(过表达 EGFRWT)中,只有浓度达到 100 nM 时才对EGFR 和 AKT 的磷酸化产生抑制。这一结果表明,化合物20g在细胞水平具有很好的选择性,并且靶向 EGFRL858R/T790M。

图3. Western Blot 实验(图片来源:《J. Med. Chem.》)

体内药效实验表明, 50 mg/kg 口服给药 14天后,化合物20g可以显着抑制 H19751 移植瘤小鼠的肿瘤生长,肿瘤抑制率达到 73%,实验前后小鼠体重没有显着影响,证明化合物没有明显的毒性。而对于 A431 移植瘤小鼠模型,50 mg/kg 口服给药 14 天后,化合物20g对小鼠肿瘤的抑制率较低。(图4)

图4. 化合物20g的体内抗肿瘤实验。(图片来源:《J. Med. Chem.》)

小M的小思考:

随着精准医疗时代的到来,其相比传统诊疗手段具有更高的精准性。人们通过基因测序寻找个体化癌症突变基因,从而迅速确定对症药物。这不仅节约寻找治疗方法的时间,还可以提升治疗效果。 EGFR 突变具有其独特的患病人群,针对这一人群发展靶向 EGFR 突变的药物可以更有效的治疗非小细胞肺癌患者。Hao Y 等通过分子融合和骨架跃迁的方法获得高选择性和高活性的三代EGFR抑制剂(20g),为治疗非小细胞肺癌患者提供了新的化学实体分子。(来源:新浪医药)

参考文献

[1]Hamaguchi R,etal. Effects of anAlkaline Diet onEGFR-TKI Therapy inEGFRMutation-positiveNSCLC.Anticancer Res.2017Sep;37(9):5141-5145.

[2]Hao Y, et al.Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Pyrimido[4,5- d]pyrimidine-2,4(1 H,3 H)-diones as Potent and SelectiveEpidermal Growth Factor Receptor (EGFR) Inhibitors against L858R/T790M Resistance Mutation.JMed Chem.2018

 

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