郭宗儒:基于酶结构设计的个体化治疗药物克里唑替尼 布了375个实施例,也显示了抑制c-Met活性(Cui转折,占据了aC螺旋的催化位置,使得1228~12 JR,etal.5- Aralkylsulfony-3-( pyrrol-2- ylmethylidene)环套残基移位,干扰了ATP与底物的结合;②吲哚酮 2-indolinones as kinase inhibitors. wO02/096361) 的N-H和C=O基团与激酶铰链的残基分别形成氢键 ③吲哚酮的C=O与吡咯环的NH形成分子内氢键, N(CH2)2. 3R2 N(CH2)23R2 因而吲哚酮与吡咯环形成较大的共轭平面,处于ATP 的腺嘌呤环结合的平面裂隙处;④连接羟基吲哚与 二氯苯基的连接基磺酰亚甲基形成U-形转折,使二氯 代苄基与具有独特构象的A-环套上Tyr1230的苯酚 环发生ππ堆积作用;⑤磺酰基的氧原子与Asp12 13先导化合物在报道的近千个目的化合物中,化的NH形成氢键,稳定了分子取向;⑥与吡咯环相 合物5(PHA665752)显示对cMt激酶具有高选择连的酰胺及延伸的片段进入了水相,未与蛋白结合。 性活性,强于对其他激酶抑制活性的50倍以上;对高 上述结合的信息,为化合物5的结构改造与优化 表达cMet的细胞抑制活性ICo=9 nmoI-L,而且提供了微观性的依据。 显著抑制多株肿瘤细胞的生长、迁移和浸润;体内实 验显示5能抑制移植性肿瘤细胞的c-Met磷酸化,且 剂量依赖性地抑制肿瘤生长。5的物化和活性参数如 分子内氢键 下:相对分子质量为641.62,配体效率①LE)为0.25 (LE=由IC50换算成的结合自由能△G/非氢原子数 =准积作用 是联系化合物分子尺寸和与受体结合强度的量度 表示化合物的活性效率),亲脂性效率LipE为485 SO形液氢键 (LipE=pCso- clog,是联系化合物亲脂性和与受体 结合效率的量度,数值越大越趋近成药性),分布系 数logD=320(于pH74测定)。这些数据表明5可作 为候选化合物进入开发阶段。 然而,5的相对分子质量偏大,尽管结构中含有 成盐性基团,但成盐后溶解性仍差,在pH74缓冲液图1A:化合物5与cMet激酶结合域共结晶的结构图 中溶解度为09gmL。此外5在大鼠体内有较高B:结合的简化图 的代谢清除率,CL=77 mL min.kg,这些不利的物 化和药代性质,表明不宜作为候选药物进一步研发 基于酶结构的分子设计 因而将5作为先导物进行结构优化。优化的目标是在 3.1骨架迁越——母核的优化吲哚环经磺酰亚甲 保持对cMet激酶和细胞的高抑制活性和选择性的前基与二氯苯基相连,二氯苯基为了与Tyr1230发生 提下,降低分子尺寸,以改善物化和药代性质。 重要的π-π堆积,磺酰亚甲基还得作U形转折,说明 连接链-SO2-CH2-的长度有些冗赘,加之吲哚酮与吡 咯环形成过大的共轭平面,提示化合物5的骨架有不 足之处,须加以缩小变换。 采用骨架迁越方法,用可提供两个氢键结合的 小尺寸平面结构替换吲哚酮-吡咯母核,以便适配于 较小的嘌呤结合腔,并保持形成氢键能力;同时缩短 连接基,消除形成U形转折的熵损失,使二氯苯基更 2结构生物学揭示复合物的微观结合特征 有利于与Tyr1230发生相互作用,将整个分子尺寸降 化合物5与c-Met激酶(未被磷酸化的结合域)低下来。 的复合物晶体结构表明有如下结合特征(图1):①结 在骨架变迁中经历了数个阶段:将5的吲哚酮 合域的A环套(A-op)采取了独特的自身抑制状态与吡咯的分子内氢键“固化”成共价键,为氮杂吖 的构象,即在激酶的活化环套残基1222~1227形成啶6,此时吡咯的NH与吡啶的N分别提供氢键的给郭宗儒: 基于酶结构设计的个体化治疗药物克里唑替尼 · 673 · 布了 375 个实施例, 也显示了抑制 c-Met 活性 (Cui JR, et al. 5-Aralkylsulfonyl-3-(pyrrol-2-ylmethylidene)- 2-indolinones as kinase inhibitors. WO 02/096361)。 1.3 先导化合物 在报道的近千个目的化合物中, 化 合物 5 (PHA-665752) 显示对 c-Met 激酶具有高选择 性活性, 强于对其他激酶抑制活性的 50 倍以上; 对高 表达 c-Met 的细胞抑制活性 IC50 = 9 nmol·L −1 , 而且 显著抑制多株肿瘤细胞的生长、迁移和浸润; 体内实 验显示 5 能抑制移植性肿瘤细胞的 c-Met 磷酸化, 且 剂量依赖性地抑制肿瘤生长。5 的物化和活性参数如 下: 相对分子质量为 641.62, 配体效率 (LE) 为 0.25 (LE = 由 IC50 换算成的结合自由能 ΔG/非氢原子数, 是联系化合物分子尺寸和与受体结合强度的量度, 表示化合物的活性效率), 亲脂性效率 LipE 为 4.85 (LipE = pIC50 − clogD, 是联系化合物亲脂性和与受体 结合效率的量度, 数值越大越趋近成药性), 分布系 数 logD=3.20 (于 pH 7.4 测定)。这些数据表明 5 可作 为候选化合物进入开发阶段。 然而, 5 的相对分子质量偏大, 尽管结构中含有 成盐性基团, 但成盐后溶解性仍差, 在 pH 7.4 缓冲液 中溶解度为 0.9 μg·mL−1。此外 5 在大鼠体内有较高 的代谢清除率, CL=77 mL·min−1 ·kg−1 , 这些不利的物 化和药代性质, 表明不宜作为候选药物进一步研发, 因而将 5 作为先导物进行结构优化。优化的目标是在 保持对 c-Met激酶和细胞的高抑制活性和选择性的前 提下, 降低分子尺寸, 以改善物化和药代性质。 2 结构生物学揭示复合物的微观结合特征 化合物 5 与 c-Met 激酶 (未被磷酸化的结合域) 的复合物晶体结构表明有如下结合特征 (图 1): ① 结 合域的 A-环套 (A-loop) 采取了独特的自身抑制状态 的构象, 即在激酶的活化环套残基 1222～1227 形成 转折, 占据了 αC 螺旋的催化位置, 使得 1228～1245 环套残基移位, 干扰了 ATP 与底物的结合; ② 吲哚酮 的 N-H 和 C=O 基团与激酶铰链的残基分别形成氢键; ③ 吲哚酮的 C=O 与吡咯环的 N-H 形成分子内氢键, 因而吲哚酮与吡咯环形成较大的共轭平面, 处于 ATP 的腺嘌呤环结合的平面裂隙处; ④ 连接羟基吲哚与 二氯苯基的连接基磺酰亚甲基形成 U-形转折, 使二氯 代苄基与具有独特构象的 A-环套上 Tyr1230 的苯酚 环发生 π-π 堆积作用; ⑤ 磺酰基的氧原子与 Asp1222 的 N-H 形成氢键, 稳定了分子取向; ⑥ 与吡咯环相 连的酰胺及延伸的片段进入了水相, 未与蛋白结合。 上述结合的信息, 为化合物 5 的结构改造与优化 提供了微观性的依据。 图 1 A: 化合物 5 与 c-Met 激酶结合域共结晶的结构图; B: 结合的简化图 3 基于酶结构的分子设计 3.1 骨架迁越——母核的优化 吲哚环经磺酰亚甲 基与二氯苯基相连, 二氯苯基为了与 Tyr-1230 发生 重要的 π-π 堆积, 磺酰亚甲基还得作 U 形转折, 说明 连接链-SO2-CH2-的长度有些冗赘, 加之吲哚酮与吡 咯环形成过大的共轭平面, 提示化合物 5 的骨架有不 足之处, 须加以缩小变换。 采用骨架迁越方法, 用可提供两个氢键结合的 小尺寸平面结构替换吲哚酮−吡咯母核, 以便适配于 较小的嘌呤结合腔, 并保持形成氢键能力; 同时缩短 连接基, 消除形成 U 形转折的熵损失, 使二氯苯基更 有利于与 Tyr1230 发生相互作用, 将整个分子尺寸降 低下来。 在骨架变迁中经历了数个阶段: 将 5 的吲哚酮 与吡咯的分子内氢键“固化”成共价键, 为氮杂吖 啶 6, 此时吡咯的 NH 与吡啶的 N 分别提供氢键的给