郭宗儒:基于酶结构设计的个体化治疗药物克里唑替尼 氨基吡啶与吡唑环的连接方式对活性影响很大, 例如化合物13和14的活性(酶的K1和细胞的ICs0) 以及LipE值相差很大。结构生物学表明,13的吡唑 环氮原子所处的位置使得c-Met的残基Metl160和 Il084取向与吡唑环邻近,不利于氨基吡啶的氢键 4克里唑替尼的作用特征 结合,而且该吡唑环处于酶蛋白的疏水性界面,为了41克里唑替尼的物化和活性参数以化合物5为 发生疏水疏水相互作用,N原子的孤电子对的去水先导化合物成功研制出克里唑替尼18,体现了结构 合作用是不利的格变,而14的N原子都进入了水相,生物学和药物化学结合应用的成果,表1比较了化合 没有上述的不利效应,因而活性高于13,酶或细胞活物5和18的物化和生物学参数在优化的路径上,相 性提高了30~40倍。化合物14的N甲基化后产物对分子质量降低了191(30%),表征亲脂性的分布系 15的活性更强,提示由这个N原子可引出含有极性数降低了1.3个对数单位(20倍),对cMet细胞的抑 基团的碳链,以提高活性水溶性。 制活性没变,亲脂性效率增加了1.3个对数单位 3.5N取代的吡唑化合物的优化鉴于化合物10结 构中含有延伸到水相的碱性基团能够提高活性和亲表1化合物5与18的物化性质和活性参数的比较 脂性效率,因而也在吡咯环系上引入尽可能小的碱 化合物相对分 s子质量 LogD ICso/nmol-L-I LE LipE cMet细胞 性片段,例如链烷基叔胺、氮杂环丁烷、四氢吡咯 (ICso) 哌啶等,以增加活性和改善药学和药代性质。在选择 641.623.20 8 450.34 1.96 0.386.14 高活性(酶和细胞)和高亲脂性效率的化合物同时, 还评价对人肝微粒体(HLM)的稳定性,从有代表性42克里唑替尼与cMet结合特征克里唑替尼 的化合物中优选出16和17,尤其是因17的高活性和(化合物18)与c-Met的复合物晶体结构表明,其结 较好的代谢稳定性,确定为候选药物。 合模式与3基本相同。∝-甲基苄基与c-Met的环套A 3.6光学活性的候选药物——克里唑替尼的成功前发生相互作用,不仅有助于苄基的定位,而且增加了 述优化过程制备的吡唑系列化合物含有手性碳原子,与疏水腔(由Va92、Leu17、Lys10和 AlalI 都是用混旋的样品测定活性的。将优选出的化合物17的侧链构成)发生的疏水相互作用,甲基处于R构型 拆分成光学活性物质,活性测定表明R2构型的分子更适配于该疏水腔;三卤苯基与Tyr1230发生xx堆 18活性强于RS和S构型,对酶和细胞抑制活性分别积,氟和氯原子还与Asp1222的NH发生静电引力, 为K1=0002molL和ICso=0.008molL。作为比3的SO2形成氢键更有利。而且距离比3的苯基 进一步研发的候选物命名为克里唑替尼( crizotinib)。更有利。母核2-氨基吡啶平面结合于铰链区,而没有 c-Met Ki/umol. L 0.0815 LipE (Ki) 1.38 2.80 cMet细胞ICs/molL C-Met K,/umol L- 0.0702 0.0193 cMet细胞ICs/molL 0.0406 00183 LipE (ICso) HLM(剩余%量郭宗儒: 基于酶结构设计的个体化治疗药物克里唑替尼 · 675 · 氨基吡啶与吡唑环的连接方式对活性影响很大, 例如化合物 13 和 14 的活性 (酶的 Ki 和细胞的 IC50) 以及 LipE 值相差很大。结构生物学表明, 13 的吡唑 环氮原子所处的位置使得 c-Met 的残基 Met1160 和 Ile1084 取向与吡唑环邻近, 不利于氨基吡啶的氢键 结合, 而且该吡唑环处于酶蛋白的疏水性界面, 为了 发生疏水−疏水相互作用, N 原子的孤电子对的去水 合作用是不利的焓变; 而 14 的 N 原子都进入了水相, 没有上述的不利效应, 因而活性高于 13, 酶或细胞活 性提高了 30～40 倍。化合物 14 的 N-甲基化后产物 15 的活性更强, 提示由这个 N 原子可引出含有极性 基团的碳链, 以提高活性水溶性。 3.5 N-取代的吡唑化合物的优化 鉴于化合物 10 结 构中含有延伸到水相的碱性基团能够提高活性和亲 脂性效率, 因而也在吡咯环系上引入尽可能小的碱 性片段, 例如链烷基叔胺、氮杂环丁烷、四氢吡咯、 哌啶等, 以增加活性和改善药学和药代性质。在选择 高活性 (酶和细胞) 和高亲脂性效率的化合物同时, 还评价对人肝微粒体 (HLM) 的稳定性, 从有代表性 的化合物中优选出 16 和 17, 尤其是因 17 的高活性和 较好的代谢稳定性, 确定为候选药物。 3.6 光学活性的候选药物——克里唑替尼的成功 前 述优化过程制备的吡唑系列化合物含有手性碳原子, 都是用混旋的样品测定活性的。将优选出的化合物 17 拆分成光学活性物质, 活性测定表明 R-构型的分子 18 活性强于 RS 和 S 构型, 对酶和细胞抑制活性分别 为 Ki = 0.002 μmol·L −1 和 IC50 = 0.008 μmol·L −1。作为 进一步研发的候选物命名为克里唑替尼 (crizotinib)。 4 克里唑替尼的作用特征 4.1 克里唑替尼的物化和活性参数 以化合物 5 为 先导化合物成功研制出克里唑替尼 18, 体现了结构 生物学和药物化学结合应用的成果, 表 1 比较了化合 物 5 和 18 的物化和生物学参数。在优化的路径上, 相 对分子质量降低了 191 (30%), 表征亲脂性的分布系 数降低了 1.3 个对数单位 (20 倍), 对 c-Met 细胞的抑 制活性没变, 亲脂性效率增加了 1.3 个对数单位。 表 1 化合物 5 与 18 的物化性质和活性参数的比较 化合物 相对分 子质量 LogD c-Met 细胞/ IC50/nmol·L −1 LE LipE (IC50) 5 641.62 3.20 9 0.25 4.85 18 450.34 1.96 8 0.38 6.14 4.2 克里唑替尼与 c-Met 结合特征 克里唑替尼 (化合物 18) 与 c-Met 的复合物晶体结构表明, 其结 合模式与 3 基本相同。α-甲基苄基与 c-Met 的环套 A 发生相互作用, 不仅有助于苄基的定位, 而且增加了 与疏水腔 (由 Val1092、Leu1157、Lys1110 和 Ala1108 的侧链构成) 发生的疏水相互作用, 甲基处于 R 构型 更适配于该疏水腔; 三卤苯基与 Tyr1230 发生 π-π 堆 积, 氟和氯原子还与 Asp1222 的 N-H 发生静电引力, 比 3 的 SO2 形成氢键更有利。而且距离比 3 的苯基 更有利。母核 2-氨基吡啶平面结合于铰链区, 而没有 13 14 15 c-Met Ki /μmol·L −1 3.19 0.081 5 0.046 LipE (Ki) 1.38 2.41 2.80 c-Met 细胞 IC50 /μmol·L −1 2.64 0.062 4 0.043 8 LipE (IC50) 1.46 2.52 2.83 16 17 c-Met Ki /μmol·L −1 0.070 2 0.019 3 c-Met 细胞 IC50 /μmol·L −1 0.040 6 0.018 3 LipE (IC50) 6.06 5.62 HLM (剩余%量) 71 44.6