内蒙古嘧啶胺药物设计 | 独特的“大环”

内蒙古嘧啶胺近年来，人们对于具有“大环”结构小分子药物的兴趣与日俱增，独特的“大环”结构不但能够突破保护，还能在一定程度上改善药物的理化性质和ADME特性，提高代谢稳定性，降低体内清除率。本文主要分享几种经典的“大环”类小分子化合物。

Pacritinib（图1）是CTI公司研发的一款针对JAK2/FLT3双靶点的小分子抑制剂，用于治疗伴有严重血小板减少的骨髓纤维化。在研发过程中，团队发现化合物1对于JAK2和FLT3具有广泛的激酶选择性，但是化合物1的氨基嘧啶母核在保护方面过于密集，为了解决这一问题，也为了进一步提高化合物的活性和选择性，研发人员决定将化合物1的“首尾”用合适的Linker连接，以生成新的化合物。[1]研究发现，活性好的Linker应该具有8个原子的长度并且含有至少一个苄基醚，过长或过短都会影响分子的张力，从而影响到氨基嘧啶母核与铰链区形成的氢键相互作用。接下来，团队又在C环上引入了各种增溶基团，使其指向溶剂区以改善化合物的溶解度，得到化合物Pacritinib。Pacritinib显示出良好的ADME特征和抗肿瘤活性，目前正处在Ⅲ期临床研究中。

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，主要在成人脑组织中表达，在神经系统的发育和功能中起重要作用。ALK重排是一种致癌基因，约有5%的NSCLC患者带有ALK融合基因，患者在用药一段时间后出现不同程度的耐药性，其中很大一部分原因是出现脑转移，但是，普通小分子药物的亲脂性不足以通过血脑屏障，这就为接下来的药物研发带来了很大的挑战。

Lorlatinib是辉瑞从其上一代药物Crizotinib经结构改造而来，用于治疗ALK阳性和ROS1阳性的晚期NSCLC患者。（图2）在Crizotinib与ALK的对接模式中，研发团队发现分子的活性构型呈现“U”型，于是决定将Crizotinib的结构从开链小分子转换为“大环”。“大环”半刚性的特点减少了可旋转键的数量，并且，与非环类似物相比，具有“大环”结构的小分子更加紧密，内蒙古嘧啶胺可能在提高渗透性上具有一定的优势。事实证明，这种研发思路完全是正确的。相对于Crizotinib，Lorlatinib对于中枢神经系统的穿透性要明显增强，且对于ALK的活性也有很大程度的提升。[2]2018年，Lorlatinib经FDA批准用于治疗。

Bcl-2(B细胞淋巴瘤2)家族的蛋白包括抗凋亡和促凋亡两种成员。是细胞凋亡的关键调节因子。抗凋亡蛋白(Bcl2、Bclxl、Mcl-1、Bcl-w和Bfl-1)与促凋亡蛋白结合从而抑制细胞凋亡。对于Mcl-1蛋白来说，共有BH1-BH4 4个结构域。Mcl-1的BH1、BH2、BH3结构域能够形成一个疏水性的沟槽，与促凋亡蛋白的BH3结构域相结合，抑制细胞的凋亡。（图3）AZD5991（图4）是阿斯利康研发的一款针对Mcl-1蛋白的小分子抑制剂，它能够与Mcl-1的疏水沟槽相结合，增加线粒体外渗透性（MOMP），激活caspase-3/7和磷脂酰丝氨酸，诱发细胞膜通透性增加及细胞ATP泄露，导致细胞凋亡。针对上述的PPI（蛋白-蛋白相互作用），由于其结合面广，表面相对光滑，使得传统小分子干预难度较大。而“大环”类的药物可以突破“类药五规则”，为PPI抑制剂带来了发展空间。

除了上述所提到的“大环”类小分子抑制剂，勃林格殷格翰研发的针对EGFRdel19/T790M /C797S三突变的BI-4020（图5A），以及用于治疗血栓的第四代FXIα抑制剂16/17（图5B）都处于研发阶段，希望能为患者继续带来福音。

小结：虽然常见的开链化合物能够以能量上有利的构象与蛋白结合，但优势构象不一定与靶标结合位点互补。而大环结构具有一定的刚性，降低构象自由度，增加了找到特定选择性化合物的可能性。但是，并不是所有具有“C型”或者“U”型构象的化合物都能够通过简单的Linker连接形成活性大环化合物。在设计大环结构时，应同时考虑环的大小对化合物张力的影响，内蒙古嘧啶胺连入的Linker与蛋白之间的有利相互作用，以及可合成性。