格列衛(wèi)：成功的故事引起諸多模仿

日期：2019-07-12 欄目：養(yǎng)生之道作者：瀏覽：次

▎本文轉自“上海科學書店”

20世紀80年代，癌癥的藥物研發(fā)幾乎全部集中在干預DNA合成和細胞分裂的進程上，造就了抗代謝藥、烷基化化合物、微管干擾劑和DNA合成抑制劑的開發(fā)。該策略嘗試以非常高的區(qū)分度來攻擊靶細胞，如癌細胞，這種化療方法的缺點是有大量的不良反應，嚴重影響到病患的生活質量。

1960年，Peter Nowell和David Hungerford首先認識到慢性骨髓白血病來源于一個特定的基因變異，15%的白血病由這個缺陷引起。慢性骨髓白血病是第二常見的白血病，由白細胞特別是粒細胞嚴重增殖引起。染色體9和染色體22相互易位導致染色體22縮短，被稱為費城染色體，這個交換產生了新的BCR—ABL融合基因，能編碼具有酪氨酸激酶活性的蛋白質。該蛋白質屬于受體酪氨酸激酶（29.8節(jié)），在調節(jié)細胞生長上起重要作用，細胞活化不受干預導致細胞增殖不受控制，從而變成腫瘤細胞。進一步的白血病模型研究顯示，這個基因會引發(fā)這類癌癥。

因此，基因錯誤調節(jié)而導激酶活性升高可能是這類疾病的發(fā)病原因，而藥物治療干預這種過度調節(jié)是有可能的。Sandoz公司由此開啟了選擇性ABL—酪氨酸激酶抑制劑的研發(fā)工作。

圖26.10 抑制劑 26.2 ～ 26.21 對 113 種不同激酶的抑制活性。抑制活性的量化由紅色圓圈的大小，活性數據顯示在激酶家族樹上。圖中的分支及各分支的長度表明激酶家族成員之間的關聯(lián)程度。樹狀圖中相距越遠，關聯(lián)性越小。天然產物十字孢堿 26.21 是選擇性最差的抑制劑，而 26.9 和 26.15 的選擇性很好，只抑制少數激酶。TK：非受體酪氨酸激酶，RTK：受體酪氨酸激酶，TKL：酪氨酸激酶樣激酶，CK：酪蛋白激酶家族，PKA：蛋白激酶樣家族，CAMK：鈣/攜鈣素樣激酶，CDK：周期蛋白依賴性激酶，MAPK：絲裂原活化蛋白激酶，CLK：CDK樣激酶（出自M.A. Fabian et al. 2005，已得作者和出版商許可）。

20世紀80年代，一些公司開始尋找蛋白激酶C抑制劑。通過篩選得到的苯胺基嘧啶（26.23，圖26.11）是一個合適的先導結構，由該化合物衍生優(yōu)化得到了最初的蛋白激酶C 制劑。值得注意的是在苯環(huán)6—位引入的一個甲基（如化合物26.26）能完全翻轉激酶的抑制活性，這個“魔力”甲基影響了由氨基連接的兩個芳香構象。在與ABL—酪氨酸激酶的結合模式中觀察到，該抑制劑采用了一個延展的構象，而甲基使兩個芳香環(huán)系產生了一個扭曲的構象。

圖26.11 PKC激酶篩選得到苗頭化合物26.23，再經過多輪優(yōu)化得到伊馬替尼26.5。

化合物26.26被證明是這個酪氨酸激酶家族成員的一個理想的抑制劑。最初，這個化合物的水溶性和口服生物利用度并不理想。因此，嘗試通過引入N—甲基哌嗪等極性基團來改善這些性質，其中化合物26.5是最優(yōu)的化合物，在通過了所有的臨床試驗后，以伊馬替尼（格列衛(wèi)?）為商品名，于2001年開始應用于臨床治療。該化合物選擇性阻斷BCR—ABL體酪氨酸激酶，阻斷激酶底物蛋白質的磷酸化。后來發(fā)現，它同樣可以抑制其他激酶，比如相關的c—Kit和PDGF受體激酶。

為什么伊馬替尼的成功會成為一個傳奇呢？首先，伊馬替尼的發(fā)現是癌癥療法的一個全新的嘗試，癌癥能被選擇性地治療。這個藥物副作用極少，但是價格昂貴，很快就成為Novartis公司的重磅炸彈，每年銷售額超10億歐元。伊馬替尼的治療效果和銷售額的雙重成功，最大限度地刺激了激酶領域的研究。

成功的故事總是有很多模仿者，最初關于激酶的選擇性問題的悲觀言論看起來已被淡忘，但是經驗表明，要成就一個相似的成功故事是非常困難的。迅速地，十多個激酶抑制劑被推向市場治療不同的疾病（多數是癌癥治療），這里面同樣有伊馬替尼的跟進化合物，但是沒有一個化合物能獲得與伊馬替尼相同的治療效果和經濟效益。

伊馬替尼與激酶結合，穩(wěn)定了酶的非活化構象，對催化機制很重要的DFG環(huán)仍保持著朝外的構象（圖26.9，26.12）。最初為增加水溶性而引入的N—甲基哌嗪基團占據了一個位置，使其能被活化狀態(tài)的DFG環(huán)容納。

因此，在26.5的結合模式中，該基團的作用是決定性的。圖26.12揭示了伊馬替尼26.5和四氫十字孢堿26.27（圖26.13）的激酶復合物結構對比。抑制劑26.27穩(wěn)定了酶的活化構象，DFG環(huán)朝向內部，呈現出完全不同的方向。伊馬替尼中間苯環(huán)六位的甲基迫使該環(huán)與鄰近的嘧啶環(huán)變成互相垂直的構象，這種幾何構象使疏水結構與卡口殘基Thr315接觸，也使連接兩個環(huán)的NH能與蘇氨酸的羥基形成氫鍵。與hr315的最佳相互作用及與蛋白質非活化構象的有效結合，構成了伊馬替尼的選擇性優(yōu)勢。c—Kit是伊馬替尼除BCR—ABL激酶之外唯一顯示出親和力的激酶，這可以由該激酶和BCR—ABL激酶在DFG環(huán)和ATP結合區(qū)域的高度序列同源性來解釋，二者的卡口殘基都是蘇氨酸。

圖26.12 伊馬替尼26.5和四氫十字孢堿26.27（圖26.13）與BCR—ABL受體酪氨酸激酶的活化（綠色）和非活化（紅色）狀態(tài)晶體結構疊加圖。26.5結合激酶的非活化形式，而非選擇性抑制劑26.27抑制激酶的活化構象。由于所謂的魔力甲基，伊馬替尼朝向卡口殘基Thr315，而連接兩個芳環(huán)的氨基與Thr315的羥基形成了氫鍵。

圖26.13 有耐藥性的尼洛替尼26.28是伊馬替尼26.5的跟進化合物，該化合物以同樣的模式結合BCR—ABL激酶，但是親和力更強。Bristol—Myers Squibb公司的達沙替尼26.29也是結合BCR—ABL激酶，但是采用了完全不同的結合模式。

令人遺憾的是，伊馬替尼也產生了耐藥性，耐藥突變使激酶對伊馬替尼變得不敏感。迄今為止，我們已經發(fā)現了30種突變，這是基因序列中堿基對交換的結果。堿基對交換發(fā)生在多種細胞中，因純粹偶然或者被氧化侵害而發(fā)生改變，這些突變是在伊馬替尼抑制的選擇壓力下出現的。最常觀察到的耐藥突變是卡口殘基Thr315變成了異亮氨酸。由于突變后的氨基酸變得更大，伊馬替尼無法起到抑制作用。

此外，氫鍵也無法形成，活性從Ki = 85 nmol/L降到了10 mmol/L。在鉸鏈區(qū)，Phe317與抑制劑的吡啶環(huán)形成了芳基相互作用。Thr315殘基突變成亮氨酸會導致芳基相互作用的喪失，結合力減少1/3。大部分觀察到的突變是合理的，突變激酶的構象更多地轉向活化構象。

因此，伊馬替尼與非活化構象有效結合帶來的選擇性優(yōu)勢，對耐藥突變來說，在敏感性方面變成了劣勢。隨后Novartis公司開發(fā)了伊馬替尼的跟進藥物，即結構上相似的尼洛替尼（達希納?）26.28（圖26.13），改善了針對伊馬替尼的耐藥性。

除Thr314突變?yōu)楫惲涟彼嵬猓崧逄婺釋ζ渌械哪退幫蛔兗っ付加泻芎玫挠H和力，并且能穩(wěn)定激酶的非活化構象。尼洛替尼的側鏈是一個三氟甲基取代的芳香環(huán)和一個咪唑片段，它能更好地適應結合口袋，有更高的親和力。親和力優(yōu)勢推測是耐藥敏感性減弱的原因，因為對非活化構象到活化構象的細微轉變有更好的耐受性。

另一個化合物是Bristol—Myers Squibb公司的達沙替尼（施達賽?），它繞開伊馬替尼的耐藥性，它采用了一個完全不同的BCR—ABL激酶結合模式。因此，可以合理地推測達沙替尼和伊馬替尼及尼洛替尼有不同的選擇性，如該化合物也可以結合Scr家族的激酶。

以上文字節(jié)選自《藥物設計：方法、概念和作用模式》。