高选择性BD2抑制剂的发现

原创 SixMol 化学加

收录于合集

点击可报名、了解哪些医药产业精英在列

即时更新，免费报名登记通道即将关闭

化学加APP为本次峰会第一报名和报道平台

导读

BET蛋白家族包含四个异构体：BDR2、BDR3、BDR4、BDET。而每个家族成员均包括两个溴域，N末端的BD1以及C末端的BD2。目前报道的大多数BET抑制剂对BD1和BD2具有相似的亲和活力，因此被称为泛BET抑制剂（图 1）。

许多泛BET抑制剂在临床上被用于肿瘤和免疫性炎症的治疗，但同时也产生了一些副作用。由于BET蛋白家族四个亚型具有高度同源性，发现高亚型选择性的BET抑制剂极具挑战，但BD1和BD2间的同源性更低，因此药物化学家将目光移向高选择性BD1或BD2抑制剂的研究中。

BET家族的抑制剂主要包括二氮杂及其衍生物（JQ1、IBET762、OTX015）、喹啉酮类及其衍生物（PFI-1、RVX-208）、异噁唑类（IBET151）、四氢喹啉类（IBET726）、萘啶类等。目前暂未有BET蛋白靶向药物上市，已有数十种药物处在临床研究当中，但基本处于I/II期。虽然BET抑制剂研究已经取得了不少成果，但大多数都是非选择性的，因此，研发BET蛋白选择性抑制剂是目前的新方向。

目前为止，尚未见高选择性的BD2抑制剂报道，RVX-208BD2对BD1的选择性大约30倍，ABBV-744为nM级的BD2抑制剂，选择性约为325倍（图 1）。

图1RVX-208 和 ABBV-744的结构及活性。图片来源：J. Med. Chem.

近日，GSK药物研究中心的Aylott教授基于先前报道的BD2选择性抑制剂，发现酰胺基团对于BD2的选择性至关重要，其能够通过与组氨酸的相互作用实现对BD2的选择性抑制（图 2）。

基于此思路，作者提出设计策略：首先利用生物电子等排原理将乙酰胺基团替换成芳香杂环，然后根据BD2选择性化合物的设计思路重新设计核心骨架，最后通过结构优化，发现高效、高选择性和溶解性优异的BD2抑制剂。

图2 BD2选择性抑制剂。图片来源：J. Med. Chem.

基于化合物3与BRD2 BD2的共结晶结构图和BRD4抑制剂(+)-JQ1与BRD4 BD1的共结晶结构图（图3 a），发现化合物3的羰基氧与三唑N原子高度重叠，与保守的天门冬氨酸有相似的相互作用。因此，作者希望能够通过引入五元杂环增强与邻近氨基酸侧链的相互作用，从而达到增强活性与选择性的目的。

图3 化合物与BD2的结合模型。图片来源：J. Med. Chem.

基于上述构效关系，作者在保留甲基以及邻位杂原子的基础上引入了一系列五元杂环（图4）。发现相比于化合物11，化合物8-10对BD2 的抑制活性相当，而化合物6和7的活性显著增加。进一步比较化合物6和7，发现化合物7具有更优异的亲脂性，因此将化合物7作为后续结构优化的基础。

图4 五元杂环筛选。图片来源：J. Med. Chem.

在化合物7的基础上，引入酰胺基团得到化合物13，发现其活性和选择性均显著提高，但同时导致其亲脂性有所下降。作者又尝试在保留筛选的杂环的基础上，根据化合物4的结构，将其母核换成吡啶得到了化合物14，发现与化合物13相比，其活性、选择性和亲脂性基本相当，仅溶解度有所提高。

图5 先导化合物的结构及性质。图片来源：J. Med. Chem.

接下来，作者对苯环母核类衍生物15和吡啶母核类衍生物16进行结晶结构分析（图6），发现两个化合物在AcK模拟区域和酰胺基团区域高度重叠，而在WPF区域，两者的取向不同，导致无法重叠，从而也决定了它们的活性差异，因此，作者以化合物与WPF区域的构效关系作为后续化合物结构优化的基础。

图6 化合物15和16的共结晶结构图。图片来源：J. Med. Chem.

根据化合物3和4的构效关系分析发现，苄基位置引入的α-甲基能够在ZA通道区域有额外的疏水作用，从而增强其抑制活性，因此作者据此设计出化合物17和18。对于苄氧基系列，化合物17的活性显著强于化合物13，而对于吡啶基系列，化合物14与化合物18的活性基本相当（图7）。

图7 化合物活性及选择性评价。图片来源：J. Med. Chem.

基于前期的初步探索，作者先对苄氧基类化合物的WPF区域侧链进行了筛选（图8）。如表所示，增长碳链的化合物19，其活性显著下降，相比于化合物17，其对映体21的活性和选择性均下降。作者又考察了饱和度的影响，引入四氢呋喃环的化合物20，发现其活性下降了近100倍。接下来，引入含氮杂环得到化合物15和化合物22-24，其活性、选择性和亲脂性均有所不同，但并未有明显的优势。在苯环引入给电子基团得到化合物25-27，相比于化合物13，这3个化合物的活性均有所下降，但溶解性均显著提高。最后，引入吡啶基和α-甲基得到化合物29，其活性、选择性、溶解性及其他性质均有不同程度的提高。

图8 苄氧基类化合物WPF区域侧链筛选。图片来源：J. Med. Chem.

接着，作者对吡啶基类化合物的WPF区域侧链进行了筛选（图9）。如表所示，引入富电子和缺电子芳香环得到化合物30-35，但相对于化合物14，这些化合物的活性及选择性均没有显著变化。接下来，引入双环得到化合物36，相比于化合物14，其活性及选择性显著提高，并且在保持高溶解度的提高同时，细胞渗透性有所提高，可以作为进一步结构优化的基础。

图9 吡啶基类化合物WPF区域侧链筛选。图片来源：J. Med. Chem.

作者又根据前期对WPF区域侧链的筛选，探讨了酰胺基团对于化合物活性和选择性的影响（图 10）。相比于无取代的化合物37和47，引入烷基得到化合物29、38-39、14和16，其活性及选择性均明显提高。双环取代基化合物40和48，活性均有所提高，但选择性没有明显变化。作者又考察了不同饱和杂环取代基的影响，得到化合物41-46和49-55，发现引入氮原子不仅显著提高化合物活性和选择性，并且降低了亲脂性，增加其溶解度。尤其是化合物46和55，引入的氟原子进一步提高了活性和选择性。

图10 苄氧基类化合物WPF区域侧链筛选。图片来源：J. Med. Chem.

基于前期的结构优化，作者对化合物28、36和39进行了活性和PK性质研究（图11）。如图所示，3个化合物均表现出预期的泛BET BD2抑制活性和良好的选择性，在体外实验中，3个化合物表现出不同程度的体外稳定性，而在体内实验中，3个化合物均有良好的口服生物利用度，尤其是化合物28，其口服生物利用度达到59%。

图11 化合物28、36和39的PK性质研究。图片来源：J. Med. Chem.

经过一系列的结构优化，得到高BD2抑制活性、高BD2/BD1选择性的化合物28、36和39，但是3个化合物均在溶解性、亲脂性或者渗透性等方面表现出不同程度劣势。基于3个化合物的结构，可继续修饰获得PK性质更佳的临床候选化合物。

目前而言，BET蛋白尤其是BRD4靶向药物在肺癌、乳腺癌、肝癌等多种实体瘤的临床前研究或临床试验中验证了有效性。但缺乏选择性是目前BET抑制剂研究的一大问题，未来关于BET抑制剂的研究重点不仅仅限于活性，更重要的是解决选择性缺乏而带来副作用的问题。

参考文献：

[1] Filippakopoulos, P.; Picaud, S.; Mangos, M.; et al. Histone recognition and large-scale structural analysis of the human bromodomain family. Cell, 2012, 149, 214−231.

[2] Filippakopoulos, P.; Qi, J.; Picaud, S.; et al. Selective inhibition of BET bromodomains. Nature, 2010, 468, 1067−1073.

[3] Prinjha, R. K.; Witherington, J.; Lee, K. Place your BETs: the therapeutic potential of bromodomains. Trends Pharmacol. Sci. 2012, 33, 146−153.

原文链接：https://dx.doi.org/10.1021/acs.jmedchem.0c02156

撰稿人：Effie小迷弟

看更多化学医药资讯

欢迎关注化学加公众号、视频号、抖音号

欢迎下载化学加APP

推荐阅读