格列卫：成功的故事引起诸多模仿

日期：2019-07-12 栏目：养生之道作者：浏览：次

▎本文转自“上海科学书店”

20世纪80年代，癌症的药物研发几乎全部集中在干预DNA合成和细胞分裂的进程上，造就了抗代谢药、烷基化化合物、微管干扰剂和DNA合成抑制剂的开发。该策略尝试以非常高的区分度来攻击靶细胞，如癌细胞，这种化疗方法的缺点是有大量的不良反应，严重影响到病患的生活质量。

1960年，Peter Nowell和David Hungerford首先认识到慢性骨髓白血病来源于一个特定的基因变异，15%的白血病由这个缺陷引起。慢性骨髓白血病是第二常见的白血病，由白细胞特别是粒细胞严重增殖引起。染色体9和染色体22相互易位导致染色体22缩短，被称为费城染色体，这个交换产生了新的BCR—ABL融合基因，能编码具有酪氨酸激酶活性的蛋白质。该蛋白质属于受体酪氨酸激酶（29.8节），在调节细胞生长上起重要作用，细胞活化不受干预导致细胞增殖不受控制，从而变成肿瘤细胞。进一步的白血病模型研究显示，这个基因会引发这类癌症。

因此，基因错误调节而导激酶活性升高可能是这类疾病的发病原因，而药物治疗干预这种过度调节是有可能的。Sandoz公司由此开启了选择性ABL—酪氨酸激酶抑制剂的研发工作。

图26.10 抑制剂 26.2 ～ 26.21 对 113 种不同激酶的抑制活性。抑制活性的量化由红色圆圈的大小，活性数据显示在激酶家族树上。图中的分支及各分支的长度表明激酶家族成员之间的关联程度。树状图中相距越远，关联性越小。天然产物十字孢碱 26.21 是选择性最差的抑制剂，而 26.9 和 26.15 的选择性很好，只抑制少数激酶。TK：非受体酪氨酸激酶，RTK：受体酪氨酸激酶，TKL：酪氨酸激酶样激酶，CK：酪蛋白激酶家族，PKA：蛋白激酶样家族，CAMK：钙/携钙素样激酶，CDK：周期蛋白依赖性激酶，MAPK：丝裂原活化蛋白激酶，CLK：CDK样激酶（出自M.A. Fabian et al. 2005，已得作者和出版商许可）。

20世纪80年代，一些公司开始寻找蛋白激酶C抑制剂。通过筛选得到的苯胺基嘧啶（26.23，图26.11）是一个合适的先导结构，由该化合物衍生优化得到了最初的蛋白激酶C 制剂。值得注意的是在苯环6—位引入的一个甲基（如化合物26.26）能完全翻转激酶的抑制活性，这个“魔力”甲基影响了由氨基连接的两个芳香构象。在与ABL—酪氨酸激酶的结合模式中观察到，该抑制剂采用了一个延展的构象，而甲基使两个芳香环系产生了一个扭曲的构象。

图26.11 PKC激酶筛选得到苗头化合物26.23，再经过多轮优化得到伊马替尼26.5。

化合物26.26被证明是这个酪氨酸激酶家族成员的一个理想的抑制剂。最初，这个化合物的水溶性和口服生物利用度并不理想。因此，尝试通过引入N—甲基哌嗪等极性基团来改善这些性质，其中化合物26.5是最优的化合物，在通过了所有的临床试验后，以伊马替尼（格列卫®）为商品名，于2001年开始应用于临床治疗。该化合物选择性阻断BCR—ABL体酪氨酸激酶，阻断激酶底物蛋白质的磷酸化。后来发现，它同样可以抑制其他激酶，比如相关的c—Kit和PDGF受体激酶。

为什么伊马替尼的成功会成为一个传奇呢？首先，伊马替尼的发现是癌症疗法的一个全新的尝试，癌症能被选择性地治疗。这个药物副作用极少，但是价格昂贵，很快就成为Novartis公司的重磅炸弹，每年销售额超10亿欧元。伊马替尼的治疗效果和销售额的双重成功，最大限度地刺激了激酶领域的研究。

成功的故事总是有很多模仿者，最初关于激酶的选择性问题的悲观言论看起来已被淡忘，但是经验表明，要成就一个相似的成功故事是非常困难的。迅速地，十多个激酶抑制剂被推向市场治疗不同的疾病（多数是癌症治疗），这里面同样有伊马替尼的跟进化合物，但是没有一个化合物能获得与伊马替尼相同的治疗效果和经济效益。

伊马替尼与激酶结合，稳定了酶的非活化构象，对催化机制很重要的DFG环仍保持着朝外的构象（图26.9，26.12）。最初为增加水溶性而引入的N—甲基哌嗪基团占据了一个位置，使其能被活化状态的DFG环容纳。

因此，在26.5的结合模式中，该基团的作用是决定性的。图26.12揭示了伊马替尼26.5和四氢十字孢碱26.27（图26.13）的激酶复合物结构对比。抑制剂26.27稳定了酶的活化构象，DFG环朝向内部，呈现出完全不同的方向。伊马替尼中间苯环六位的甲基迫使该环与邻近的嘧啶环变成互相垂直的构象，这种几何构象使疏水结构与卡口残基Thr315接触，也使连接两个环的NH能与苏氨酸的羟基形成氢键。与hr315的最佳相互作用及与蛋白质非活化构象的有效结合，构成了伊马替尼的选择性优势。c—Kit是伊马替尼除BCR—ABL激酶之外唯一显示出亲和力的激酶，这可以由该激酶和BCR—ABL激酶在DFG环和ATP结合区域的高度序列同源性来解释，二者的卡口残基都是苏氨酸。

图26.12 伊马替尼26.5和四氢十字孢碱26.27（图26.13）与BCR—ABL受体酪氨酸激酶的活化（绿色）和非活化（红色）状态晶体结构叠加图。26.5结合激酶的非活化形式，而非选择性抑制剂26.27抑制激酶的活化构象。由于所谓的魔力甲基，伊马替尼朝向卡口残基Thr315，而连接两个芳环的氨基与Thr315的羟基形成了氢键。

图26.13 有耐药性的尼洛替尼26.28是伊马替尼26.5的跟进化合物，该化合物以同样的模式结合BCR—ABL激酶，但是亲和力更强。Bristol—Myers Squibb公司的达沙替尼26.29也是结合BCR—ABL激酶，但是采用了完全不同的结合模式。

令人遗憾的是，伊马替尼也产生了耐药性，耐药突变使激酶对伊马替尼变得不敏感。迄今为止，我们已经发现了30种突变，这是基因序列中碱基对交换的结果。碱基对交换发生在多种细胞中，因纯粹偶然或者被氧化侵害而发生改变，这些突变是在伊马替尼抑制的选择压力下出现的。最常观察到的耐药突变是卡口残基Thr315变成了异亮氨酸。由于突变后的氨基酸变得更大，伊马替尼无法起到抑制作用。

此外，氢键也无法形成，活性从Ki = 85 nmol/L降到了10 mmol/L。在铰链区，Phe317与抑制剂的吡啶环形成了芳基相互作用。Thr315残基突变成亮氨酸会导致芳基相互作用的丧失，结合力减少1/3。大部分观察到的突变是合理的，突变激酶的构象更多地转向活化构象。

因此，伊马替尼与非活化构象有效结合带来的选择性优势，对耐药突变来说，在敏感性方面变成了劣势。随后Novartis公司开发了伊马替尼的跟进药物，即结构上相似的尼洛替尼（达希纳®）26.28（图26.13），改善了针对伊马替尼的耐药性。

除Thr314突变为异亮氨酸外，尼洛替尼对其他所有的耐药突变激酶都有很好的亲和力，并且能稳定激酶的非活化构象。尼洛替尼的侧链是一个三氟甲基取代的芳香环和一个咪唑片段，它能更好地适应结合口袋，有更高的亲和力。亲和力优势推测是耐药敏感性减弱的原因，因为对非活化构象到活化构象的细微转变有更好的耐受性。

另一个化合物是Bristol—Myers Squibb公司的达沙替尼（施达赛®），它绕开伊马替尼的耐药性，它采用了一个完全不同的BCR—ABL激酶结合模式。因此，可以合理地推测达沙替尼和伊马替尼及尼洛替尼有不同的选择性，如该化合物也可以结合Scr家族的激酶。

以上文字节选自《药物设计：方法、概念和作用模式》。