JMC | 又一个肿瘤治疗领域的新发现！！！—高效口服活性PI3Kα/mTOR双重抑制剂的成长史

JMC | 又一个肿瘤治疗领域的新发现！！！—高效口服活性PI3Kα/mTOR双重抑制剂的成长史 2020/10/26 15:12:39

一

背景介绍

磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）蛋白家族参与了包括细胞增殖、分化、凋亡以及葡萄糖转运等在内的多种细胞功能，与人类癌症、糖尿病和衰老有紧密的关系。主要的PI3K有三种，与癌症广泛相关的是I型PI3K，也是研究最多的一种。I型PI3K为异源二聚体，它是由调节亚基p85和催化亚基p110组成（图1），催化亚基有4种，即p110α、p110β、p110δ、p110γ，其中p110δ和p110γ仅限于白细胞，其余则广泛分布于各种细胞中。

文献表明I型PI3K中的PI3Kα和PI3Kδ亚型在人类癌症生物学中发挥重要作用。PI3Kα或I型PI3K其它亚型及其下游效应蛋白包括AKT和mTOR的异常活化与肿瘤的启动和维持有关（图1）。因此，一种有效的PI3K/AKT/mTOR通路抑制剂既能抑制癌细胞增殖，又能诱导细胞程序性死亡。临床研究表明，靶向PI3K-AKT-mTOR通路的抑制剂对治疗肿瘤有积极作用，包括PI3K与AKT抑制剂、异构mTOR抑制剂与催化mTOR抑制剂都有显着的抗肿瘤效果。

图1PI3K/AKT/mTOR信号通路

研究至今，文献中已经报道了相当多的基于吗啉取代三嗪作为核心骨架的PI3Kα抑制剂，这其中有几个在药理学上表现良好的分子，如图2A中所示：

图2已报道的部分含吗啉取代三嗪骨架的PI3Kα抑制剂

研究人员发现，在所有这些被报道的抑制剂中，吗啉的氧原子在铰链区与氨基酸残基Val851(PI3Kα)和Val2240(mTOR)的NH有关键的氢键相互作用，而它们的芳基占据了PI3Kα的ATP结合位点的亲和口袋。该研究作者在2015年报道了基于吗啉取代三嗪骨架的口服生物可利用的PI3K抑制剂（化合物26），此次在之前研究基础上，对化合物26的结构进行优化，发现了更加高效、结构类似的化合物10（SPR519），化合物10是PI3Kα和mTOR双重抑制剂（图2B）。

二

结果与讨论

三嗪骨架上的杂芳环取代基被认为是一个重要的药效团，基于化合物26的结构，作者改变其吲哚杂环取代基，设计并合成了结构类似的化合物1-12并评估它们对PI3K抑制活性以及对人卵巢癌细胞系（A2780）的细胞效力，其结果如图3：

图3结构优化与构效关系

通过HTRF技术测得化合物1抑制PI3Kα活性的IC50值为10nM，通过MTT法测得化合物1在A2780细胞系的EC50值为90nM，相比于化合物26，化合物1在酶抑制活性和细胞效力上均有大幅提升，但遗憾的是，PK结果表明，当以10mg/kg的剂量对一组小鼠进行口服给药时，化合物1没有血浆暴露，这可能是分子中羟基存在的缘故。其它的化合物如2、3、8、10，均表现出了相比与化合物26相当甚至更好的抑制活性和细胞效力（图3）。将化合物26上的吲哚杂环变成相似的取代基，仅仅是在同一个环上增加或减少一个N原子，所得到的分子的细胞效力均会下降（图3，7和9vs26）。化合物4、5、6是在化合物3的氨基吡啶环上不同位置引入一个甲基，结果是都导致了酶抑制活性和细胞效力下降，这说明在该处引入空间位阻是不利的，这与化合物11相比化合物10的活性下降结果是一致的。

化合物2、3、8虽然在酶抑制活性上不如化合物26，但是它们却表现出了与化合物26相当甚至更好的细胞效力，一种可能的解释是这些化合物的细胞通透性增强，或者可能是一个额外的互补靶点的参与导致细胞效力增强，前者很快被否定因为它们的结构是相似的。据报道，PI3Kα和mTOR具有高度同源的序列，因此作者测试了这几种化合物对PI3Kα和mTOR的抑制活性以及它们在两种癌细胞系（PC3和SKOV3）中的细胞效力，其结果如图4：

图4细胞效力评估

结果表明，化合物26、2、8均表现出了对PI3Kα更好的亲和力，而化合物3、10显示出对PI3Kα和mTOR同等的亲和力，4种新化合物在两种癌细胞系中均表现出强于化合物26的细胞效力（图4，2-10vs26）。

基于化合物3、8、10良好的细胞效力评估结果，作者利用人肝微粒体（HLM）、狗肝微粒体（DLM）和小鼠肝微粒体（MLM）进一步评估了它们的体外代谢稳定性，其结果如图5：

图5代谢稳定性评估

结果表明，3种化合物均表现出良好的微粒体稳定性，特别是人肝微粒体（图5）。此外，相比与化合物26，3种新化合物均有更高的血浆暴露量。

在进一步的评估中，作者考察了化合物10的靶向选择性，所选择的23种激酶均与PI3Kα和/或mTOR有序列同源性。结果显示化合物10对PI3Kα、PI3Kδ和mTOR具有较高而且相近的抑制活性，对PI3Kβ的抑制能力中等，对其它酶的正常生理活动几乎没什么影响（图6）。

图6靶向实验

为了探索最佳给药方案，作者进行了不同剂量给药实验，在三种不同剂量的给药情况下，血浆暴露量（AUC）呈剂量依赖性增加，但它们达到峰值的时间（Tmax）和半衰期（T1/2）没有显著的改变（图7）。

图7药代动力学实验

随后，作者考察了小鼠对化合物10的剂量耐受情况，在10mg/kg（BID）给药5天后，小鼠相比于对照组没有明显的生理上的变化，但30mg/kg（BID）给药9天时，观察到小鼠有轻微的冷颤。对30mg/kg（BID）给药5天的小鼠进行药物分布分析，其在小鼠肾脏、肝脏和肺部含量相对较多（图7），在这些重要的器官中没有观察到物理形态和变色的情况，除了肝脏有一点轻微的颜色改变。

图7药物分布分析（30mg/kg（BID）连续给药5天）

基于化合物10表现出来的优异体内外实验结果，作者分别对小鼠进行了SKOV-3（卵巢癌细胞）和HCT116（结肠癌细胞）的异种移植瘤实验，以考察化合物10对抑制肿瘤增殖的实际效果（图8）。

图8ASKOV-3移植瘤实验

图8BHCT116移植瘤实验

结果显示，肿瘤体积的减少是剂量依赖的，与对照组相比，治疗组的所有小鼠对治疗过程都有响应。重要的是，在两项研究中，最初3天内，无论是低剂量2.5mg/kg（QD）给药或20mg/kg（QD）给药均对肿瘤生长都有明显的抑制作用。

三

化合物合成

化合物13由2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪经两步亲核取代反应得到，13与不同的芳基硼酸或酯反应可以分别得到化合物1-12：

化合物13与化合物10对应的芳基硼酸底物进行反应时，效率较低，容易得到脱卤的副产物，不利于反应放大，大量合成时，采用Stille偶联：

参考文献

DineshMahajan, Somdutta Sen, Bilash Kuila, Amit Sharma, Reena Arora, MilindSagar, Amal Ray Mahapatra, Lalita Babasaheb Gawade, and Sundeep DugarDiscovery and Development of SPR519 as a Potent, Selective, andOrally Bioavailable Inhibitor of PI3Kα and mTOR Kinases for the

Treatmentof Solid Tumors Journalof Medicinal Chemistry(2020),63(19),11121-11130.

[1]ACS Medicinal ChemistryLetters (2015),6(12),1190-1194.

[2]Journal of Cell Science(2014),127(5),923-928.

[3]Journal of MedicinalChemistry (2019),62(10),4815-4850.

注：文中图片均来源于参考文献和网络。

四

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