喹唑啉類(lèi)表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑藥物設(shè)計(jì)策略

趙永杰，孟 建，胡瑞娟，郄正剛

（河北常山生化藥業(yè)股份有限公司，河北 石家莊050800）

0 引 言

酪氨酸激酶（TKs）是催化三磷酸腺苷（ATP）上的γ-磷酸基與蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基羥基發(fā)生磷酸化的一類(lèi)激酶。酪氨酸激酶分為受體酪氨酸激酶（RTKs）和非受體酪氨酸激酶（NTKs）。

臨床研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的生成與TKs的異常表達(dá)密切相關(guān)，因此，通過(guò)抑制TKs，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的預(yù)防和治療。

目前，國(guó)內(nèi)外已有多種以TKs為靶點(diǎn)的酪氨酸激酶抑制劑（TKIs）類(lèi)藥物批準(zhǔn)上市。如表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）抑制劑、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（FGFR）抑制劑、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體（VEGFR）抑制劑、間變性淋巴瘤激酶（ALK）抑制劑等。

EGFR家族是酪氨酸激酶中最早被發(fā)現(xiàn)的受體酪氨酸激酶。表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶能夠介導(dǎo)多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，將胞外信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)，對(duì)細(xì)胞增殖、分化和凋亡起著重要的調(diào)節(jié)作用，選擇性抑制表皮生長(zhǎng)因子受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，可以達(dá)到治療腫瘤的目的，這為腫瘤的治療開(kāi)辟了途徑。

EGFR靶向藥物主要有2類(lèi)：一類(lèi)是作用于受體細(xì)胞外區(qū)的單克隆抗體（MAb）；另一類(lèi)是作用于受體細(xì)胞內(nèi)區(qū)的小分子酪氨酸激酶抑制劑。

20世紀(jì)90年代中期，F(xiàn)ry等人發(fā)現(xiàn)4-苯胺基喹唑啉（PD153035）為EGFR酪氨酸激酶的專(zhuān)一抑制劑，喹唑啉衍生物成為表皮生長(zhǎng)抑制劑研發(fā)的重要方向。化合物PD153035被廣泛用作EGFR抑制劑設(shè)計(jì)的先導(dǎo)化合物。小分子酪氨酸激酶抑制劑根據(jù)在體內(nèi)結(jié)合能力的差異，可以將這類(lèi)藥物劃分為可逆抑制劑和不可逆抑制劑。

目前，已上市的喹唑啉類(lèi)小分子靶向酪氨酸激酶抑制藥物有吉非替尼、厄洛替尼、埃克替尼、阿法替尼、達(dá)克替尼等。

1 EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑

芳胺基喹唑啉類(lèi)EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑可模擬ATP的腺嘌呤環(huán)，通過(guò)與EGFR激酶域ATP結(jié)合位點(diǎn)上的ATP競(jìng)爭(zhēng)，干擾EGFR激酶域的自身磷酸化，抑制EGFR的活性，進(jìn)而阻斷參與腫瘤生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移的EGFR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

1.1 EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑藥物

20世紀(jì)90年代，阿斯利康研發(fā)的吉非替尼，是這類(lèi)藥物中最早進(jìn)入臨床和上市的口服EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑藥物。

已上市的酪氨酸激酶可逆抑制劑代表性藥物有吉非替尼、埃羅替尼、?？颂婺岬?，如圖1所示。

圖1 酪氨酸激酶可逆抑制劑Fig.1 Reversible inhibitors of tyrosine kinase

在吉非替尼上市后，相繼上市了吉非替尼的“me-too”藥物埃羅替尼、?？颂婺岬取Ｆ渲?，浙江貝達(dá)藥業(yè)有限公司通過(guò)對(duì)6-，7-位點(diǎn)修飾優(yōu)化，成功上市了用于晚期NSCLC治療的抗癌新藥埃克替尼。

臨床試驗(yàn)表明，?？颂婺岬寞熜Ъ岸拘耘c吉非替尼的療效及毒性相似，但安全性更優(yōu)。該藥的成功研制，結(jié)束了我國(guó)TKIs類(lèi)抗腫瘤藥物全部進(jìn)口的歷史，打破了患者只能依賴于天價(jià)進(jìn)口抗癌藥的尷尬局面。

1.2 代表性EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑藥物的合成

EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑（吉非替尼）合成路線主要有喹唑啉母核修飾、3，4-二甲氧基苯甲酸或3-羥基-4-甲氧基苯甲醛（酯）經(jīng)脫保護(hù)、鹵代、烷氧基化、縮合、重排等反應(yīng)制備。

張華等人以3，4-二羥基苯甲醛為起始原料，經(jīng)醛基縮合、氧化、側(cè)鏈烷氧基修飾、重排環(huán)化制備4-（3-氯-4-氟苯氨基）-7-甲氧基-6-[3-（4-嗎啉基）-丙氧基]喹啉（吉非替尼）的合成法更適宜工業(yè)化。

EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑類(lèi)藥物的開(kāi)發(fā)是以喹唑啉骨架為母核，通過(guò)在母核上修飾合適的疏水基團(tuán)，使分子與整個(gè)ATP結(jié)合域通過(guò)弱的、可逆性的作用力，如氫鍵、范德華力和疏水作用力等實(shí)現(xiàn)結(jié)合。這導(dǎo)致EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑類(lèi)藥物的選擇性不夠好、藥效不夠強(qiáng)烈和持久，同時(shí)還易引發(fā)耐藥性。

2 EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑

EGFR可逆抑制劑在臨床上對(duì)NSCLC（非小細(xì)胞肺癌）患者，特別是對(duì)攜帶EGFR敏感型突變的患者的治療取得了顯著的治療效果，但大部分患者在用藥一段時(shí)間后（9～12個(gè)月），會(huì)出現(xiàn)獲得性耐藥的情況，超過(guò)半數(shù)的耐藥原因是由于腫瘤細(xì)胞EGFR激酶結(jié)構(gòu)域的新型突變，這個(gè)突變就是現(xiàn)在認(rèn)識(shí)比較清晰的790位蘇氨酸（Thr，簡(jiǎn)稱T）點(diǎn)突變?yōu)榧琢虬彼幔∕et,簡(jiǎn)稱M），一般稱之為“T790M”。

2.1 EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑藥物

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)喹唑啉母核連接一個(gè)長(zhǎng)度合適的親電功能團(tuán)，如各類(lèi)不飽和酰胺結(jié)構(gòu)側(cè)鏈，這個(gè)親電的功能團(tuán)能與氨基酸殘基共價(jià)結(jié)合時(shí)[EGFR激酶配體結(jié)合位點(diǎn)的半胱氨酸殘基（C797）與邁克爾加成受體形成共價(jià)結(jié)合]，使得藥物牢固結(jié)合在靶點(diǎn)上與受體產(chǎn)生不可逆作用效果，大大提高了藥物的抑制效率，這是EGFR不可逆抑制劑較為成熟的開(kāi)發(fā)思路。

以此為基礎(chǔ)，上市了EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑，如阿法替尼、達(dá)克替尼、卡奈替尼，如圖2所示。

圖2 酪氨酸激酶不可逆抑制劑Fig.2 Irreversible inhibitor of tyrosine kinase

2.2 代表性EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑藥物合成

阿法替尼是第1個(gè)上市的不可逆EGFR TKIs藥物。阿法替尼主要有以下2種較為適宜的合成方案。

（1）從4-氯-2-氨基苯甲酸為起始原料，經(jīng)環(huán)合、硝化、氯化、取代、醚化生成關(guān)鍵中間體N-4-[(3-氯-4-氟苯基)氨基]-6-硝基-7-[[(3S)-四氫-3-呋喃基]氧基]-喹唑啉，關(guān)鍵中間體再經(jīng)氫化還原、縮合、Wittig-Horner反應(yīng)及成鹽，得到目標(biāo)產(chǎn)物馬來(lái)酸阿法替尼。（2）從中間體4-氯-6-氨基-7-羥基喹唑啉為原料，經(jīng)醚化生成關(guān)鍵中間體4-氯-6-氨基-7-[[(S)-四氫呋喃-3-基]氧基]-喹唑啉后，再經(jīng)氫化、酰胺化、取代、成鹽得到馬來(lái)酸阿法替尼。

3 喹唑啉類(lèi)EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物設(shè)計(jì)

上述喹唑啉類(lèi)EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物已經(jīng)救助了上百萬(wàn)的肺癌患者，但在治療一定時(shí)間后，都會(huì)發(fā)生耐藥突變而喪失治療效果，如T790M突變型、L858R合并T790M、Del19合并T790M雙突變型和Del19/T790M/C797S及L858R/T790M/C797S三突變型等。這對(duì)醫(yī)藥工作者提出了針對(duì)這些突變開(kāi)發(fā)特異性靶向EGFR酪氨酸激酶抑制劑的新要求。

綜合已上市的芳胺基喹唑啉類(lèi)EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑和EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑兩類(lèi)藥物的結(jié)構(gòu)分析，喹唑啉類(lèi)EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物主要由3個(gè)六元環(huán)（A，B，C）和1個(gè)連接橋胺基構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 芳胺基喹唑啉母核Fig.3 Arylamine quinazoline mother nucleus

通過(guò)對(duì)喹唑啉類(lèi)EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物的構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)如下內(nèi)容。

（1）環(huán)A的2個(gè)N原子與激酶間氫鍵的作用，對(duì)于藥效活性至關(guān)重要。若A環(huán)1-位上的N原子與EGFR蛋白酶的Met769或Met793殘基形成氫鍵，對(duì)激酶活性至關(guān)重要，如果1-位N原子被C原子替換，活性將降低3 700多倍。

（2）3-位上的N原子與Thr766形成氫鍵，如果3-N被C原子替換，活性將降低200多倍。

（3）B環(huán)對(duì)活性也有顯著影響，8-位H被取代會(huì)因空間位阻阻止配體與受體之間的相互作用，對(duì)活性極其不利。

（4）6，7-位通常處于水相介質(zhì)中，是優(yōu)化化合物物化性質(zhì)改善其藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)的重要修飾位點(diǎn)，提高此部位取代基團(tuán)的親水性，或采用能形成陽(yáng)離子的基團(tuán)，會(huì)提高TKIs的活性和增加生物的利用度。

（5）C環(huán)占據(jù)了EGFR-TKs的疏水空腔，影響著化合物的親和力和選擇性，特別是3，4-位以鹵素等小基團(tuán)取代時(shí)可顯著提高活性。

（6）作為A環(huán)和C環(huán)連接橋梁的胺基最好裸露，該位置如被取代，將顯著降低TKIs的活性。

生物構(gòu)效與藥效的關(guān)系研究表明，對(duì)喹唑啉母環(huán)的不同位置引入不同修飾基團(tuán)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物活性的控制，這為新型EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物開(kāi)發(fā)提供了理論支持。

Daniel等人對(duì)EGFR不可逆抑制劑克服T790M突變耐藥機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)喹唑啉母核6-位帶有不飽和酰胺側(cè)鏈時(shí)，能對(duì)EGFR-T790M表現(xiàn)出良好的抑制活性，在母核N（3）原子修飾后，會(huì)表現(xiàn)出對(duì)L858R/T790M變異體的抑制活性。

Carmi等人在母核6-位引入環(huán)氧酰胺基和苯氧乙酰氨基后，發(fā)現(xiàn)可以抑制EGFR的自磷酸化，并可以誘導(dǎo)L858R/T790M突變的NSCLC細(xì)胞凋亡。

韓美藥品研發(fā)的波齊替尼Poziotinib（HM781-36B），通過(guò)對(duì)喹唑啉母核4-，6-位側(cè)鏈修飾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)EGFR外顯子20插入突變的NSCLC的治療。

薛子溪等人將喹唑啉與芳基哌嗪結(jié)構(gòu)結(jié)合，設(shè)計(jì)了可能具有雙靶點(diǎn)抗腫瘤小分子化合物喹唑啉-芳基哌嗪化合物。

孟祥川等人設(shè)計(jì)合成了一系列2-甲硫基-芳胺喹唑啉衍生物，實(shí)驗(yàn)顯示部分化合物具有較好的抗腫瘤活性。

藥物的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是上述的定向設(shè)計(jì)這么簡(jiǎn)單，但這些研究為開(kāi)發(fā)更加高效、低毒、抗耐藥的特異性靶向喹唑啉EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物提供了思路。

4 結(jié) 語(yǔ)

喹唑啉類(lèi)抗癌藥物在治療非小細(xì)胞肺癌、胰腺癌、乳腺癌等多種癌癥疾病中，表現(xiàn)出了良好的治療效果。本文對(duì)當(dāng)前喹唑啉類(lèi)表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑藥物的發(fā)展歷程、代表藥物的合成方法、藥物構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了綜述。

目前，喹唑啉類(lèi)抗癌藥物已經(jīng)成為治療各種癌癥疾病的一線用藥。在藥物構(gòu)效關(guān)系指導(dǎo)下，結(jié)合現(xiàn)有研究成果和喹唑啉母核結(jié)構(gòu)修飾位點(diǎn)，運(yùn)用活性拼接理論，將對(duì)開(kāi)發(fā)更加高效、低毒、抗耐藥的特異性靶向喹唑啉類(lèi)藥物具有重要意義。

總之，喹唑啉類(lèi)藥物開(kāi)發(fā)從理論研究和應(yīng)用的角度來(lái)看，都具有很好的發(fā)展前景。