【药化】新药研发：阿斯利康临床I期高选择性CDK9抑制剂AZD4573的发现
前言
抗凋亡蛋白Mcl-1是Bcl2家族成员，是多种癌症细胞的关键生存因子，其通过结合于线粒体外膜上，阻断促凋亡蛋白Bak和Bax的结合，从而阻止凋亡的激活。研究表明，Mcl-1的抑制可促进癌细胞凋亡和肿瘤的消退。目前针对Mcl-1蛋白的药物研究主要有：1、发现直接靶向抑制Mcl-1蛋白的小分子，目前有AZD5991、AMG176、MIK665等分子进入临床阶段；2、通过发现上游的CDK抑制，间接调控Mcl-1蛋白，研究表明抑制CDK9可以使Mcl-1蛋白水平降低。本项目的目标是希望发现高选择性的CDK9抑制剂实现肿瘤治疗，本项目开始时没有高选择性的CDK9抑制剂进入临床，目前有BAY 114357237和BAY 1251152进入临床阶段。
（图片来源：J. Med. Chem.）
阿斯利康发现的泛CDK抑制剂AZD5438（上图化合物1）具有比较显著的CDK1、CDK2、CDK9抑制活性，但由于其选择性差，副作用大，临床试验已终止。前期研究还发现AZ5576（上图化合物2）具有高选择性的CDK9抑制活性，且动物体内抑瘤活性良好，但是该化合物溶解性较差，限制了静脉的给药途径。本项目以此为先导化合物，希望通过结构优化提高CDK9抑制活性，并提高该化合物的溶解性。相关研究成果发表在J. Med. Chem.上（DOI: 10.1021/acs.jmedchem.0c01754）。
（图片来源：J. Med. Chem.）
通过2与CDK9的对接，研究人员发现吡啶环的N、酰胺键的NH与残基形成直接的氢键相互作用，末端苯环2位甲氧基取代使联苯间形成24°的夹角。基于其他的CDK抑制剂，研究人员推测末端苯环的2-甲氧基和4-F取代对于实现CDK9的选择性很重要。并且，该片段的高度疏水性也可能是抑制剂导致溶解性差的主要原因。
（图片来源：J. Med. Chem.）
因此，研究人员首先将末端苯环优化为N杂环，降低亲脂性。如上图，引入杂环的化合物3虽然活性有下降，但Log D较2明显下降，溶解性提高了20倍。通过并环的优化（化合物4）能够提高活性，这为进一步优化提供了思路。同时，阿斯利康前期CDK抑制剂的研究表明，在吡啶环5位引入卤素原子能够提高活性。引入F的化合物5活性显著提升，进而弥补了引入杂环导致的活性丧失。研究人员基于该优化策略进行了下图所示的构效关系研究。
（图片来源：J. Med. Chem.）
选择活性及理化性质均衡的化合物6和23进行了CDK家族活性评价，结果表明这两个化合物均保持了良好的CDK9选择性。
（图片来源：J. Med. Chem.）
研究人员通过SPR检测发现化合物24展现出最优的结合能力，KD值显著优于化合物6和23，并且发现23和24均表现出较短的解离半衰期。
（图片来源：J. Med. Chem.）
通过动物药代动力学模型预测化合物在人体内的药代性质，结果表明化合物23和24具有适中的半衰期。
（图片来源：J. Med. Chem.）
通过人肝细胞代谢分析，研究人员发现化合物6、23、24都存在如下图所示的代谢途径。
（图片来源：J. Med. Chem.）
将代谢产物合成后进行活性测试可以发现，化合物6的代谢产物相较于其母体分子仍具有相当的活性，而化合物24的代谢产物活性则明显降低，能够有效地降低代谢产物带来的临床试验风险。
（图片来源：J. Med. Chem.）
最后，研究人员通过肿瘤细胞Mcl-1的表达、pSer2-RNAP2的水平及移植瘤模型对化合物24（即AZD4573）进行了活性评价，发现其均表现出良好的活性。目前该分子已开始临床I期试验。
（图片来源：J. Med. Chem.）
总结：
本项目改构中用到的活性补偿思维，在Me-too及先导化合物优化中可以借鉴使用：末端苯环替换为杂环以提高理化性质，但损失了活性，进而通过吡啶环引入卤素进行活性补偿，最终实现分子活性及理化性质的整体平衡；其次，药物研究中代谢产物的研究也需要重视。