EGFR不可逆抑制剂奥希替尼研发简介

奥希替尼是第三代EGFR-TK抑制剂，由阿斯利康开发，于2015年11月13日获得FDA批准上市，是一种用于治疗非小细胞肺癌(NSCLC)的口服靶向药！本文分别以药物靶点、先导化合物的发现、先导化合物的优化等方面简要介绍该药的开发历程。

图1  EGFR信号通路

配体诱导激活的酪氨酸激酶受体，如表皮生长因子受体(EGFR)，能够激活细胞内下游信号通路，从而促进细胞分裂增殖。EFGR活性突变(AMs)是非小细胞肺癌的常见驱动基因，其主要发生在EGFR基因的18/19/20/21外显子，导致EGFR即使在缺失配体的情况下也处于激活状态，使得下游信号通路持续处于超活化状态，引起细胞的恶性增殖(肿瘤)，因此，抑制不正常的EGFR信号通路，是治疗肿瘤的策略之一。

图2  吉非替尼与EFGR结合示意图

第一代EGFR抑制剂，如吉非替尼以及埃罗替尼，临床上约有70%的患者有明显药物应答反应，表现为肿瘤明显缩小，据此可知，EGFR是一个非常有效的作用靶点，但在10-16个月的治疗后，会产生耐药性，有近2/3的患者产生了二次获得性变异T970M (EFGR受体蛋白中的一个苏氨酸变异为蛋氨酸)。通过分析T970M变异后的EGFR蛋白单晶衍射结构，发现突变位置处于结合位点的“入口处”，使得吉非替尼与受体相互作用减弱，产生耐药性问题。

图3  第二代EGFR抑制剂

通过分析上述产生耐药性的原因，药物化学家们在吉非替尼/埃罗替尼的基础上开发出了新一代的EGFR抑制剂， 也称之为第二代EGFR-TKI！与第一代所不同的是，第二代化合物大多数采用了不可逆的共价键结合形式，比较成功典例如Afatinib、Dacomitinib，被FDA批准用于双突变的非小细胞肺癌治疗。虽然上述药物能够克服耐药性问题，但是此类化合物也能对野生型的EFGR产生效用，存在较为严重的剂量依赖性副作用，如皮疹和腹泻，因此大大限制了其临床应用。

本质上，第一代EGFR抑制剂，也会与野生型的EGFR结合，但相对于突变型EGFR，其结合能力要弱很多，而第二代抑制剂对野生型和突变型的EGFR无选择性，导致副作用的产生。在第一代和第二代EGFR-TKI的基础上，人们一直在努力探索新的化合物，即选择性与双突变以及单突变后的EFGR结合，而不影响野生型EGFR！

DM与WT的选择性问题

图4  苏氨酸与蛋氨酸

分析双突变EGFR蛋白的结构，发现位于结合位点入口处的“守门员”残基由苏氨酸变异为蛋氨酸，这两个氨基酸残基的疏水性存在差异，蛋氨酸相比苏氨酸亲脂性更佳，从理论上讲，通过调整小分子化合物的疏水性，实现选择性的抑制双突变EGFR，而对野生型的EGFR不产生影响或存在相对较小的影响！

基于上述分析结果，阿斯利康启动了前期的化合物筛选的工作！一部分化合物来自于外包公司，另外一部分则来源于阿斯利康公司内部的化合物库，经过初步的筛选，发现不可逆的EGFR抑制剂对两种EGFR都具有很好的活性(DM、WT)，而可逆抑制剂表现出对突变型EGFR更好的活性，尤其是来自于阿斯利康内部的几个化合物，显示出了非常好的选择性(具体的化合物库并未披露)！

图5  先导化合物的发现

以上的分析结果非常具有启发性，通过进一步的筛选，得到含有吲哚基团的化合物1(图5)，表现出非常好的选择性，DM/WT值为88，但是该化合物在细胞测试中活性降低了近90倍，分析其原因，可能是细胞中高浓度的ATP与EGFR结合导致化合物1与EGFR的结合能力降低，对此问题，可采用不可逆的共价键结合方式，提高化合物与酶的结合能力，而保持其对DM型EGFR的活性。

图6  不可逆抑制剂的探索

分子对接分析化合物1与双突变EGFR蛋白的相互合作用关系，发现化合物1结构中的嘧啶环与甲硫氨酸残基(M793)形成氢键，而氯原子则指向结合位点入口处的“守门员”甲硫氨酸残基(M790)，苯胺的间位则指向半胱氨酸残基(C797)，以上结果也应证了先前的假设。因为半胱氨酸的巯基是进行共价结合药物设计的理想结合位置，因此优先对苯胺间位进行优化，比对各种不同的活性取代基后，选用丙烯酰胺，得到一个比较理想的化合物2，同时，苯胺的邻位取代系列中，发现甲氧基与氢取代相比，活性增强了8倍，但选择性下降了近一半。总体上讲，化合物3相比化合物1，细胞活性增强了有35倍之多，选择性有所下降。

成药性的优化

图7 对“顶部”、丙烯酰胺以及嘧啶五位的修饰(IC50：µM，为细胞测试)

不管是化合物2还是3，亲脂性太强，这会为后续的开发带来问题。在优化时，首先选择了将“顶部取代基”的吲哚进行替换，得到化合物4，相比化合物3，其选择性大大提高，但活性有所下降，亲脂性得到一定的改善。同时，丙烯酰胺部分也进行了一些修饰，引入碱性基团，如二甲基胺(化合物5)，亲脂性改善，选择性和活性略有降低。嘧啶环5位的修饰(甲基、氢原子以及氯原子取代)则发现，氯原子对化合物的亲脂性有非常大的影响，而且对于提高DM/WT的选择性很重要，可能是因为氯原子与“守门员”蛋氨酸残基相互作用更有效的原因。通过动物实验和部分人体细胞试验后，得出表2的数据，因此选择化合物5作为先导化合物，进行进一步的优化。

图8  苯胺对位哌嗪取代(IC50：µM)

为进一步提高活性以及选择性，研究者设计了一系列苯胺对位哌嗪取代的化合物，同时也对“顶部取代”进行了筛选，发现加入哌嗪基团后，活性和选择性得到了明显提高(6&7)，因此，苯胺的对位哌嗪取代是一个非常值得深入拓展的修饰部位。在对哌嗪基团修饰的修饰中，采用了三种不同的方式，哌嗪酰胺化、开环以及环系大小的置换，这三种策略都是药物化学中经典的修饰方法，虽然从化学结构上变动不大，但是会对化合物的生物效用产生非常明显的作用。

图9  哌嗪修饰

对哌嗪基团的修饰得到上述若干化合物具有较好的活性，在进行相关副作用评估以及药代动力学测试时，发现化合物9表现更好，在后续的动物试验中也表现更佳，因此选择化合物9 (AZD9291)作为备选药物，进入到下一阶段的临床试验研究。

化合物AZD9291于2013年5月首次开始用于临床试验，基于临床前的研究结论，采用20 mg，每日一次的治疗剂量，第一位患者是一名来自韩国的亚裔57岁女性，于2011年被诊断为四期EGFR非小细胞肺癌，经化合物9的治疗后，肿瘤缩小了39.7%。第二位患者是一名来自英国的57岁白人女性，于2010年被诊断为四期肺腺癌，经由化合物9的治疗后，肿瘤缩小了38%，症状得到了明显的改善，在长达9个月的治疗中，两位患者都保持对化合物9的持续应答反应，而且未观察到明显的血糖异常现象！在剂量递增试验中，80 mg每日一次的剂量表现出最大的肿瘤抑制活性，并显示对脑转移癌的潜在活性，并且相关副作用效果最小，因此最终采用80 mg的单日一次的治疗剂量。基于上述一期临床的研究结果，2014年4月，FDA授予AZD9291“突破性疗法”！

药代动力学数据

AZD9291药代动力学参数在健康受试者和NSCLC患者中进行了鉴定。依据群体药代动力学分析，血浆表观清除率为14.2 L/h，表观分布容积为986 L，终末半衰期约为48 h。在20至240 mg的剂量范围内，AZD9291的AUC和Cmax与剂量成正比，每日一次口服，15天后达到稳态，暴露/蓄积量约为3倍，口服后，血浆峰浓度在6 h后达到，目前还未有可靠的生物利用度数据。

代谢研究表明，其主要通过肝脏CYP3A4和CYP3A5酶代谢，体外研究显示，AZD9291是一种CYP3A4/5的竞争性抑制剂，未观察到明显的肝肾功能损伤作用。AZD9291主要通过粪便排出(67.8%)，原型药约占1.2%左右，其次为尿液(14.2%)，原型药约占0.8%左右，未观察到明显的肝肾功能损伤作用。

副作用

AZD9291的不良反应主要表现在消化系用和皮肤类疾病上，如腹泻、皮疹、恶心等。

由于AZD9291良好的治疗效果，2015年11月，经FDA快速审批通道获得了上市许可，以通用名Osimertinib以及商品名 Tagrisso进入北美市场，2016年2月，AZD9291获得了欧盟的上市许可，正式进入欧盟市场，2017年3月24日获得CFDA上市许可，不过在用药之前需要进行基因检测，确定突变类型。

参考文献：

1、Finlay M R, Anderton M, AshtonS, et al. Discovery of a potent and selective EGFR inhibitor (AZD9291) of bothsensitizing and T790M resistance mutations that spares the wild type form ofthe receptor[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2014, 57(20):8249.

2、Ward R A, Anderton M J, AshtonS, et al. Structure- and reactivity-based development of covalent inhibitors ofthe activating and gatekeeper mutant forms of the epidermal growth factorreceptor (EGFR).[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2013, 56(17):7025-7048.

3、Ward R A, Finlay M R V.8.01 – Medicinal Chemistry Case History: Osimertinib (AZD9291)[J].Comprehensive Medicinal Chemistry III, 2017:1-32.

4、“泰瑞沙”使用说明书