构效关系与先导优化
70篇
BRD9 PROTAC在小鼠中效果不佳的原因及E3人源化解决方案
- dBRD9、VZ185等常用的CRBN和VHL类BRD9降解剂在小鼠细胞中的活性明显下降,尽管BRD9本身高度保守。
- 差异指向E3连接酶的物种差异,尤其是Crbn的I391残基和VHL的结构变化,很可能妨碍三元复合物形成。
- 表达人CRBN或VHL,或引入CrbnI391V突变,可恢复小鼠细胞中的活性,并提升体内BRD9降解。
凡是见过PROTAC在人源细胞系里表现出色、到小鼠药效实验里却毫无起色的人,对此都不会陌生。啮齿类中降解剂的PK/PD失败,可能出在E3而非化合物本身,因此尽早建立CrbnI391V或人源化E3模型很有价值。在判定某个系列无效之前,也应先跨物种评估三元复合物的形成。
Improving PROTAC-Mediated Degradation in Mouse Models: BRD9 as a Case Study ↗
吡咯并喹啉类抗微管药物在紫杉醇和柔红霉素耐药细胞中保持活性
- 研究合成了1H-吡咯并[3,2-c]喹啉化合物库并梳理SAR,得到抗增殖活性达低纳摩尔水平、对正常成纤维细胞选择性极高的化合物。
- 最佳衍生物在柔红霉素和紫杉醇耐药亚系中仍保持活性,外排比较低,提示交叉耐药有限。
- 先导化合物吸收迅速、半衰期适中、脑渗透有限,但斑马鱼胚胎毒性提示治疗窗较窄。
能躲开P-gp外排的微管结合剂始终受关注,外排比低且在耐药株中保持活性,是合理的第一道筛选。斑马鱼结果是不留情面的提醒:强效抗有丝分裂药物的安全边际往往很窄,培养中对成纤维细胞的选择性解决不了安全性问题。下一步我想看结合位点,以及这个骨架还能向更宽治疗窗方向调整多少。
大环吡唑并三嗪类CDK7抑制剂兼具全激酶组选择性与口服暴露
- 对17元大环吡唑并三嗪骨架进行结构导向优化,得到高活性的CDK7抑制剂。
- 在逾400种激酶的组合中未见显著脱靶活性,弥补了既往CDK7抑制剂选择性差的问题。
- 细胞中引起周期阻滞、抑制转录并下调c-Myc,在三阴性乳腺癌细胞中尤为明显;口服生物利用度良好,药代呈线性。
CDK7在400多种激酶上结果干净实属少见,这一领域的共价抑制剂过去多依赖THZ类弹头。非共价、又有口服暴露的大环,正是我愿意拿来做转录依赖型适应症的特征。悬而未决的是靶点毒性:激酶间的选择性,并不能让你避开CDK7在正常转录中的作用。
YKS-34:面向特发性肺纤维化、PDE4B选择性超千倍的抑制剂
- 作者的目标是改进目前唯一获批的PDE4B偏好性药物nerandomilast,其对PDE4D的选择性仅约9倍。
- YKS-34是强效PDE4B抑制剂,对PDE4A、4C、4D的选择性均超过1000倍。
- 它在体外抑制TGF-β诱导的成纤维细胞活化和LPS诱导的TNF-α释放,药代性质良好并在肺组织中富集。
恶心呕吐源自PDE4D抑制,因此把选择性从约9倍提到1000倍以上,正是值得追求的优化方向。B与D亚型的口袋差异极小,我很想知道它的结合模式。至于是否值得兴奋,还得等看到博来霉素模型中治疗性给药的结果。
在不损失活性的前提下降低DCN1–UBE2M抑制剂的hERG风险
- 此前的工具化合物NAcM-OPT可阻断DCN1–UBE2M相互作用,口服可用并抑制异种移植瘤生长,但对hERG有明显亲和力,限制了开发。
- 作者对骨架进行系统修饰,在保留DCN1结合的同时降低hERG结合。
- 化合物110的生化与细胞活性与母体相当,理化性质更好,对hERG的选择性也有所提高。
一个已验证的PPI化学型因心脏安全性而停滞,仅靠SAR就被救了回来,这是不起眼却必要的续篇。如果你手上也有碱性、高脂溶性的PPI抑制剂,放弃药效团之前,不妨先验证hERG能否通过结构改造去除。
综述:结构导向设计如何终于做出FGFR3选择性抑制剂
- 第二代泛FGFR抑制剂验证了概念,但抑制FGFR1、FGFR2和FGFR4带来的毒性限制了其应用。
- 尽管家族内结构高度同源,结构导向的工作已催生首批进入临床评估的FGFR3选择性抑制剂。
- 该综述涵盖生物学依据、实现选择性的设计策略,以及膀胱癌和软骨发育不全等新兴适应症。
在高度保守的激酶家族内实现亚型选择性,是检验结构药物设计能走多远的好例子,FGFR3如今已有临床阶段的答案。软骨发育不全这一方向尤其值得关注:慢性、接近儿科的适应症对耐受性的要求远高于肿瘤,选择性的价值恰在于此。
一款在小鼠中单剂量治愈的吡嗪-2-甲酰胺类抗疟药进入一期临床
- 通过恶性疟原虫生长抑制筛选,发现了针对红内期疟疾的新型吡嗪-2-甲酰胺系列。
- 先导优化提高了抗疟活性和代谢稳定性,并降低了CYP2D6抑制风险,得到IWY357。
- 在Pf人源化SCID小鼠模型中单剂量即可完全治愈,耐药筛选显示耐药屏障高,并已通过GLP毒理研究进入一期临床。
表型筛选得到的苗头化合物一路推进到临床,并在人源化小鼠中实现单剂量治愈,正是一线药物耐药不断蔓延之下业界所期待的。解决CYP2D6问题对联合用药尤其重要,而短疗程方案的落脚点正是联合用药。单剂量能否成立取决于暴露量,所以我会重点关注人体药代数据。
替换saruparib的甲酰胺,获得口服、可入脑的PARP1选择性抑制剂
- 研究针对中枢神经系统肿瘤,将saruparib的甲酰胺替换为多种杂环,以PARP1选择性避开PARP2,从而降低血液学毒性。
- 筛选时用Caco-2外排代替常用的MDR1-MDCK,挑出脑内游离暴露良好的化合物。
- 先导化合物口服生物利用度良好,低剂量即可在异种移植模型中使肿瘤消退,预测临床剂量也较低。
替换甲酰胺相当大胆,这个基团本是锚定烟酰胺口袋的关键,杂环居然保住了结合。更值得借鉴的是筛选方式:若Caco-2外排比MDR1-MDCK更能预测脑内游离暴露,不少CNS项目可能已错杀了好化合物。
成对差分QSAR结合分位数聚合,尝试预测超出已知效价范围的化合物
- 常规QSAR很难预测比训练集中任何化合物都更强效的类似物,而这正是先导优化的核心问题。
- PD-QSAR从化合物对的描述符差异中学习活性变化,再对预测结果聚合。
- 在基于ChEMBL、约百个靶点且留出最高活性化合物的基准上,低分位数聚合优于均值和kNN聚合、直接QSAR及Chemprop。
这是每个优化团队的痛点:模型对系列内排序尚可,却在真正需要的高活性端失准。留出最高效价那一部分做检验是对的压力测试。不过公开ChEMBL的分布与在研项目的SAR断崖不同,用于指导合成前,我会先在自己的系列上做前瞻性验证。
Breaking the Potency Barrier: A Practical Recipe for QSAR Extrapolation ↗
金刚烷帽吲哚类异羟肟酸YP200:HDAC11选择性在肺癌PDX模型中得到验证
- 以先前先导化合物PB94为起点,对吲哚类异羟肟酸的核心、连接子与帽区进行多参数优化,靶向HDAC11。
- 最优化合物YP200采用仲胺连接子与金刚烷表面识别帽。
- 对HDAC11活性高,对其他HDAC亚型选择性好,并在患者来源的NSCLC异种移植模型中抑制肿瘤生长。
异羟肟酸很难在亚型间分得干净,这里由体积较大的金刚烷帽承担选择性,最值得追:说明HDAC11的狭窄通道对帽区大小比锌结合基团的微调更敏感。考虑到近期关于HDAC11工具化合物可靠性的争论,我还想看到动力学亚型筛选和细胞内靶点结合数据,再相信其药效结论。
Elevenostat并非HDAC11选择性探针,而是偏向HDAC6的多重HDAC抑制剂
- 用重组HDAC亚型和两种正交的HDAC11检测方法重新评估Elevenostat(JB3-22),发现其对HDAC11的抑制很弱。
- HDAC1–11全谱分析显示,它对HDAC6、HDAC10及I类酶的抑制强得多,HDAC11反而最不敏感。
- 细胞中的微管蛋白和组蛋白乙酰化升高及活力下降与HDAC6和I类酶被抑制相符,因此依据该化合物得出的HDAC11结论需要重新审视。
这是不起眼却很有价值的一类论文:被当作HDAC11工具的化合物,其实对HDAC6作用最强。凡是用Elevenostat报道的表型,现在都面临归因问题。在把抑制剂当探针使用前,必须有全谱选择性数据和配对的无活性对照,这个案例正是教训。
氨基嘧啶类NaV1.7探针对静息态和失活态几乎同等抑制
- 自动膜片钳筛选流程刻意降低经典局麻药孔道结合剂的优先级,由此发现氨基嘧啶苗头并优化为化合物6。
- 化合物6兼具均衡的静息态与失活态活性、对NaV1.5的选择性,以及包含NaV1.1的类河豚毒素亚型谱。
- 构效关系表明氨基嘧啶母核和亚甲基连接的苯胺是决定该特征的关键。
状态依赖性是NaV1.7项目屡在临床失败的主要嫌疑之一,能同等阻断静息态和失活态的探针正好用来检验这一假设。NaV1.1活性提示癫痫相关风险,在过度解读该谱型之前,我想先看到结合位点的确认。
A Nontoxin Aminopyrimidine Probe for Near State-Independent Na V 1.7 Inhibition ↗
骨架跃迁得到的BCL6 PROTAC在DLBCL细胞中降解靶标,口服即可抑制异种移植瘤
- 从BCL6配体BI-3802出发进行骨架跃迁,得到全新的三环氧嗪并喹啉酮结合骨架。
- 经连接子与CRBN招募基团优化的化合物15,以CRBN和蛋白酶体依赖的方式快速、高效地降解BCL6。
- 它强力抑制BCL6依赖的DLBCL细胞增殖,口服给药可抑制OCI-LY1异种移植瘤生长,且无明显毒性。
BI-3802靠聚合诱导降解,机制特殊,因此在全新三环母核上做常规CRBN型PROTAC,为清除BCL6提供了另一条路径。最关键的是口服有效;我想知道分子大小与渗透性是如何平衡的,以及降解深度在OCI-LY1之外的细胞系中是否同样对应肿瘤反应。
换用双环胺使吲唑类LRRK2抑制剂的G2019S选择性窗口变宽
- 通过结构导向的杂合设计得到吲唑类LRRK2系列;最初的哌啶化合物活性良好,但几乎无法区分野生型与G2019S突变激酶。
- 以八氢环戊并[c]吡咯取代哌啶后,在保持活性的同时拓宽了选择性窗口,化合物34为该新骨架的代表。
- 作者将其定位为下一代帕金森病LRRK2抑制剂的另一个起点。
把灵活的哌啶锁进稠合双环,是提高选择性的经典做法,这里看起来奏效了。投入之前我会先核算多出的碳骨架对亲脂性和脑暴露的代价,CNS靶点对这两者都很苛刻。突变体优于野生型的选择性还需要在细胞中而不只是生化水平上站得住。
噻唑酰胺类PI4KIIIβ/HDAC双靶点抑制剂:以宿主为靶抗HCV
- 丙肝中直接抗病毒药的耐药仍是问题,而同时抑制宿主因子PI4KIIIβ与HDAC此前未见报道。
- 设计、合成并评价了一系列噻唑酰胺类双靶点抑制剂。
- 先导化合物对两个靶点均有强酶抑制作用,并表现出抗HCV活性。
DAA已能治愈大多数患者,宿主靶向的HCV药在商业上很难自圆其说,而PI4KIIIβ/HDAC双靶点还会增加毒性风险。我把它看作多靶点设计的一次好练习,但在认定治疗窗口真实之前,需要看到细胞毒性和激酶选择性数据。
Millepachine杂合分子同时抑制微管蛋白与HDAC8,在卵巢癌模型中有效
- 将天然产物millepachine与HDAC抑制剂关键药效团融合,构建微管蛋白/HDAC双靶点抑制剂。
- 先导化合物6对12种癌细胞系具有广谱抗增殖活性,抑制微管蛋白聚合和HDAC8,对HDAC8相对HDAC1、4、6具有选择性。
- 在卵巢癌异种移植模型中抑制肿瘤生长,安全性良好。
HDAC8比常见的HDAC6/I类选择更少人涉足,与微管蛋白结合剂搭配在机制上也说得通。我担心的是双靶点杂合分子的老问题:两种活性很少同步提升,所以我想看到证据表明体内效果不仅来自微管蛋白一端,HDAC8抑制也有贡献。
改善STK33男用避孕吲唑的溶解度并规避CLK4脱靶
- 围绕CDD-2807的3-(联苯乙炔基)-1H-吲唑骨架开展构效与构性关系研究,针对其动力学溶解度差的问题。
- CDD-3094保持纳摩尔级细胞活性,同时溶解度提高、hERG抑制减弱,并在广谱激酶筛选中表现干净。
- 基于共晶结构针对主要脱靶CLK4进行改造,得到选择性很高的生化工具,但细胞活性下降。
这是典型的活性与性质权衡:CDD-3094解决了溶解度,随后以细胞活性为代价换取选择性。避孕药的安全门槛远高于肿瘤药,CLK4的区分比单纯效力更重要,下一步是恢复膜通透性。
多奈哌齐衍生的BuChE/FAAH双重抑制剂用于阿尔茨海默病多靶点治疗
- 以多奈哌齐为基础设计并合成衍生物,作为人丁酰胆碱酯酶和脂肪酸酰胺水解酶的双重抑制剂。
- 先导化合物G15对两种酶的抑制较为均衡,活性处于亚微摩尔至微摩尔范围。
- 对羧酸酯酶CES1和CES2也有一定选择性,而这正是丝氨酸水解酶抑制剂常见的隐患。
双靶点杂合分子很少能在两种酶上同时做到均衡活性,G15是不错的起点。不过对羧酸酯酶的选择性只是中等,要相信多靶点的设想,我还想看到体内暴露数据。
可入脑的秋水仙碱位点微管蛋白配体入选胶质瘤候选药物
- 脑肿瘤领域获批的可透脑口服药只有替莫唑胺和沃拉西地尼(vorasidenib),因此需要新的入脑选择。
- SAR研究得到一类高度入脑的微管蛋白配体;共晶结构证实其结合秋水仙碱位点,且微管蛋白βT7和αT5环相对秋水仙碱结合状态发生翻转。
- SAR显示取代基变化非常敏感、必需结构单元很少,最终选出化合物40作为临床候选。
真正能穿过血脑屏障的微管蛋白结合剂,往往折在P-gp外排或神经毒性上,所以这个脑暴露高、SAR很紧凑的系列值得关注。βT7/αT5环翻转提示了一种结合模式,值得拿自己的秋水仙碱位点骨架去重新对接。长期给药的神经毒性仍是悬而未决的问题。
嵌合型Hsp90β选择性抑制剂在保持选择性的同时调节药代
- Hsp90泛抑制剂因抑制范围过宽而难以推进临床,因此人们转向吲唑酮类Hsp90β选择性化合物,但早期化合物需要漫长优化才能成药。
- 本研究同时修饰吲唑酮“北侧”片段和“西南侧”取代基,检验两个区域各自的优点能否叠加。
- 所得嵌合型抑制剂在保留Hsp90β亲和力和选择性的同时,调整了关键药代参数。
把两个各自优化过的位点合并,是稳妥而低风险的做法;合并后选择性仍在,说明β特异的口袋比我担心的更能容忍改动。真正的考验是组织暴露和耐受性,泛抑制剂正是栽在这里。
从DEL命中到可入脑的可逆MAGL抑制剂MAGLi 432
- 从DNA编码化合物库(DEL)得到的双环哌嗪类命中物,经结构导向优化成为可逆MAGL抑制剂化合物1.5(MAGLi 432)。
- 该化合物兼具高活性、对其他丝氨酸水解酶的选择性和适合中枢药物的性质,大鼠口服半衰期良好。
- 它在人脑匀浆中可抑制MAGL,并在小鼠神经炎症模型中有效;整个优化过程以转化导向的“Five-Star Matrix”框架为指引。
可逆性正是我最看重的一点,因为不可逆MAGL药物长期给药会引起CB1脱敏。非共价的DEL来源骨架已能在人脑组织中证明靶点结合,是很好的范本;早期而非最后才用人源组织做测试,这个习惯我想照搬。
控制亲脂性的优化得到PERK抑制剂APL-11056
- 团队以文献来源、活性中等但激酶选择性和药代良好的PERK抑制剂为起点,以log D和亲脂配体效率(LLE)为导向进行先导优化。
- 由此得到强效、选择性的PERK抑制剂APL-11056(化合物49),体内药代表现优异。
- 高渗透性与核心苯甲酰胺α位的氟有关,该氟似乎降低了外排转运蛋白的识别。
让LLE而不是单纯追求活性来牵引SAR,这种克制让整篇工作很好读;苯甲酰胺α位氟以规避外排的做法,我自己的酰胺系列也值得借鉴。PERK的ISR生物学此前让抑制剂吃过亏,耐受性数据会比药代表更关键。
手性咪唑喹啉的TLR7/8激动与拮抗活性取决于立体化学
- 合成了手性咪唑喹啉化合物库,并在HEK-Blue hTLR7和hTLR8报告细胞中进行评价。
- 构效关系研究得到强效的TLR7/8双重激动剂,同一系列中也得到双重拮抗剂。
- 活性取决于立体化学,可能是因为两种对映体在TLR7/8结合口袋中的相互作用不同。
同一咪唑喹啉家族在立体化学调控下既出激动剂又出拮抗剂,这说明早期就该做出两种对映体。对佐剂或自身免疫项目来说,这种切换很有用,但仅凭报告细胞数据只能算苗头,我还想看原代细胞的细胞因子谱来确认。
降低氢键供体的4-氨基喹唑啉类PKMYT1抑制剂,瞄准CCNE1扩增肿瘤
- 通过将氢键供体转换为受体来减少供体数,改善了4-氨基喹唑啉类PKMYT1抑制剂的成药性。
- 先导化合物12f酶抑制活性达纳摩尔级,对卵巢癌OVCAR-3细胞活性强,并与PARP抑制剂协同。
- 口服药代可接受,在OVCAR-3异种移植中有效且耐受良好。
削减氢键供体是改善激酶系列膜通透性和口服暴露的干净、可迁移的策略。与PARP抑制剂的协同在商业上更有看点,但PKMYT1赛道拥挤,我会先核实对其他激酶的选择性,以及12f与临床领跑者的比较。
源自伊曲茶碱的噻吩并嘧啶酮类口服NLRP3抑制剂,用于结肠炎
- 抗帕金森病药物伊曲茶碱表现出中等的NLRP3抑制活性,经优化得到噻吩并嘧啶酮系列。
- 先导化合物L22的活性约为伊曲茶碱的十倍,直接结合NLRP3的NACHT结构域并阻断炎症小体组装。
- 它具有口服生物利用度,缓解了DSS结肠炎模型症状,急性和亚急性毒性研究显示安全性良好。
从已上市药物的脱靶活性出发,在成药性上占得先机,直接结合NACHT结构域也是理想的机制。不过NLRP3赛道很拥挤,真正的考验是L22在活性和暴露量上与临床阶段抑制剂相比如何。
含哒嗪的烟酰胺类化合物:AML的FTO抑制剂新骨架
- 对含哒嗪的烟酰胺类化合物开展67个化合物的SAR研究,得到活性最强的FTO抑制剂E6,MST、CETSA和DARTS证实其与靶点结合。
- E6对MOLM-13细胞有活性,提高整体m6A水平,上调ASB2和RARA并降低c-Myc。
- 其CYP安全性和药代性质尚可,并抑制了MOLM-13异种移植瘤的生长。
这是又一个FTO系列,但值得关注的是新骨架:FTO的化学型仍然很少,以往多数依赖相似的结构基序。活性属中等水平,我会把E6当作起点,在过度解读细胞表型之前,先确认它对ALKBH5等其他AlkB家族成员的选择性。
一个原子翻转CRBN降解剂选择性:从NSD2转向GSPT1
- NSD2降解剂LLC0424同时作用于GSPT1,仅改变一个原子,就得到两个结构相近的类似物:NSD2选择性的424-ND和GSPT1选择性的424-GD。
- 424-ND在前列腺癌细胞中抑制雄激素受体信号,424-GD则诱导整合应激反应。
- 生物膜层干涉实验显示两个靶点的三元复合物协同性不同,模拟提示不同的低能构象可能是选择性差异的原因。
这里的降解选择性取决于三元复合物协同性,而不是二元结合亲和力,这正是我希望在SAR表里看到的数据。如此接近的一对化合物可直接作为NSD2和GSPT1的探针组合。我想进一步确认全蛋白质组选择性,以及协同性趋势在细胞内是否成立。
Single-Atom Modification Enables Reversal of Degradation Selectivity between NSD2 and GSPT1 ↗
Scope库：介于片段与完整分子之间的化学空间，获得易于优化的苗头化合物
- Scope定义了介于片段与高度修饰的低分子量库化合物之间的化学空间，强调化合物质量、配体效率和选定的理化性质范围，使苗头化合物在药物化学上易于优化。
- Scope环系（ring-X-ring）用于组织该化学空间，并指导有意识的官能团化以获得低至中等微摩尔活性；约1万个化合物的集合适用于SPR、原生质谱、DSF和生化方法的中通量筛选。
- 在锥虫CLK1、14-3-3/ERα分子胶项目和SARS-CoV-2 Mpro的案例中，其一次筛选命中率与多样性库相当，而反筛后的配体效率更优。
老实说，我喜欢这里的思路：筛出来的苗头能直接上手做。这个库介于片段和完整分子之间，以配体效率为核心，ring-X-ring 骨架还提示了下一步该在哪里官能团化。约1万个化合物的规模适合SPR、原生质谱和DSF，小团队也跑得动。我关心的是：一次命中率与多样性库相当、反筛后LE更优的结果，能否在这三个靶点之外站得住，以及环系限制会在多大程度上压缩骨架新颖性。
结构导向设计获得避开III类RTK脱靶的野生型KIT选择性抑制剂
- III类受体酪氨酸激酶的ATP结合位点高度保守,使选择性抑制KIT十分困难;本研究采用结构导向的优化策略应对这一难题。
- 三唑并吡啶铰链结合基团提供了选择性的起点,中心连接子的改造则发展出活性和药代动力学更佳的“反向”芳基乙酰胺系列。
- 吡唑连接子及铰链结合基团的修饰使化合物在人血清存在下仍保持活性,末端芳基的调整减轻了CYP时间依赖性抑制,并提高了激酶组选择性。
- 晶体结构表明,门卫区附近连接子的立体电子效应可驱动选择性,最终获得适合长期治疗的先导化合物。
我最在意的不是铰链结合基团,而是连接子:门卫区附近的立体电子效应似乎换来了选择性,而III类RTK之间ATP位点高度相似本来很难做到这一点。这是值得借鉴到其他拥挤激酶家族的抓手。同一轮优化中还解决了CYP时间依赖性抑制和人血清下活性的问题,读起来就是奔着长期给药去的先导化合物。
MicroED确定绝对构型的喹唑啉类Nav1.7抑制剂,在啮齿动物中显示口服镇痛效果
- 从库筛得到的较弱喹唑啉苗头出发,经约20个类似物的构效关系研究,得到对Nav1.5有选择性、活性达亚微摩尔级的手性先导物。
- 绝对构型由MicroED确定,无需大晶体即可明确活性对映体。
- 先导物口服暴露可接受,在两种啮齿类疼痛模型中减轻疼痛行为,44个靶点的脱靶筛查结果干净;Nav1.7敲除神经元对照也支持其靶点特异性。
Nav1.7项目常栽在选择性和转化上,所以我最先看的是干净的脱靶谱和敲除神经元对照。不过活性仍偏弱、所需剂量不低,更像起点骨架而非候选药物。最实用的收获是MicroED:早期先导物的手性能直接用纳米晶体确定,省下反复拆分对映体的数周时间。