從結合模式淺談FGFR抑制劑

       背景

       成纖維細胞生長因子受體（FGFRs）屬于受體酪氨酸激酶（RTKs）家族一員，調控著細胞的增殖、生長、遷移和分化等各種生理活動的動態(tài)平衡。

       FGFRs信號通路的紊亂或致癌基因激活可能導致癌變的發(fā)生，腫瘤細胞增生和抗凋亡。FGFRs的畸變在所有惡性腫瘤中分布非常廣泛，包括尿路上皮癌、膽管癌、乳腺癌、子宮內膜癌、鱗狀上皮癌等；同時，在肺癌、肝癌、乳腺癌等腫瘤中也發(fā)現(xiàn)了FGFRs的異常激活。

       目前已經(jīng)批準上市了3個FGFR抑制劑，分別是Erdafitinib、Infigratinib，Pemigatinib，后續(xù)還有更多的FGFR抑制劑正在研發(fā)之中。接下來筆者重點談一談FGFR抑制劑的結合模式，以及它們主要的差異點。

       PD173074（圖2 左）是最早被報道的吡啶[2,3-d]嘧啶類選擇性 FGFR 小分子抑制劑。從與FGFR1 的共晶結構（圖2右）中可以發(fā)現(xiàn)，PD173074的二甲氧基苯環(huán)通過范德華相互作用占據(jù) ATP 結合口袋內的疏水口袋，其中一個甲氧基與 Asp641形成氫鍵作用。吡啶[2,3-d]嘧啶母核部分中的 N 原子和尾部的氨基H和鉸鏈區(qū) Ala564 形成兩個重要的氫鍵（氨基HB未能識別出）。由于**的原因，該分子早早退出了臨床研究。

       Erdafitinib（圖3）是基于喹喔啉片段研發(fā)的強效FGFR抑制劑。從分子結構上來看可以把它當做PD173074的一個變形（圖4左）：PD173074中的二甲氧基苯環(huán)移動到脲的N原子上，由于多了這個N原子的距離以及結合角度的變化，再將吡啶[2,3-d]嘧啶的N原子移動一個碳原子的距離，最終優(yōu)化得到現(xiàn)在的Erdafitinib。結構變形后，Erdafitinib原本的hinge-HB得以保留，并且增加了柔性氨基側鏈和D641的一個HB，這可能是Erdafitinib對于FGFR有高選擇性和高活性的的原因之一。

       Infigratinib（圖1）的母核相比PD173074有比較大不同：利用分子內氫鍵取代原本剛性的六元環(huán)（偽六元環(huán)策略）（圖5左）。這一設計思路在諾華的文章中也有說明。從Infigratinib與FGFR1的共晶結構中看（圖5右），拆環(huán)后鉸鏈區(qū)的HB都得到了保留，并且母核中嘧啶的C（2）-H與谷氨酸556（hinge）新形成了一個HB。除此之外，“偽六元環(huán)”上的脲羰基也參與了水分子介導的氫鍵水橋。

       文獻報道的Pemigatinib是從一個多靶點小分子改造而來（圖6左）。如果我們仔細對比一下Infigratinib和Pemigatinib，可以發(fā)現(xiàn)Pemigatinib其實很像Infigratinib的一個變形（圖6右）：通過實體鍵將原本的“偽六元環(huán)”連接，同時將尾部的苯胺并入到母核中形成三并環(huán)。這個分子沒有公開的共晶結構，但從對接模型來看Pemigatinib的關鍵結合特征基本和Infigratinib一樣（圖7），依舊是二甲氧基苯環(huán)形成疏水相互作用，其中一個甲氧基與D641形成HB，鉸鏈區(qū)氮雜吲哚環(huán)形成兩個主要的hinge-HB，嗎啉環(huán)則伸向溶劑區(qū)。

       CH5183284/Debio 1347是日本Chugai制藥通過高通量篩選優(yōu)化而來的FGFR抑制劑，目前處于臨床I/II期（圖8 左）。CH5183284跟其他FGFR抑制劑有些不一樣，苯并咪唑環(huán)替代了原本的二甲氧基苯環(huán)與D641形成了HB，同時還增加了一個和E531的HB。母核區(qū)域的-NH2、羰基氧以及吲哚NH分別與hinge-binding的E562、Y563、A564形成比較好的HB。另外CH5183284上的苯并咪唑頂端的甲基在疏水腔與Phe642和Met535有額外的范德華力（提升了分子的選擇性和活性），這個特殊的作用在其他FGFR抑制劑上是沒有的。

       Futibatinib（TAS-120）是日本大鵬制藥開發(fā)的不可逆FGFR抑制劑。4月2日，美國FDA已經(jīng)授予突破性療法認定，用于治療經(jīng)治局部晚期或轉移性膽管癌。結構上看，TAS-120區(qū)別于其他任何FGFR抑制劑。它采用了嘧啶并吡唑的母核結構，在3位通過乙炔基引入了二甲氧基苯環(huán)，最大的區(qū)別在于N1位置在吡咯烷lingker上引入了邁克爾受體來和P-loop區(qū)的cysteine形成共價鍵。從報道的共晶結構上看（圖9），TAS-120的二甲氧基苯環(huán)和其他抑制劑一樣伸入疏水口袋，同時與D641形成一個HB；母核部分則分別和hinge-binding的E562、A564有2個氫鍵作用；吡咯烷上的丙烯酰胺通過一定的角度指向P-loop區(qū)的cysteine。一方面TAS120保留了重要的氫鍵作用，另一方面引入的warhead可以和Cys殘基形成共價鍵。最終使得Futibatinib對FGFR1-4的活性都非常的高，并且有利于提高分子的耐藥性。

       目前處于臨床的FGFR小分子較多，此篇只是對經(jīng)典結合模式的概覽。以上所述部分只是個人的看法，也許與實際的研發(fā)思路并不相符。

       最近CDE的“以臨床價值為導向”的指導原則引起熱烈的討論，Me-too藥物的研發(fā)一時間遭到了眾多的質疑。筆者也認為盲目的簡單改變取代基以達到破除專利的做法的確需要糾正，但仍有一部分me-too有其臨床價值。例如上述眾多FGFR抑制劑，大部分都是根據(jù)PD173074的結合模式衍化而來。創(chuàng)新本身就是需要站在前人的基礎上開枝散葉，對于一些優(yōu)質的靶點，有針對性的開發(fā)具有不同臨床優(yōu)勢的me-too不僅能夠防止FIC壟斷市場，還可以為不同的病人提供個性化的藥物支持，同時還能夠有效降低企業(yè)的研發(fā)成本。

       參考文獻：

       [1] Moosa Mohammadi et al. Crystal structure of an angiogenesis inhibitor bound to the FGF receptor tyrosine kinase domain. The EMBO Journal 1998, 17, 5896–5904.

       [2] Christopher W. Murray et al. A successful collaboration between academia, biotech and pharma led todiscovery of erdafitinib, a selective FGFR inhibitor recently approved by the FDA. MedChemComm 2019, 10, 1509–1511.

       [3] Harshnira Patani et al. Landscape of activating cancer mutations in FGFR kinases and their differential responses to inhibitors in clinical use. Oncotarget. 2016, 7, 24252–24268.

       [4] Vito Guagnano et al. Discovery of 3-(2,6-Dichloro-3,5-dimethoxy-phenyl)-1-{6-[4-(4-ethyl-piperazin-1-yl)-phenylamino]-pyrimidin-4-yl}-1-methyl-urea (NVP-BGJ398), A Potent and Selective Inhibitor of the Fibroblast Growth Factor Receptor Family of Receptor Tyrosine Kinase. J. Med. Chem. 2011, 54, 7066–7083.

       [5] Liangxing Wu et al. Discovery of Pemigatinib: A Potent and Selective Fibroblast Growth Factor Receptor (FGFR) Inhibitor. J. Med. Chem. 2021, 64, 10666−10679.

       [6] Yoshito Nakanishi et al. The Fibroblast Growth Factor Receptor Genetic Status as a Potential Predictor of the Sensitivity to CH5183284/Debio 1347, a Novel Selective FGFR Inhibitor. Mol Cancer Ther. 2014, 13, 2547-2558.

       [7] Maria Kalyukina et al. TAS-120 cancer target binding; defining reactivity and revealing the first FGFR1 irreversible structure. ChemMedChem. 2019, 14, 494-500.