喹唑啉類表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑藥物設計策略

趙永杰，孟 建，胡瑞娟，郄正剛

（河北常山生化藥業股份有限公司，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-磷酸基與蛋白質的酪氨酸殘基羥基發生磷酸化的一類激酶。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）。

臨床研究發現，腫瘤的生成與TKs的異常表達密切相關，因此，通過抑制TKs，可以實現對腫瘤的預防和治療。

目前，國內外已有多種以TKs為靶點的酪氨酸激酶抑制劑（TKIs）類藥物批準上市。如表皮生長因子受體（EGFR）抑制劑、成纖維細胞生長因子受體（FGFR）抑制劑、血管內皮生長因子受體（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現的受體酪氨酸激酶。表皮生長因子受體酪氨酸激酶能夠介導多條信號轉導通路，將胞外信號傳遞到細胞內，對細胞增殖、分化和凋亡起著重要的調節作用，選擇性抑制表皮生長因子受體介導的信號轉導途徑，可以達到治療腫瘤的目的，這為腫瘤的治療開辟了途徑。

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

20世紀90年代中期，Fry等人發現4-苯胺基喹唑啉（PD153035）為EGFR酪氨酸激酶的專一抑制劑，喹唑啉衍生物成為表皮生長抑制劑研發的重要方向。化合物PD153035被廣泛用作EGFR抑制劑設計的先導化合物。小分子酪氨酸激酶抑制劑根據在體內結合能力的差異，可以將這類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、達克替尼等。

1 EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑

芳胺基喹唑啉類EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑可模擬ATP的腺嘌呤環，通過與EGFR激酶域ATP結合位點上的ATP競爭，干擾EGFR激酶域的自身磷酸化，抑制EGFR的活性，進而阻斷參與腫瘤生長與轉移的EGFR信號轉導通路，抑制腫瘤細胞生長，促進細胞凋亡。

1.1 EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑藥物

20世紀90年代，阿斯利康研發的吉非替尼，是這類藥物中最早進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、埃克替尼等，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、埃克替尼等。其中，浙江貝達藥業有限公司通過對6-，7-位點修飾優化，成功上市了用于晚期NSCLC治療的抗癌新藥埃克替尼。

臨床試驗表明，埃克替尼的療效及毒性與吉非替尼的療效及毒性相似，但安全性更優。該藥的成功研制，結束了我國TKIs類抗腫瘤藥物全部進口的歷史，打破了患者只能依賴于天價進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）經脫保護、鹵代、烷氧基化、縮合、重排等反應制備。

張華等人以3，4-二羥基苯甲醛為起始原料，經醛基縮合、氧化、側鏈烷氧基修飾、重排環化制備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化。

EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑類藥物的開發是以喹唑啉骨架為母核，通過在母核上修飾合適的疏水基團，使分子與整個ATP結合域通過弱的、可逆性的作用力，如氫鍵、范德華力和疏水作用力等實現結合。這導致EGFR酪氨酸激酶可逆抑制劑類藥物的選擇性不夠好、藥效不夠強烈和持久，同時還易引發耐藥性。

2 EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑

EGFR可逆抑制劑在臨床上對NSCLC（非小細胞肺癌）患者，特別是對攜帶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間后（9～12個月），會出現獲得性耐藥的情況，超過半數的耐藥原因是由于腫瘤細胞EGFR激酶結構域的新型突變，這個突變就是現在認識比較清晰的790位蘇氨酸（Thr，簡稱T）點突變為甲硫氨酸（Met,簡稱M），一般稱之為“T790M”。

2.1 EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑藥物

研究發現，當喹唑啉母核連接一個長度合適的親電功能團，如各類不飽和酰胺結構側鏈，這個親電的功能團能與氨基酸殘基共價結合時[EGFR激酶配體結合位點的半胱氨酸殘基（C797）與邁克爾加成受體形成共價結合]，使得藥物牢固結合在靶點上與受體產生不可逆作用效果，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發思路。

以此為基礎，上市了EGFR酪氨酸激酶不可逆抑制劑，如阿法替尼、達克替尼、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，經環合、硝化、氯化、取代、醚化生成關鍵中間體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，關鍵中間體再經氫化還原、縮合、Wittig-Horner反應及成鹽，得到目標產物馬來酸阿法替尼。（2）從中間體4-氯-6-氨基-7-羥基喹唑啉為原料，經醚化生成關鍵中間體4-氯-6-氨基-7-[[(S)-四氫呋喃-3-基]氧基]-喹唑啉后，再經氫化、酰胺化、取代、成鹽得到馬來酸阿法替尼。

3 喹唑啉類EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物設計

上述喹唑啉類EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物已經救助了上百萬的肺癌患者，但在治療一定時間后，都會發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。這對醫藥工作者提出了針對這些突變開發特異性靶向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藥物的結構分析，喹唑啉類EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物主要由3個六元環（A，B，C）和1個連接橋胺基構成，如圖3所示。

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

通過對喹唑啉類EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物的構效關系研究發現如下內容。

（1）環A的2個N原子與激酶間氫鍵的作用，對于藥效活性至關重要。若A環1-位上的N原子與EGFR蛋白酶的Met769或Met793殘基形成氫鍵，對激酶活性至關重要，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環對活性也有顯著影響，8-位H被取代會因空間位阻阻止配體與受體之間的相互作用，對活性極其不利。

（4）6，7-位通常處于水相介質中，是優化化合物物化性質改善其藥動學性質的重要修飾位點，提高此部位取代基團的親水性，或采用能形成陽離子的基團，會提高TKIs的活性和增加生物的利用度。

（5）C環占據了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-位以鹵素等小基團取代時可顯著提高活性。

（6）作為A環和C環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。

生物構效與藥效的關系研究表明，對喹唑啉母環的不同位置引入不同修飾基團，可以實現對藥物活性的控制，這為新型EGFR酪氨酸激酶抑制劑藥物開發提供了理論支持。

Daniel等人對EGFR不可逆抑制劑克服T790M突變耐藥機制進行了研究，發現當喹唑啉母核6-位帶有不飽和酰胺側鏈時，能對EGFR-T790M表現出良好的抑制活性，在母核N（3）原子修飾后，會表現出對L858R/T790M變異體的抑制活性。

Carmi等人在母核6-位引入環氧酰胺基和苯氧乙酰氨基后，發現可以抑制EGFR的自磷酸化，并可以誘導L858R/T790M突變的NSCLC細胞凋亡。

韓美藥品研發的波齊替尼Poziotinib（HM781-36B），通過對喹唑啉母核4-，6-位側鏈修飾，實現了對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構結合，設計了可能具有雙靶點抗腫瘤小分子化合物喹唑啉-芳基哌嗪化合物。

孟祥川等人設計合成了一系列2-甲硫基-芳胺喹唑啉衍生物，實驗顯示部分化合物具有較好的抗腫瘤活性。

藥物的復雜性遠遠不是上述的定向設計這么簡單，但這些研究為開發更加高效、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 語

喹唑啉類抗癌藥物在治療非小細胞肺癌、胰腺癌、乳腺癌等多種癌癥疾病中，表現出了良好的治療效果。本文對當前喹唑啉類表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑藥物的發展歷程、代表藥物的合成方法、藥物構效關系進行了綜述。

目前，喹唑啉類抗癌藥物已經成為治療各種癌癥疾病的一線用藥。在藥物構效關系指導下，結合現有研究成果和喹唑啉母核結構修飾位點，運用活性拼接理論，將對開發更加高效、低毒、抗耐藥的特異性靶向喹唑啉類藥物具有重要意義。

總之，喹唑啉類藥物開發從理論研究和應用的角度來看，都具有很好的發展前景。