外排抗性伊马替尼衍生物的设计、合成及生物学评价

《Journal of Medicinal Chemistry》：Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Efflux-Resistant Imatinib Derivatives

本研究通过在伊马替尼哌啶环末端引入Efflux Resistance Breaker（ERB）片段，设计合成了8个新衍生物，以克服P-糖蛋白（P-gp）介导的耐药性。分子对接模拟显示ERB片段通过增强亲脂相互作用和占据P-gp抑制剂结合位点，抑制药物外排。化合物8在耐药K562/DOX细胞中保持与野生型细胞相当的细胞毒性（LC50=5.29 μM），且intracellular积累量显著提升，证实ERB设计有效降低P-gp亲和力并增强药物滞留。化合物9虽抑制活性较弱，但细胞内浓度更高，提示多重耐药机制。该策略为克服肿瘤多药耐药提供了新思路。

　　在慢性髓系白血病（CML）的治疗过程中，一种名为伊马替尼的药物曾被认为是突破性的疗法。这种药物能够特异性地抑制BCR-ABL1蛋白激酶的活性，从而有效控制病情。然而，随着治疗的持续，许多患者出现了对伊马替尼的耐药性，这限制了其长期治疗效果。目前，这种耐药性主要分为两类：一类是由于BCR-ABL1激酶结构发生突变，导致药物无法有效结合；另一类则与细胞膜上的药物外排泵，特别是P-糖蛋白（P-gp）的过度表达有关。P-gp是一种ATP结合盒（ABC）转运蛋白，它通过主动外排机制降低细胞内药物浓度，从而削弱其治疗效果。

为了解决这一问题，研究团队提出了一种创新的策略，即通过结构修饰来减少药物与P-gp的相互作用，从而降低其被外排的风险。他们设计了一种名为“外排抵抗破环剂”（ERB）的化学片段，将其引入伊马替尼的结构中，特别是在哌嗪末端。这种策略基于先前的研究发现，即外排泵抑制剂倾向于与转运蛋白结构中的更疏水区域结合，而底物则主要与更亲水区域相互作用。通过引入ERB片段，药物可以更有效地与P-gp的疏水结合位点结合，从而减少被外排的可能性，同时保留其对BCR-ABL1的抑制能力。

在本研究中，团队成功合成了八种新型的伊马替尼衍生物，并对它们的分子结合能力、激酶抑制活性、细胞毒性以及外排调节效果进行了评估。这些化合物通过一种简洁的三步合成路线制备，包括酰氯的形成、胺偶联反应以及最后的S_N2取代反应。合成过程中采用了多种化学方法，包括Suzuki偶联和氢化反应，以确保化合物的多样性。这些化合物在合成后通过核磁共振（NMR）和质谱（MS）进行了表征，确认其纯度超过95%。

实验结果显示，化合物8在BCR-ABL1阳性K562细胞中表现出与伊马替尼相当的细胞毒性，并且在P-gp过表达的K562/DOX细胞中，其LC₅₀值的变化幅度较小，表明其对P-gp介导的外排具有较低的敏感性。此外，积累实验进一步证实了化合物8在耐药细胞中的优异细胞内保留能力。化合物9在耐药细胞中表现出更高的细胞毒性，尽管其激酶抑制能力相对较弱，但其细胞内浓度显著增加，这表明其细胞内积累能力的提升可能是其高毒性的重要原因。

为了进一步验证这些化合物对P-gp的外排能力是否受到影响，研究团队使用了维拉帕米（verapamil）进行外排实验。结果显示，化合物8和13在P-gp抑制剂存在的情况下，其细胞毒性变化较小，表明它们对P-gp的依赖性较低。这与分子对接数据一致，表明ERB修饰可以有效减少P-gp对药物的识别和外排。

此外，研究团队还评估了化合物8在非肿瘤细胞中的毒性，包括B-淋巴细胞和HaCaT角质形成细胞。结果显示，化合物8在这些细胞中表现出较低的毒性，其毒性指数（TI）与伊马替尼相似，表明其具有良好的选择性。这一结果对于药物开发具有重要意义，因为系统性外排泵抑制剂常常因毒性问题而无法用于临床治疗。

在分子建模研究中，团队使用了基于冷冻电镜（cryo-EM）的P-gp结构模型，对伊马替尼及其衍生物进行了分子对接分析。结果表明，化合物8在P-gp的外排通道中表现出更强的疏水相互作用，这与已知的外排泵抑制剂的结合模式相似。这一发现支持了ERB修饰可以有效减少药物被外排的可能性，从而提高其在耐药细胞中的疗效。

通过这些研究，团队发现，将ERB片段引入药物结构中，不仅可以减少药物与外排泵的相互作用，还可以提高其在耐药细胞中的细胞内积累能力。这一策略为克服耐药性提供了一种新的方法，即通过结构修饰直接改变药物与外排泵的相互作用方式，而不是依赖于系统性外排泵抑制剂。这种方法不仅提高了药物的疗效，还减少了因使用外排泵抑制剂可能带来的毒性风险。

总的来说，这项研究展示了通过结构修饰来克服耐药性的可行性，并且验证了ERB技术在抗肿瘤药物开发中的应用潜力。化合物8的合成和评估表明，这种策略可以在保持药物对目标蛋白的抑制能力的同时，显著降低其被外排的风险，从而提高其在耐药细胞中的治疗效果。这一发现为未来的药物开发提供了重要的参考，特别是在针对多药耐药性癌症的治疗策略中。未来的研究将聚焦于扩展这一策略到其他药物分子，优化ERB片段的设计，并在动物模型中评估这些化合物的药代动力学和治疗效果。