受乌头碱骨架改造启发的基于2-氮杂双环[3.2.1]辛烷的ALK抑制剂：设计、合成及生物学评价

《Bioorganic Chemistry》：2-Azabicyclo[3.2.1]octane-based ALK inhibitors inspired by aconitine scaffold remodeling: design, synthesis, and biological evaluation

　　

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  受乌头碱启发的优化策略获得了2-氮杂双环[3.2.1]辛烷ALK先导化合物。
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  化合物14n在生化水平上抑制ALK，IC₅₀为0.73 nM。
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  14n对ALK^L1196M和ALK^G1202R仍保持纳摩尔级别活性。
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  14n抑制ALK阳性细胞生长并抑制ALK信号通路。
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  14n在无明显毒性的情况下抑制NCI-H2228异种移植瘤生长。

引言

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其中非小细胞肺癌（NSCLC）占大多数病例 [1]、[2]。分子分型的进展促进了可药靶致癌驱动因子的发现 [3]、[4]。在这些驱动因子中，ALK重排（最常见为EML4-ALK融合）界定了一类独特的NSCLC亚群，其特征为激酶持续激活和癌基因依赖性 [4]–[8]。

ALK酪氨酸激酶抑制剂显著改善了ALK阳性NSCLC的治疗结局 [7]–[11]。然而，获得性耐药（常涉及ALK激酶域二次突变）仍是主要局限 [10]–[12]。第一代药物克唑替尼提供了初始临床获益的证据，但受限于中枢神经系统渗透性差以及对L1196M等守门员突变的敏感性 [13]、[14]。第二代药物，包括色瑞替尼、阿来替尼、布加替尼和恩沙替尼，覆盖更广的耐药突变，并具有改善的颅内活性 [11]、[15]–[17]。第三代大环抑制剂洛拉替尼旨在靶向更广谱的耐药突变，包括溶剂前沿突变G1202R，并已展现出强劲的颅内疗效 [18]。然而，在序贯ALK靶向治疗后疾病进展仍较为常见，凸显了持续开发化学结构差异化的ALK抑制剂的迫切需求 [19]。

尽管整体结构各异，但数种已进入临床阶段的ALK抑制剂采用了反复出现的杂芳铰链结合基序。许多药物源自少数几种铰链结合化学类型，尤其是氨基嘧啶类和大环骨架 [19]–[31]。另一些策略致力于消除ALK融合蛋白而非仅仅抑制激酶活性，为应对耐药提供了互补策略 [32]–[38]。上述考量支持持续探索结构差异化的骨架框架用于ALK抑制剂发现。

天然产物仍是药物发现的重要灵感来源，并提供结构多样化的骨架框架，可转化为类药分子 [39]、[40]。乌头碱是一种存在于乌头属植物中的二萜生物碱，具有刚性的多环结构和多种生物活性 [41]–[43]。然而，其严重的心脏毒性和神经毒性限制了直接用于治疗 [42]、[43]。在此背景下，结构简化提供了一种实用手段，可在保留潜在有用结构特征的同时降低分子复杂性并便于进一步优化 [44]。如我们之前的研究所证明，我们对乌头碱骨架的系统简化获得了更具可操作性的类似物，具有抗肿瘤活性和改善的初步耐受性 [45]。

基于我们之前对乌头碱骨架简化的工作，我们合成了多个系列的2-氮杂双环[3.2.1]辛烷衍生物，以探索这一尚未充分研究的骨架的生物学潜力 [45]。在并行表型筛选过程中，我们意外观察到多个系列中的部分类似物相对于所检测的正常细胞，对受试ALK阳性癌细胞系表现出优先的抗增殖活性。值得注意的是，在8系列化合物中检测到初步的ALK激酶抑制活性，提示该骨架具有靶向ALK的潜力（图1）。分子对接结果表明，将取代基向铰链区延伸可能增强预测的铰链相互作用。受这一意外活性的鼓舞，我们进一步开展了结构优化和生物学表征。本文报道了这些衍生物的设计、合成和生物学评价，其中化合物14n被证实为一种强效ALK抑制剂，具有强抗增殖活性、体内抗肿瘤活性以及在评估的异种移植模型中的初步耐受性。我们的发现凸显了以乌头碱为灵感的骨架重塑在确定结构差异化的起点用于进一步优化ALK靶向药物方面的价值。

章节摘要

设计与构效关系

我们之前对乌头碱骨架的简化确立了2-氮杂双环[3.2.1]辛烷化学类型作为ALK抑制的可行骨架 [45]–[47]。为后续优化提供直接参考，表1总结了先前报道的8系列化合物的ALK抑制活性。8系列化合物在ALK抑制方面表现出明显的取代基依赖性差异，尽管SAR在各类取代基中并不完全一致。在

结论

基于先前报道的受乌头碱启发的2-氮杂双环[3.2.1]辛烷骨架，本研究通过系统结构修饰鉴定了14n并扩展了其生物学表征。化合物14n显示出强效的生化ALK抑制作用，在所测激酶谱中对ALK具有生化选择性，尽管还有几种额外的激酶也在纳摩尔浓度下被抑制。其对ALK L1196M和G1202R仍保持纳摩尔级别的抑制活性，但降低了

化学

所有试剂和溶剂均购自商业供应商，除另有说明外，未经进一步纯化直接使用。反应进程通过硅胶GF254板薄层色谱（TLC）在紫外光下显色监测。熔点使用电热熔点仪测定。柱色谱使用200–300目硅胶，以石油醚/乙酸乙酯（PE/EtOAc）或二氯甲烷/甲醇（DCM/MeOH）为洗脱剂。¹H

实验动物

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经中国医科大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准。（批准号：CMU20252661）

CRediT作者贡献声明

Shuai Guo：撰写—初稿，软件，项目管理，数据整理，调查。Gong-hui Ge：撰写—审阅与编辑，方法学。Hao Hu：数据整理。Ruo-jin wang：方法学。Wen-han Xue：调查，方法学。Ting-ting Li：形式分析。Yan-ping Wang：方法学。Xu Zhang：软件，验证。Yi-meng Zheng：资源。Hong-ye Liu：软件。Ying-hao Sun：调查。Fan-hao Meng：撰写—审阅与编辑，资助获取，监督。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报道工作的已知竞争财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金的资助（项目编号：82474134和 82273785）。

Shuai Guo|Gong-hui Ge|Hao Hu|Ruo-jin wang|Wen-han Xue|Ting-ting Li|Yan-ping Wang|Xu Zhang|Yi-meng Zheng|Hong-ye Liu|Ying-hao Sun|Fan-hao Meng|Ting-jian Zhang