新型咪唑并吡嗪衍生物作为KIF18A抑制剂的发现

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Discovery of novel imidazopyrazine derivative as a KIF18A inhibitor

　　

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  具有独特螺桥胺骨架的新型咪唑并嘧啶 KIF18A 抑制剂 19d。
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  在染色体不稳定（CIN）高表达的 OVCAR-3 细胞中具有个位数纳摩尔级别的活性（EC₅₀ = 3.4 nM），对 CIN 低表达的 HCT116 细胞具有超过 500 倍的选择性。
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  药代动力学（PK）特性良好，血浆半衰期较长（12.4–130 小时），且在不同物种中具有较高的口服生物利用度。
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  在 OVCAR-3 异种移植模型中，以 5 mg/kg 每日一次（QD）口服给药（PO）可实现肿瘤完全消退，且无体重减轻。

引言

有丝分裂驱动蛋白 KIF18A（驱动蛋白家族成员 18A）是一种正端定向的分子马达蛋白，在有丝分裂过程中对调控染色体排列和纺锤体动力学起着至关重要的作用[1]。它抑制微管正端的生长并减弱动粒振荡，从而确保染色体的准确分离[2]。尽管 KIF18A 对正常的体细胞分裂而言大多是非必需的，但在表现出染色体不稳定（CIN）的癌细胞中，其功能却变得至关重要，而染色体不稳定是许多侵袭性恶性肿瘤的典型标志[3], [4], [5]。在 CIN 阳性的肿瘤模型中，遗传性敲除或药理学抑制 KIF18A 会导致有丝分裂停滞延长、多极纺锤体形成以及随后的细胞死亡，同时对近二倍体或未转化的细胞几乎没有影响[6], [7]。这些发现使 KIF18A 成为癌症治疗中具有前景的合成致死靶点。

KIF18A 在广泛的实体瘤中经常过度表达，包括肝细胞癌（HCC）[8], [9], [10]、三阴性乳腺癌（TNBC）[11]、高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）[12] 和结直肠癌[13]。其过度表达与不良预后、晚期肿瘤分期和转移进展相关[14]。在机制上，KIF18A 通过调节 MAD2、CDK1 和 Cyclin B1 等关键有丝分裂调节因子来支持肿瘤细胞增殖，并通过激活 SMAD2/3 信号轴促进转移[15]。其在细胞分裂和转移中的双重作用突显了其治疗意义。

第一个被报道的 KIF18A 抑制剂 BTB-1 表现出中等活性（IC₅₀ ～1.7 μM），并作为概念验证工具化合物[16]。独立地，安进（Amgen）进行的高通量筛选活动确定了结构独特的命中化合物 AM-7710，并通过大量的构效关系（SAR）研究对其进行优化，从而得到了强效的 KIF18A 抑制剂 AM5308 和 AM9022[17]。这些化合物实现了低纳摩尔级的酶抑制作用，并在 CIN 阳性的癌症模型中表现出选择性细胞毒性。对该系列的进一步优化最终获得了 AMG650（5，图 1），这是一款具有嘧啶磺酰胺核心结构的临床候选药物，在生化测定中表现出约 71 nM 的 IC₅₀ 值，并在 TP53 突变、CIN 高表达的肿瘤模型中展现出显著的口服疗效[18]。此外，Volastra Therapeutics 开发的 KIF18A 抑制剂 VLS-1488[19] 已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，于 2023 年启动针对晚期癌症患者的一期/二期临床试验。VLS-1272（6，图 1）[20] 是 Volastra 推进的另一种口服生物利用度良好、ATP 非竞争性、微管依赖性且对其他驱动蛋白具有高度 KIF18A 选择性的抑制剂。此外，ATX-295（Accent Therapeutics）正在进行一期/二期临床试验，而 MEN2501（Stemline Therapeutics）正在进行一期临床试验，针对卵巢癌和其他实体瘤。此外，GH2616（苏州吉美瑞生）、GenSci122（百利天恒）和 HS387（浙江海正）是已获得中国国家药品监督管理局（NMPA）临床试验批准的 KIF18A 抑制剂，用于治疗晚期实体瘤。

利用 5 所确立的结构和药理学先例，以及吉美瑞生化合物 7（图 1）[21] 所公布的优异 OVCAR-3 活性和良好的 PK 特性，我们设计了一种杂合策略，从而获得了新型化学类型的 KIF18A 抑制剂。对该系列的优化得到了化合物 19d，其表现出低纳摩尔级的生化活性和有利的 ADME 特性。尽管这些初步数据令人鼓舞，但仍需在扩展的毒理学和临床前模型中进行进一步验证，以确立 19d 作为有前景的候选先导化合物的地位，供进一步的临床前评估。

章节摘要

结合模型分析

将化合物 7 对接至 KIF18A（PDB 编号：5OGC），叠加结果表明 7 与 AMG650 具有相似的结合模式（图 2A 和 2B）。化合物 7 的磺酰胺侧链与 Ser252（A 链）和 Glu407（B 链）建立了简洁的氢键网络，而中心苯环则与 Tyr338 发生边对面对边 π-π 堆积。同时，咪唑氮原子向 Asn283 的侧链酰胺基团提供氢键。4,4-二氟哌啶部分占据一个

结论

我们报道了 19d 的发现，这是一种具有螺桥胺特征的咪唑并嘧啶 KIF18A 抑制剂，其实现了强效的生化抑制作用（IC₅₀ = 52 nM）和在 CIN 高表达的 OVCAR-3 细胞中个位数纳摩尔级的抗增殖活性（EC₅₀ = 3.4 nM），对 CIN 低表达的 HCT116 细胞（EC₅₀ > 2 μM）具有显著的选择性窗口。生化活性与细胞活性之间表面上的不匹配被认为反映了缓慢结合抑制动力学，有待直接验证。化合物 19d

化学部分

除非另有说明，所有反应均在 N₂ 下进行。试剂和溶剂以试剂级质量购得，未经进一步纯化直接使用。快速柱色谱在硅胶（200?300 目）上进行，使用的洗脱剂为乙酸乙酯（EtOAc）和石油醚（PE）、二氯甲烷（DCM）和甲醇（MeOH）的混合物。薄层色谱板（TLC）通过紫外光照射显色。¹H NMR 和 ¹³C NMR 光谱在室温下使用 Bruker Avance

CRediT 作者贡献声明

周永红： 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，软件，资源，项目管理，方法论，概念化。刘保民： 撰写——初稿，项目管理，研究，资金获取，数据整理。张宇： 研究，形式化分析，数据整理。徐斌： 研究，形式化分析，数据整理。敖王伟： 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，资源，方法论，

伦理声明

本研究按照 ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经国泰天晴药业集团有限公司批准。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本论文中报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究由 国泰天晴药业集团 提供资助。

敖王伟|徐斌|张宇|刘保民|周永红