可逆性共价结合EGFR抑制剂的设计、作用机理和构效关系研究

EGFR represents an important drug target for the treatment of tumor diseases. The current drugs all have their own defects because of drug resistant and the potential for adverse effects caused by gene mutations and off-target, respectively. Recent reports of reversible covalent inhibitors are expected to solve these problems. To date, rare reversible covalent inhibitor of EGFR has been reported. We have designed and synthesized a series of inhibitors for EGFR, of which the compound SMU-I11 exhibits good activity toward the mutant form of EGFR. This project intends to optimum design novel reversible covalent inhibitors of EGFR, derived from compound SMU-I11 and existed inhibitors of EGFR scaffolds. Firstly, virtual screening will be implemented by molecular docking and molecular dynamics simulations. Then, study the factors, including the electronic effect and steric effect of substituents from the subtle structure of inhibitors, influence the activity and residence time by applying the quantum mechanics and quantum mechanics/molecular mechanics approaches, explore the interactions between inhibitor and kinase, and investigate the structure-activity relationship. Finally, the target compounds will be synthesized and evaluated by bioassay, aiming to find novel selective reversible covalent inhibitors of EGFR with good activity.

EGFR抑制剂是临床肿瘤治疗的主要分子靶点药物，由于基因突变引起的耐药和药物“脱靶”产生的毒副作用是当前药物的主要缺陷。最近报道的可逆性共价抑制剂可望解决上述问题。目前国内外针对EGFR的可逆性共价抑制剂研究鲜见报道。我们前期设计合成了系列EGFR可逆性共价抑制剂，其中SMU-I11具有良好的抑制EGFR基因突变的活性。本项目拟以SMU-I11和公开报道的EGFR抑制剂为先导化合物，优化设计系列EGFR可逆性共价结合的抑制剂，通过分子对接、分子动力学模拟等方法进行筛选，并首次通过量子力学、多尺度模拟等方法，考察EGFR可逆性共价抑制剂基团的电子效应、位阻效应等因素对生化停留时间的影响，研究抑制剂与EGFR的作用机理和构效关系，并合成目标化合物进行激酶生化活性和选择性评价，旨在发现新颖的高活性和选择性的EGFR可逆性共价抑制剂。

酪氨酸激酶蛋白的过表达与多种肿瘤如直肠癌、头颈癌、肺癌、胰腺癌等密切相关，抑制酪氨酸激酶成为肿瘤药物治疗的重要方向。表皮生长因子受体是酪氨酸激酶一个重要靶点，阻止其活化可有效抑制肿瘤的生长，达到治疗的目的。可逆共价抑制剂与靶位附近非催化活性的半胱氨酸残基发生Micheal加成反应，这类抑制剂既能通过与靶酶形成共价键而显著提升酶-抑制剂复合物的作用时间（药效时间）以及药物的选择性，同时还能规避不可逆抑制剂“脱靶”的潜在高风险，成为近年来研究的重要方向之一。本项目以Lapatinib为先导化合物，设计、合成一系列结构新颖的可逆性共价化合物，通过均相时间分辨荧光技术测定化合物对表皮生长因子受体激酶抑制活性，细胞增殖抑制试验测定化合物对相关高表达细胞系的抑制活性、分子动力学模拟及量子化学计算研究化合物对表皮生长因子受体的作用机制及药物构效关系。根据构效关系及分子机理研究对化合物进行改构，设计合成出SMU-09051等多个对表皮生长因子受体激酶及相关高表达细胞株均有较好抑制活性的氨基吡啶类化合物（激酶抑制IC50低于1nM，细胞增殖抑制低于2µM），并阐明影响化合物活性差异的重要结构因素。本项目为开发具有临床应用价值的酪氨酸激酶抑制剂研究提供实验和理论依据。