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开题报告内容 一、选题的依据及目的意义： 随着细胞分子生物学的发展，肿瘤的分子靶向治疗已成为目前抗肿瘤药物研究的重要领域之一。肿瘤的生长和转移依赖于血管的生成，其中VEGFR，特别是VEGFR-2，在血管发生、病理、生理过程的作用最为重要，是目前抗肿瘤药物研究的重要靶点之一,已经有9个小分子VEGFR抑制剂成功上市，但是VEGFR抑制剂出现的耐药问题一直阻碍着其获得更大的成功。FGFR在肿瘤的血管生成，细胞增殖，细胞存活及转移上起着重要作用。尽管还没有单靶的FGFR抑制剂成功上市，但是FGFR参与肿瘤血管生成已被证明，且FGF2 的上调与VEGFR抑制剂出现的耐药性也有一定的关系。一些FGFR抑制剂也在早期临床研究中有特异性抑制活性，显现其具有良好的临床应用前景。
VEGFR属于受体型酪氨酸激酶，具有一个胞外配体结合区域、一个跨膜区域和一个胞内激酶区域，其胞外配体结合区域与配体结合后,发生二聚化，形成同源二聚体，催化ATP上的磷酸基转移到其胞内激酶区域,使胞内激酶区域发生磷酸化，目前已发现的VEGFR–2磷酸化位点包括第 951、1054、1059和1175 位酪氨酸，随后通过级联放大效应,最终导致转录蛋白被激活，被激活的蛋白再与 DNA作用并引起相关基因表达, 引发相应蛋白质的合成。Fig1 展示了VEGFR涉及的信号转导途径。 Fig 1 VEGFR介导的信号转导途径[1] 2. FGFR参与的信号转导通路 FGFR属于受体型酪氨酸激酶, 具有一个胞外区域(配体结合位点，2或3个Ig loops，1个酸性框)、一个跨膜区域和一个胞内激酶区域，其胞外配体结合区域与配体结合后,发生二聚化，形成同源二聚体，催化ATP上的磷酸基转移到其胞内激酶区域,使胞内激酶区域发生磷酸化，目前已发现的FGFR1磷酸化位点包括第463、583、653、730、766位酪氨酸，随后通过级联放大效应,最终导致转录蛋白被激活，被激活的蛋白再与 DNA作用并引起相关基因表达, 引发相应蛋白质的合成。Fig2 展示了FGFR涉及的信号转导途径。 |
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Fig2 FGFR介导的信号转导途径[3] FGFR通过FRS2和GRB2来激活下游的RAS-MAPK和PI3K-AKT信号通路,RAS-MAPK通路的激活对细胞增殖起着重要作用，PI3K-AKT通路的激活对细胞存活起着重要作用。FGFR通过PLCgamma;和DAG来促进PKC和PKD,通过PLCgamma;和IP3来促进Ca2 的释放。 3.FGF/FGFR与血管生成 纤维母细胞生长因子FGF，特别是FGF2，在血管生成中起着重要作用[3]。首先，FGF2能够增加促血管生长因子VEGF和Angiopoietin-2的的表达。其次，临床前的体内和体外数据表明FGF2与VEGF在血管的形成中起着协同作用。第三，FGF2能够增强PDGF-BB的活性，PDGF-BB能够促进肿瘤血管生成和周皮细胞和血管平滑肌细胞的募集。募集在血管内皮细胞表面的周皮细胞和血管平滑肌细胞能形成类似“脚手架”一样的结构对新生血管起到稳定作用。此外，FGF2能够上调PDGFR的表达，增强其对PDGF-BB的响应，同样的PDGF-BB对血管平滑肌作用也能够促进FGFR1的表达，增强FGFR1对FGF2的响应。 近来研究表明，在包括胰腺癌，子宫内膜癌，膀胱癌，肺癌，肾癌，胃癌在内的多种肿瘤都出现FGFR扩增现象。临床前药理模型证明，用FGFR抑制剂阻断FGFR通路能够起到明显的抗癌效果[4]。 FGFR抑制剂对解决VEGFR抑制剂出现的耐药情况可能会有帮助。研究表明，对于FGFR异常激活造成的肿瘤细胞抗凋亡能力提升的情况，FGFR抑制剂能够明显增强氟尿嘧啶，伊立替康，紫杉醇等常规抗癌药物对该肿瘤的敏感性。此外，经过VEGFR抑制剂治疗的肿瘤患者复发与FGF2的上调有相关，用FGFR抑制剂能够明显抑制复发的肿瘤[2]。在胰腺癌老鼠模型试验中，当用VEGFR2抑制剂作用于该模型时，FGF2水平的上调能够促进肿瘤细胞的增殖；当用VEGFR和FGFR双靶抑制剂Brivanib作用于该模型时，肿瘤的生长明显受到抑制[3]。 尽管还没有单靶的FGFR抑制剂成功上市，但是FGFR参与肿瘤血管生成已被证明，且FGF2 的上调与VEGFR抑制剂出现的耐药性也有一定的关系。因此，研究VEGFR和FGFR双靶抑制剂是非常有意义的，它为解决VEGFR抑制剂出现的耐药性问题提供了可能性。 |
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4.与FGFR相关的抑制剂研究现状 目前，仍未有作用于FGFR的单靶点抑制剂成功上市，但是有包括BGJ398，AZD4547在内的多个单靶点抑制剂处在临床研究阶段。2014年Nintedanib作为第一个明确对FGFR有靶向作用的VEGFR,PDGFR,FGFR多靶点抑制剂成功上市，主要适应症为肺纤维化和NSCLC。此外，上海药物所与Servier联合开发的德立替尼就是VEGFR/FGFR双靶点抑制剂，目前正处于对NSCLC和乳腺癌的临床II期试验，效果优于同类酪氨酸激酶抑制剂。详细情况见表1. 表1 FGFR相关抑制剂的研究
二、本课题研究内容 1. 先导化合物BGJ398 BGJ398是Novartis公司开发的FGFR抑制剂，目前正处于临床II期，它对FGFR1，FGFR2，FGFR3，FGFR4的抑制活性分别为0.9nM,1.4nM,1nM,60nM[5]。BGJ398是在PD166285和PD173074的基础之上经过利用氢键模拟环的变化和结构改造得到的[6-7]，Figure3展示了BGJ398的研发历程。
Fig3 BGJ398的研发历程 对BGJ398的构效关系进行分析发现与嘧啶环相连的取代苯胺是可以进行结构改造的，Fig4展示了BGJ398的构效关系。
Fig4 BGJ398的构效关系 2.先导化合物Pazopanib Pazopanib是由GlaxoSmithKline 研制的针对VEGFR1/2/3和PDGFR的多靶点抑制剂，于2009年获FDA批准上市，适应症是肾癌。它对VEGFR1，VEGFR2，VEGFR3，PDGFR的抑制活性分别为10nM, 30nM, 47nM, 84nM。Pazopanib是在嘧啶结构化合物和喹啉结构化合物的基础之上，经过结构合并及一系列的结构修饰得到的，Fig5展示了Pazopanib的研发历程[8]。
Fig5 Pzaopanib的研发历程 将BGJ398与Pazopanib的结构进行叠合分析发现，BGJ398和Pazopanib均为以嘧啶环为核心，嘧啶环内的N及环的NH与hinge region形成氢键作用，与嘧啶相连的一部分结构伸向Allosteric site. Fig6展示了BGJ398和Pazopanib在FGFR1的空腔中的走势，可以看到BGJ398和Pazopanib在激酶空腔中的走向是基本一致的。 Fig6 BGJ398和Pazopanib在FGFR1空腔中的走势(绿：BGJ398，紫：Pazopanib) BGJ398结构中与脲基相连的苯基的3,5位取代甲氧基能够与Allosteric site的Asp641形成氢键作用；Pazopanib结构中与嘧啶环直接相连的取代苯胺的磺胺基的O能够与hinge region附近的Tyr563,Ser565形成氢键作用。 故从以上两点出发，将BGJ398和Pazopanib的结构进行拼合，在保有BGJ398母核结构的情况下，将pazopanib的与hinge region附近氨基酸残基有氢键作用的取代苯胺结构代替BGJ398的取代苯胺结构，期待获得对VEGFR和FGFR活性较好的双靶点小分子化合物，Fig7 展示化合物设计的思路。
Fig 7 化合物Tn的设计思路[9] DS对接显示化合物T1可以与FGFR1的Hinge region 附近的Tyr563,Ser565形成氢键作用,也能与Allosteric site的Asp641形成氢键作用。后面的工作是T1及其衍生物Tn的合成。Fig8展示T1与FGFR1的对接2D模式图。 Fig8 T1与FGFR1对接2D模式图 |
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参考文献: [1] Hoeben, A.; Landuyt, B.; Highley, M. S.; Wildiers, H.; Oosterom, A. T. V.; Bruijn, E. A. D., Vascular Endothelial Growth Factor and Angiogenesis. Pharmacological Reviews 2004, 56 (4), 549-580. [2] Imran Ahmad,Tomoko Iwata, Hing Y. Leung, Mechanisms of FGFR-mediated carcinogenesis, Biochimica et Biophysica Acta 2012,1823,850-860. [3] Gennaro Daniele, et al, FGF Receptor Inhibitors: Role in Cancer Therapy, Curr. Oncol. Rep. 2012, 14,111–119. [4] H. Zhang, B. L. Hylander, et al, Enhanced FGFR signalling predisposes pancreatic cancer to the effect of a potent FGFR inhibitor in preclinical models, British Journal of Cancer,2014,110,320-329. [5]Vito Guagnano,Pascal Furet,et al, Discovery of 3-(2,6-Dichloro-3,5-dimethoxy-phenyl)-1{6-[4-(4-ethyl-piperazin-1-yl)-phenylamino]-pyrimidin-4-yl}-1-methyl-urea (NVP-BGJ398), A Potent and Selective Inhibitor of the Fibroblast Growth Factor Receptor Family of Receptor Tyrosine Kinase,J.Med.Chem.2011, 54, 7066–7083. [6] Pascal Furet, Giorgio Caravatti,et al,Entry into a new class of protein kinase inhibitors by pseudo ring design,Bioorg.Med.Chem.Lett. 2008,18,897-900. [7] Andrew M. Thompson,et al,Synthesis and Structure-Activity Relationships of Soluble 7-Substituted 3-(3,5-Dimethoxyphenyl)-1,6-naphthyridin-2-amines and Related Ureas as Dual Inhibitors of the Fibroblast Growth Factor Receptor-1 and Vascular Endothelial Growth Factor Receptor-2 Tyrosine Kinases, J.Med.Chem. 2005,48,4628-4653. [8] Philip A. Harris, Amogh Boloor,et al, Discovery of 5-[[4-[(2,3-Dimethyl-2H-indazol-6-yl)methylamino]-2-pyrimidinyl]amino]-2-methylbenzenesulfonamide (Pazopanib), a Novel and Potent Vascular Endothelial Growth Factor Receptor Inhibitor,J. Med. Chem. 2008,51,4632-4640. [9] Haofei Qi, Ligong Chen,et al, Synthesis and biological evaluation of novel pazopanib derivatives as antitumor agentsBioorg. Med. Chem. Lett. 2014,24,1108–1110. |
