目前臨床上80%肺癌的屬于非小細胞肺癌（NSCLC），且其五年存活率不足15%。在NSCLC的腫瘤組織中，大約有20-80%表達了表皮生長因子受體（EGFR）。臨床研究證明，L858R突變的EGFR的過量表達與活化是NSCLC的致病因素之一，故而EGFR抑制劑作為治療NSCLC的藥物得以廣泛運用。
在臨床治療中，運用EGFR抑制劑會引起EGFR出現二次突變T790M，導致第一代的EGFR抑制劑吉非替尼等的失效；故而研究人員針對Cys797設計了第二代共價抑制劑使之能夠牢靠結合在EGFR上，但是由于毒性過大沒有上市；第三代在之前的基礎上優化了抑制劑針對突變體的選擇性從而降低了毒性，但是隨著上市后的廣泛運用再次出現了二次突變C797S，抑制劑無法通過共價結合到EGFR上。故而目前EGFR抑制劑研究的重點在于設計靶向L858R/T790M/C797SEGFR突變體的新型抑制劑。
暨南大學丁克研究團隊設計合成了一系列以5-甲基嘧啶并吡啶酮為骨架的衍生物，其合成路線以及反應條件如下所示。研究人員首先基于商用的化合物9經過六步反應得到化合物16，在此基礎上通過?；磻玫?a，c-r。
圖 1. 化合物8a,c?r的合成路線
圖片來源JMC
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5-甲基嘧啶并吡啶酮衍生物和作為參考的抑制劑分子（3-6）對L858R/T790M/C797S EGFR突變體以及野生型的體外激酶活性測試數據如表1所示。從結構上看，活性化合物多保留了參考化合物6的2’-氯，前期工作表明氯基團可以使得苯基的構象正確朝向EGFR的疏水口袋?；衔?h-j的活性測試表明，改變氯取代的位置或者沒有氯取代都會使得分子失去活性。同時，在引入第二個取代基F后分子表現出良好的活性與選擇性。其中8r-B對突變體的具有良好活性（IC50=27.5nM），同時是迄今為止報道選擇性最好的第四代EGFR選擇性抑制劑之一（對野生型的IC50>1000mM）。
表?1.?8a?r的體外激酶抑制活性
研究人員解析了8r-B與L858R/T790M/C797S EGFR突變體以及野生型EGFR的復合物的晶體結構（如圖2所示）。8r-B競爭性結合于EGFR的ATP結合區域，分子呈現U形構象。5-甲基嘧啶并吡啶酮骨架與鉸鏈區的Met793形成氫鍵，而側鏈6-(2′-chloro-3′-fluoro)phenyl基團作為疏水基團占據由Lys745、Glu762、Leu788、Met766以及Met790形成的疏水口袋中。8r-B分子的尾部4-methylpiperazinylphenyl基團和propionylpiperidine直接暴露于溶劑表面, 而這也為進行一步優化分子的理化性質提供可能?；诰w結構，可以觀察到突變體EGFR的Met790與5-甲基之間的距離僅為3.5?，保持有良好的疏水相互作用，而在野生型EGFR中親水性的Thr790會削弱疏水相互作用，研究人員推測這是8r-B對突變體的選擇來源。
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圖2. 8r-B-EGFRT790M/C797S?（A）和8r-B-EGFRWT?(B)?復合物的X射線衍射結構.
圖片來源JMC
為了進一步探究8r-B對突變體選擇性的來源，研究人員通過分子動力學模擬和MM-GBSA對兩個復合物體系的結合能進行計算。8r-B對野生型EGFR和突變體EGFR的結合能分別為-47.8 ± 2.7kcal/mol和 -57.5 ± 4.0 kcal/mol, 說明在熱力學上8r-B傾向于和突變體EGFR結合。通過分解殘基對結合能的貢獻，標注出對選擇性貢獻排名前十的殘基（如圖3所示），其中排名靠前的多為疏水性殘基，說明疏水作用是影響8r-B選擇性的關鍵因素。此外，參考化合物3、6(活性如表1所示)對于野生型和突變體的結合能差值分別為1.5和2.2 kcal/mol，也印證了他們對于突變體沒有選擇性。
圖?3. 計算上對選擇性的能量貢獻前十的殘基(其中疏水性殘基標注為綠色，親水殘基標注為紅色)??
圖片來源JMC
總結來說，研究人員通過設計合成一系列靶向L858R/T790M/C797S EGFR突變體的化合物，其中8r-B展現了良好的活性和選擇性。進一步的復合物結晶和理論計算闡明了8r-B選擇性的來源。該研究工作不僅開發了有效的第四代EGFR抑制劑的先導化合物，同時為新型選擇性EGFR抑制劑的理性設計提供了基礎的結構信息。
參考文獻：
Jiayi Shen, Tao Zhang, Su-Jie Zhu, Min Sun, Linjiang Tong, Mengzhen Lai, Rong Zhang, Wei Xu, Ruibo Wu, Jian Ding, Cai-Hong Yun, Hua Xie, Xiaoyun Lu, and Ke Ding Structure-Based Design of 5?Methylpyrimidopyridone Derivatives as New Wild-Type Sparing Inhibitors of the Epidermal Growth Factor?Receptor Triple Mutant (EGFRL858R/T790M/C797S) J. Med. Chem.?2019,62,7302-7308.