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点击蓝字 ↑ 关注药研视角 PharmaView JMC速览 2025.08.25 近日，中山大学鲁桂/刘强/周晖皓团队在国际权威药物化学期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表了一篇题为《新型喹唑啉类化合物的优化：作为三阴性乳腺癌治疗的高效Aurora激酶抑制剂》的研究论文。该工作以临床候选药物ENMD-2076为先导，通过骨架跃迁策略将核心吡啶并嘧啶替换为喹唑啉，系统优化获得一系列高活性、高选择性的Aurora A激酶抑制剂；其中化合物9h在体外对Aurora A的IC₅₀低至2.8 nM，对三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞的IC₅₀为48 nM，体内实验中肿瘤生长抑制率达59%，显著优于ENMD-2076的33%，且无明显毒性。作者首次解析了9h与Aurora A的共晶结构（PDB: 5ZAN），阐明了其通过氢键与铰链区Glu211/Ala213结合并诱导甘氨酸富集环独特构象的分子机制，为三阴性乳腺癌靶向治疗提供了新的候选分子与结构基础。 1 min速览 研究背景 Aurora 激酶（A、B、C 亚型）是调控有丝分裂的关键丝/苏氨酸激酶，其中 Aurora A 在多种实体瘤中高表达或扩增，与肿瘤侵袭、耐药及不良预后密切相关。三阴性乳腺癌（TNBC）缺乏雌激素受体、孕激素受体和 HER2，治疗选择有限，Aurora A 已成为极具吸引力的靶点。临床候选药物 ENMD-2076（乙烯基-嘧啶骨架）对 Aurora A 具有选择性，但活性、成药性及共晶结构信息仍有改进空间。 重点内容 骨架跃迁与结构优化• 将 ENMD-2076 的嘧啶母核替换为喹唑啉，提高疏水相互作用并易于共晶培养。• 在喹唑啉 C-2 位引入苯乙基或苯乙烯基，C-7 位引入含氮杂环、氨基或哌嗪等极性侧链，系统构建 40 余个衍生物。 活性与选择性的突破• 化合物 9h（E-苯乙烯基-喹唑啉-哌嗪衍生物）对 Aurora A 的 IC₅₀ = 2.8 nM，对 Aurora B 仅 35 nM，选择性 >10 倍。• 对 TNBC 细胞系 MDA-MB-231 的 IC₅₀ = 48 nM，显著优于 ENMD-2076（560 nM）。 共晶结构解析• 首次获得 Aurora A-9h 复合物 2.85 Å 晶体结构（PDB: 5ZAN），揭示：– 3-氨基吡唑与铰链区 Glu211、Ala213 形成三重氢键；– 苯乙烯基诱导甘氨酸富集环产生独特弯曲构象，增强范德华力与 π-π 堆积。 体内外机制验证• 9h 抑制 Aurora A Thr288 磷酸化，破坏纺锤体形成，诱导 G2/M 阻滞、非整倍体及细胞凋亡。• 在 MDA-MB-231 裸鼠移植瘤模型中，30 mg/kg 每两日灌胃给药 19 天，肿瘤生长抑制率 59%，无显著体重或脏器毒性。 早期成药性评价• 急性毒性 LD₅₀ >1700 mg/kg；hERG 抑制 IC₅₀ = 18 μM（心脏毒性风险低）。• 体外肝微粒体半衰期仅 8.2 min，提示需进一步优化代谢稳定性。 研究总结 本研究通过“骨架跃迁+位点系统优化”策略，获得高效、高选择性 Aurora A 抑制剂 9h，并首次解析其与靶酶的共晶结构，明确其独特作用模式。9h 在 TNBC 细胞及小鼠模型中均表现出优于 ENMD-2076 的抗肿瘤活性和安全性，为 TNBC 精准治疗提供了新的候选药物和结构模板；后续工作将围绕改善药代动力学性质展开。 图片来源：ACS 详细阅读 01 INTRODUCTION 研究背景 在细胞有丝分裂过程中，Aurora 家族激酶（A、B、C）通过磷酸化多种底物调控中心体成熟、纺锤体装配和染色体分离，其异常高表达或基因扩增常见于多种实体瘤和血液系统恶性肿瘤，因此被视为极具潜力的抗癌靶点。当前进入临床的 Aurora 抑制剂包括泛 Aurora 抑制剂 VX-680、选择性 Aurora A 抑制剂 MLN-8237、Aurora B 抑制剂 AZD1152，以及源自 VX-680 结构、兼具 Aurora A 和 Flt3 抑制活性的口服药物 ENMD-2076。然而，ENMD-2076 对 Aurora B 抑制较弱，且尚缺与 Aurora A 的共晶结构信息，限制了进一步的理性优化。基于前期对 2,4,6-三取代嘧啶衍生物的构效关系研究，作者以喹唑啉为骨架，在 C-2 位保留或引入苯乙基/苯乙烯基以保持与 Phe144 的 π-π 堆积，在 C-7 位引入含氮杂环、氨基、羧酸等极性基团以增强与激酶口袋外残基的相互作用，从而系统探索新型 Aurora A 抑制剂并尝试获得共晶结构，为三阴性乳腺癌等肿瘤提供新的治疗候选分子。 图片来源：ACS 02 Drug Desigh ①从 ENMD-2076 到喹唑啉——多维结构优化策略 作者以已进入临床的 ENMD-2076 为先导，采用骨架跃迁策略，将其核心吡啶并嘧啶替换为喹唑啉，以期在保持活性的同时改善成药性并便于共晶培养。他们首先在喹唑啉的 2-位引入苯乙基片段，模拟 VX-680 芳环与 Aurora A Phe144 的 π-π 堆积作用；随后在 7-位系统引入含氮杂环、氨基、哌嗪等极性侧链，延伸与激酶活性口袋外残基的相互作用，提高选择性。进一步地，为了兼顾分子柔性与构象多样性，作者在 2-位创新性地引入苯乙烯基，利用双键的旋转自由度增强与甘氨酸富集环的动态契合。通过上述多维度结构优化，研究团队不仅显著提升了化合物对 Aurora A 的抑制活性，还为后续共晶结构解析奠定了良好基础，从而为三阴性乳腺癌靶向治疗提供了全新的设计思路与候选骨架。 图片来源：ACS ②构效关系与结构优化 晶体学分析揭示，Aurora A 激酶富含甘氨酸的柔性环区是决定抑制效力的重要靶点：VX-680 与该环区的 Phe144 通过 π-π 堆积结合，其氨基吡唑臂与铰链区 Glu211/Ala213 形成三重氢键，而哌嗪尾端伸向溶剂区。借鉴这一模式，作者将母核由嘧啶换为喹唑啉，并在 2-位保留苯乙基以维持 π-π 作用，系统优化 7-位取代基；7-氨基可提升活性，而吡啶并[3,2-d]嘧啶骨架因氮原子阻断关键氢键导致效力骤降。含氮杂环衍生物 6a-c 普遍优于磺酰哌嗪 6d，6f 因羧酸取代在激酶水平活性最高但细胞渗透性不佳。随后固定 7-位为 1-甲基哌嗪，在 2-位引入芳乙基或苯乙烯基得到 9a-k，其中苯乙烯基系列 9h-k 显示最强 Aurora A/B 抑制；9h 与 Aurora A 的共晶结构证实其氨基吡唑仍与铰链区氢键结合，而苯乙烯基诱使甘氨酸环弯曲并发生 CH-π 作用。进一步用 4-羧基哌啶（10）和 4-酯基哌啶（11）探测环区可塑性，发现 10 因羧基与 Lys224/168 形成盐桥而抑制 Aurora A/B，11 则因酯基缺位仅抑制 Aurora A。体外抗增殖实验与激酶水平一致：6f 因渗透性差活性弱，9a、9f、9h 等对多株癌细胞纳摩尔级有效；在侵袭性强、缺乏靶向治疗的三阴性乳腺癌（TNBC）模型中，9h 对 MDA-MB-231 细胞 IC₅₀ 仅 0.05 μM，远优于 ENMD-2076（0.56 μM），为后续体内研究奠定了坚实基础。 图片来源：ACS 03 RESULTS ①9h在TNBC细胞内抑制Aurora A激活 在体外三阴性乳腺癌细胞实验中，化合物9h展现出优于ENMD-2076的Aurora A抑制能力：免疫印迹显示，9h以剂量依赖性方式显著降低MDA-MB-231细胞内Aurora A的磷酸化水平（p-Aurora A Thr288），而不影响总蛋白表达，同时表现出对Aurora A而非Aurora B的明显选择性；免疫荧光染色进一步证实，1 μM 9h处理48 h即可破坏纺锤体形成，造成染色体错位及单极或多极纺锤体，其效果与2 μM ENMD-2076相当甚至更显著，从而直接证明9h在TNBC细胞内高效阻断Aurora A激酶活性及其介导的有丝分裂进程。 图片来源：ACS ②9h 触发细胞周期阻滞与非整倍体化并诱导乳腺癌细胞凋亡 流式细胞术结果显示，9h 在 0.3–0.6 μM 的低浓度下即可将 MDA-MB-231 细胞阻滞于 G2/M 期并诱发明显的非整倍体积累，其效力远高于需要 1–5 μM 的 ENMD-2076；与此同时，Annexin V/PI 双染实验表明 9h 以浓度依赖方式显著诱导细胞凋亡，而 ENMD-2076 在同等或更高剂量下几乎不引发凋亡。综合可见，9h 通过强力抑制 Aurora A 导致有丝分裂灾难并触发细胞程序性死亡，是其体外抗增殖活性优于 ENMD-2076 的关键机制。 图片来源：ACS ③体内实验证实9h抗肿瘤活性优于ENMD-2076 在MDA-MB-231三阴性乳腺癌裸鼠移植瘤模型中，30 mg/kg、隔日灌胃给药19天的9h显著优于同剂量的ENMD-2076：肿瘤生长曲线与最终称重均显示9h的抑瘤率达59%，而ENMD-2076仅33%；9h治疗组瘤重降至0.32±0.12 g，显著低于ENMD-2076组的0.64±0.35 g，且各组小鼠体重及肝、肺/心重量无异常，提示毒性极低。组织学H&E及Ki67染色进一步证实9h处理瘤体细胞多核化、增殖指数明显下降，证明其在体内具有更优的抗肿瘤活性和安全窗口。 图片来源：ACS ④9h激酶谱选择性剖析与多靶点潜力 在1 μM浓度下对82种激酶进行谱系筛选发现，9h除强力抑制Aurora家族外，还对细胞周期调控（CDK18/WEE1）、肿瘤血管生成（VEGFR-KDR/FGFR1/PDGFRα）、免疫逃逸（SRC/JAK3/LCK）、DNA损伤修复（CHK1/2）及代谢信号（AMPK）等关键通路的十余种激酶表现出明显交叉抑制；作者指出，这一现象既可能源于ATP结合口袋的高度保守，也提示9h具有多靶点“polypharmacology”特征——虽然理论上增加脱靶毒性风险，但同时抑制细胞周期与血管生成等通路可能带来协同抗癌优势；后续将通过降低筛选浓度至200–300 nM并深入解析构效关系，以进一步明确其选择性并指导结构优化。 图片来源：ACS ⑤骨髓与正常肝细胞毒性评估 为验证9h的安全窗，作者以MC3T3-E1成骨细胞和LO2肝细胞为模型评估其对骨髓及正常肝脏的毒性。结果显示，9h对MC3T3-E1和LO2的IC₅₀分别为4.61 μM与14.30 μM，远高于对多种肿瘤细胞的IC₅₀（0.04–0.56 μM），表明其具有显著的肿瘤选择性细胞毒作用，提示临床前毒性风险较低。 图片来源：ACS ⑥急性毒性研究 在小鼠急性毒性试验中，单次灌胃给予9h剂量递增至2000 mg/kg，连续14天观察未见死亡，仅高剂量组初期出现短暂体重下降，计算得到的LD₅₀为1724 mg/kg，显示该化合物急性毒性低，具备进一步开发的安全性基础。 图片来源：ACS ⑦9h 的 hERG 抑制活性评估 在 CHO-hERG 细胞上进行的电生理检测表明，9h 对 hERG 钾通道的抑制 IC₅₀ 为 18.36 μM，远高于阳性药 cisapride 的 0.048 μM，提示其心脏毒性风险较低，符合候选药物进入后续开发的安全性要求。 图片来源：ACS ⑧肝微粒体代谢稳定性考察 在人源肝微粒体孵育实验中，化合物9h的体外半衰期仅8.16 min，提示其在肝脏首过代谢中迅速清除，代谢稳定性不足，需通过结构修饰进一步提升其药代动力学性质，才能满足临床口服给药的需求。 图片来源：ACS CONCLUSIONS 本研究以ENMD-2076为起点，通过将吡啶并嘧啶母核替换为喹唑啉，成功开发出一系列高活性Aurora A激酶抑制剂；其中9h在体外对Aurora A的IC₅₀达2.8 nM，对多种肿瘤细胞具有纳摩尔级抑制效果，并在MDA-MB-231三阴性乳腺癌裸鼠模型中实现59%的肿瘤生长抑制，显著优于ENMD-2076且无明显毒性。作者首次解析了9h与Aurora A的共晶结构，明确了其与铰链区Glu211/Ala213的氢键作用以及苯乙烯基诱导甘氨酸富集环弯曲的关键结合模式，为后续结构优化提供了精确模板。尽管9h的肝微粒体稳定性不足，但其出色的体内外活性和低毒性使其成为极具潜力的TNBC治疗先导化合物，当前团队正围绕改善药代动力学特征展开进一步优化。 文献详细全面信息请跳转原文阅读： https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1021/acs.jmedchem.5c00107 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓