Brigimadlin

BI公司的临床分子，之前简单提过，利用Histidine氢键给体/受体转换的两个例子：Resmetirom & Brigimadlin，近日又碰到，可以进一步看看，追溯一下这样一个多环母核分子的衍变过程。 靶点是MDM2，机制是通过结合在MDM2-p53界面，阻断p53的结合，从而保护p53、提升p53水平，达到治疗某些相关癌症的目的。具体可以见下图。 MDM2这个靶点以前比较火热，后来有一些公司退出，目前仍有一些公司在坚持，包括这里的BI，分子做得更加优化，期待能有更好的临床表现。 这样一个高度优化，并环加螺环6连环母核的分子，是怎么优化设计来的呢？高度概括的衍变路线如下图所示。 下面是更具体一些的过程。 下图左这种spiro ring是该系列分子最基础的母核，这种母核来源于对一类文献分子的改造，这里不详谈。 图左示意分子改造方向，已知该PPI口袋有几个位点比较关键，是必须要占据的，即图左蓝字标的三处；此外也想向上延伸争取几个额外的相互作用，即橘色箭头标注。右侧是几个早期改造分子及binding mode，不详述。 进一步改造优化得到下图分子2，活性比之前有明显改善。如何进一步提高活性，他们受之前见过的一个结构类似的天然产物启发，如下图所示在分子2基础上关了一个5元环，锁定构象，活性进一步提高了27倍！ 上述内容，借用BI当时的文章摘要图小结一下，如下图。 这之后，就是之前提过的巧妙利用histidine，转换小分子的氢键给体为受体，即下图左分子1到分子2，酶活性看不出差别，但细胞活性提高了3倍。图右是分子13与分子1的叠合。 最后，进一步关环，达成6连环，同时氢键受体等略有调整，得到最终的临床分子brigimadlin，即下图右分子。相比上图的分子2，细胞活性进一步提高13倍。 综上，BI公司的MDM2抑制剂，从一个三环的螺环母核出发，经过两次关键关环，一次活性提高27倍，一次活性提高13倍 (包含其它改动)，最终得到6连环的多环体系分子并推上临床。临床分子brigimadlin结构及结合模式如下。 Discovery and Characterization of Brigimadlin, a Novel and Highly Potent MDM2–p53 Antagonist Suitable for Intermittent Dose Schedules, 2024 Discovery of Novel Spiro[3H‑indole-3,2′-pyrrolidin]-2(1H)‑one Compounds as Chemically Stable and Orally Active Inhibitors of the MDM2−p53 Interaction, JMC, 2016 Targeted Synthesis of Complex Spiro[3H-indole-3,2′-pyrrolidin]-2(1H)-ones by Intramolecular Cyclization of Azomethine Ylides: Highly Potent MDM2–p53 Inhibitors, 2018 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↓

p53 是最重要的肿瘤抑制因子。大多数肿瘤中通过肿瘤蛋白 p53 （TP53） 基因突变或关键负调节因子（MDM2）的拷贝数扩增而失活。破坏 MDM2与 p53 相互作用的化合物可恢复 p53 抑癌基因活性，从而促进细胞周期停滞和细胞凋亡。然而，MDM2-p53 蛋白相互作用拮抗剂临床经验表明，靶向药物存在血小板减少症和中性粒细胞减少的剂量限制性毒性，限制了治疗效用。在保持有效暴露的同时降低给药频率，是减轻毒性和改善 MDM2-p53 拮抗剂治疗窗口的方法。为了实现这一目标，需要具有优异效力和理想药代动力学特性的分子。 本文介绍了 brigimadlin （BI 907828） 的发现和表征，这是一种新型的临床在研的 MDM2-p53 拮抗剂。Brigimadlin 在临床前模型中表现出高生物利用度和暴露量，以及剂量线性药代动力学。Brigimadlin 治疗恢复了 p53 活性，并在 TP53 野生型、MDM2 扩增癌症的临床前模型中诱导细胞凋亡。临床1期药代动力学研究 （NCT03449381） 显示口服 brigimadlin 患者有高全身暴露和较长的血浆消除半衰期。这些发现支持 brigimadlin 在 MDM2 扩增癌症（如去分化脂肪肉瘤）患者中的临床评估。 1. 背景介绍 p53 是一种关键的抑癌基因蛋白，是人体细胞抗癌防御机制的支柱。p53 失活促进细胞周期停滞和凋亡的逃避，并且对肿瘤的启动和维持至关重要。在许多癌症中，p53 的功能会因 TP53 基因功能丧失突变或负调节因子水平升高而被破坏，包括原癌基因MDM2。MDM2 抑制 p53 转录活性，诱导 p53 从胞核输出，并作为 p53 泛素连接酶诱导蛋白酶体介导的 p53 降解。 MDM2 扩增发生在大约 3% 的癌症中，在某些肿瘤类型中发生率更高。数据分析显示，94% 的脂肪肉瘤 [LPS;包括去分化脂肪肉瘤 （DDLPS） 和高分化脂肪肉瘤 （WDLPS）]、8% 的膀胱尿路上皮癌和 5% 的胆道腺癌都是野生型肿瘤蛋白 p53 （TP53wt） 和 MDM2 扩增癌。 靶向 MDM2 以恢复 p53 抑癌基因活性是 TP53wt 肿瘤患者的一种有前途的治疗方法。初步临床研究表明，MDM2-p53 拮抗剂显示出抗肿瘤疗效的初步迹象;然而，治疗与血小板减少症和中性粒细胞减少症有关，这可能是由于 p53 激活后巨核细胞生成和巨核细胞分化受到抑制。间歇给药作为一种通过维持抗肿瘤活性同时减轻靶标相关副作用来增加 MDM2-p53 拮抗剂治疗窗的方法。这只能通过出色效力和药代动力学 （PK） 特性的抑制剂来实现。螺环吲哚类代表了一类很有前途的 MDM2-p53 拮抗剂，但一直受到稳定性差的限制，导致差向异构化。在这里，介绍了 brigimadlin （BI 907828） 的发现和特性，这是一种新型且高效的研究性螺氧吲哚 MDM2-p53 拮抗剂，可破坏 MDM2 和 p53 之间的蛋白质-蛋白质相互作用。 2. brigimadlin分子发现 MDM2 的 p53 结合口袋代表了抑制剂设计的挑战，因为三个子口袋的疏水三联体具有独特的方向，即以与其结合的 p53 氨基酸（Leu26、Trp23 和 Phe19 口袋）。化合物需要对整个疏水三元口袋进行最佳填充，才能显示出足够的效力。螺环吲哚类支架已成为 MDM2 结合口袋疏水三联体的理想模型。第一代螺环，spiro[3H-indole-3,3′-pyrrolidin]-2(1H)-one 的 MDM2-p53 拮抗剂容易在溶液中发生retro-Mannich反应在位 2' 和 3' 的碳上发生差向异构化 。 这里通过设计 spiro[3H-indole-3,2′-pyrrolidin]-2(1H)-one 支架解决了第一代螺环吲哚 MDM2-p53 拮抗剂的稳定性问题，其中吡咯烷环的氮移动了一个位置，避免差向异构化。有其他研究组通过将螺环连接到吡咯烷环来解决这个问题，如临床化合物milademetan 和 alrizomadlin 。 化合物 2（图 1A）仅占据 MDM2 的三个亲脂性子口袋（Leu26 和 Trp23 口袋）中的两个，显示出与类似的 spiro[3H-indole-3,3′-pyrrolidin]-2(1H)-one 抑制剂相当的体外效力。通过将环丙基甲基引入吡咯烷环来解决 Phe19 口袋，并通过刚性化进一步进行基于结构的优化，从而产生了 BI-0252（图 1A）。该分子的合成和表征之前已经描述过（PMID: 27775892）。为了进一步提高结合亲和力，作者设计了His96MDM2 的侧链具有 H 键受体而不是 H 键供体（BI-0252 中的 NH）的化合物。在第一批化合物中，用酰胺的羰基取代了 BI-0252 的仲胺。这在细胞测定中产生了更有效的化合物，这些化合物由于不利的 PK 特性而受到限制（PMID: 30458062）。 图 1. brigimadlin 的发现和结构。 第二系列化合物旨在解决　His96MDM2 与五元芳香族杂环的 H 键受体氮的相互作用。这导致了结构上更刚性的 2H-吲唑衍生物 BI-0282（图 1A），与 BI-0252 相比，它显示出更好的效力和 PK 特性 [体外 SJSA-1 （TP53wt） 细胞中的IC50：BI-0252=471 nmol/L;BI-0282=163 nmol/L]。BI-0282 的合成和表征之前已经描述过 （PMID: 36032359）。BI-0282 的 X 射线结构表明，与 His96MDM2 的相互作用可能仍然不是最佳的。进一步的优化形成了高度刚性四环状支架，它在模拟的胃肠道液中表现出低外排但高渗透性和溶解度。最后，将甲基置于羧酸的邻位进一步改善了 PK 性能，从而产生了 brigimadlin（图 1A 和 B）。 brigimadlin 的 X 射线共晶体结构，证实 brigimadlin 与 MDM2 的 p53 口袋结合。吲哚酮基团在 Trp 口袋中结合，吲哚酮-NH 质子与 Leu54 的主链羰基形成氢键。Leu 口袋充满卤代苯基，该苯基也被定位于与 His96 的 pi-pi 相互作用，而 Phe 口袋则由环丙基甲基定位。吲唑基团与 His96 的侧链形成氢键。 3. brigimadlin 的体外活性 Brigimadlin 在体外活力测定中表现出 MDM2 扩增的 SJSA-1 癌细胞系的 AlphaScreen 测定中表现出比 BI-0252 和 BI-0282 更高的效力。Brigimadlin 在具有 TP53wt 的细胞系中表现出比在 TP53突变细胞系中更低的 IC50 值（12 nmol/L vs. 50000 nmol/L）。进行了细胞面板活力筛选 （PRISM），以研究 brigimadlin 在多种肿瘤类型的治疗潜力，并探索其他反应生物标志物 。将全外显子组突变、体细胞拷贝数改变和基因表达谱与细胞系的反应谱相匹配，以探索对 brigimadlin 敏感的生物标志物，90% （198/221） 的brigimadlin敏感细胞系具有 TP53wt 状态，83% （469/563） 的耐药细胞系为 TP53突变状态（图 2A）。高度敏感的 TP53wt 细胞系亚群富集了脂肪肉瘤、肾细胞癌、横纹肌肉瘤和黑色素瘤等肿瘤类型（图 2B）。 图 2. 基于 PRISM 筛选 brigimadlin 的敏感性。 与未扩增的细胞系( U-2 OS 和 SW982 )相比，Brigimadlin 处理导致 MDM2 扩增细胞系( SJSA-1 和 94T778 )中 p53 靶基因的 mRNA 水平增加更大。在 MDM2 扩增和非扩增细胞系中观察到 PUMA （BBC3）、CDKN1A （P21）、MDM2、CD80、BAX 和 BIM mRNA 表达水平的剂量依赖性增加（图 3B）。未观察到 BCL-XL 表达 （抗凋亡标志物） 的一致变化。MDM2、p53 和裂解的 caspase-3/7 蛋白水平在 MDM2 扩增和非扩增细胞系中均显示剂量依赖性上调，在 MDM2 扩增细胞中观察到更大的上调（图 3C） 。在 MDM2 扩增的 SJSA-1 细胞系中，暴露于 brigimadlin 72 小时后，升高的 p53 蛋白水平再次降低。在两种 MDM2 扩增细胞系 SJSA-1 和 94T778 中观察到裂解的 caspase-3 和裂解的 PARP 水平的剂量依赖性增加 （Fig. 3D）。 使用体外人巨核细胞造血祖细胞集落形成试验 （3D CFU-MK） 检查 Brigimadlin 靶向毒性。Brigimadlin 抑制 CFU-MK 的集落形成，IC50 和 IC90 值分别为 25 和 119 nmol/L。Brigimadlin 不会诱导这些非恶性细胞凋亡，而 SJSA-1 肿瘤细胞在暴露于 brigimadlin 后 24 小时开始表现出强烈的 caspase-3/7 激活，并在 52 小时达到峰值。肿瘤细胞和正常细胞之间的明显敏感性差异表明，brigimadlin 可能存在治疗 MDM2 扩增的 TP53wt 肿瘤的治疗窗口。 图 3.MDM2 扩增和非扩增实体瘤细胞系中 p53 靶基因和细胞凋亡的 MDM2 表达和 brigimadlin 剂量依赖性调控。 4. brigimadlin 体内PK-PD、生物标志物分析 在 brigimadlin 的不同临床前物种中观察到高口服生物利用度和剂量线性度，AUC 和最大血浆浓度 （Cmax） 的可变性低（表 1）。在所有测试的物种中，brigimadlin 的血浆蛋白结合非常高 （>99%） ，并且没有表现出对浓度或性别的依赖性。发现人血清白蛋白是人血浆中 brigimadlin 的主要结合蛋白，而 hAGP 结合的重要性可以忽略不计。 表 1.brigimadlin 在不同物种中的血浆药代动力学和剂量线性药代动力学特征。 单次口服 brigimadlin 后 24 小时，可以在 SJSA-1 荷瘤 BALB/c 小鼠的血清样本中检测到 GDF15 蛋白水平的剂量依赖性增加，这是靶向 p53 的生物标志物 （0.25、 2 或 10 mg/kg;图 4A）。血清中 GDF15 的增加与肿瘤样本中观察到的 GDF15 mRNA 诱导程度呈正相关（图 4B 和 C）。支持使用血浆 GDF15 水平作为患者靶标参与的生物标志物。 图 4. brigimadlin 处理的 SJSA-1 荷瘤小鼠的标志物。 根据两种给药方案评估每周给药的 Brigimadlin 疗效 （图 5A）。在单剂量组中，小鼠在第 1 天和第 8 天接受一剂 brigimadlin （1、1.5 或 2 mg/kg）。在分次剂量组中，小鼠在第 1 天和第 8 天接受 brigimadlin 1 mg/kg BID （7 小时间隔）。单剂量方案显示出明显的剂量-反应关系。分次给药组 （1 + 1 mg/kg） 比 2 mg/kg 单剂量组效果不明显且时间短。这些实验表明，brigimadlin 治疗以 1 周的间隔单次给药可产生持久的抗肿瘤活性，支持在临床试验中使用高剂量间歇性方案。 图 5.Brigimadlin 在小鼠模型中的疗效。 brigimadlin 在几种 MDM2 扩增的 TP53wt 肿瘤类型的PDX 模型中证明了抗肿瘤活性。在两剂 brigimadlin （2 mg/kg，第 1 天和第 8 天; 图 5B-D），在 MDM2 扩增的未分化多形性肉瘤 （SA3283） ，鳞状细胞肺癌 （LU0861），鳞状细胞肺癌 （LU6903）。在体内研究中，任何一种给药方案的小鼠中均未观察到毒性（体重无变化）。 5. 临床 PK-PD、生物标志物分析 Brigimadlin 在临床试验中对 27 名接受每 3 周 45 mg 的患者 （Q3W） 的探索性 PK 分析中显示出高全身暴露，这是 NCT03449381 年 Ib 期扩展队列的推荐扩展剂量（ Cmax：2,880 nmol/L;AUC0–∞：173,000 nmol/L × 小时/L）。达到峰值浓度的中位时间 （Tmax） 为 5.0 小时。Brigimadlin 表现出低清除率 （7.34 mL/min） 和较长的血浆消除半衰期 （42 h），分布容积较低 （Vz/F;26.7 L） 。 在 Ib 期研究中入组的 27 名患者的血浆中测量 GDF15 水平。用单次口服剂量的 brigimadlin （45 mg） 治疗诱导 GDF15 相对于基线的强烈绝对变化，给药后至少持续 24 至 72 小时。 临床暴露被转化为小鼠研究，以提高临床前结果的特异性和相关性。作者试图将观察到的临床未结合暴露与临床前未结合暴露相匹配。根据群体 PK 模型，计算出首次 45 mg 剂量后人类未结合的 Cmax 为 5.4 nmol/L，未结合的 AUC0–inf 为 349.8 nmol/L × h。计算出未结合的 Cmax与未结合的 IC50 相比约为 10 倍。 小鼠中，经计算，口服剂量 1.5 mg/kg 将赋予未结合的Cmax为 7.5 nmol/L，未结合的 AUC 0–inf为 127.5 nmol/L × h。在此剂量下，小鼠的未结合 Cmax 超过未结合 IC50 计算为 14 倍。总之，估计小鼠口服剂量为 1.5 至 2 mg/kg 会导致小鼠的未结合血浆暴露接近患者 45 mg 剂量达到的未结合血浆暴露，支持临床前研究中选择的剂量。 总之，与以前的相关化合物 （BI-0252 和 BI-0282） 相比，brigimadlin 表现出更好的药物样特性，显示出高效和良好的 PK 特性。 7. 总结与讨论 本文描述了 brigimadlin 的发现和表征，brigimadlin 是一种新型 MDM2-p53 拮抗剂，具有高效力和良好的 PK 特性。其高度优化的特性允许间歇给药，这是一种旨在减轻靶向毒性（血小板减少症）的策略，同时保持强大的疗效。 brigimadlin 的临床开发正在进行中（已进入临床三期研究）。Brigimadlin 单药治疗正在 I 期试验 （NCT03449381）、随机 II/III 期 Brightline-1 试验 （NCT05218499） 中研究，该试验评估了 brigimadlin 与阿霉素作为晚期 DDLPS 患者 [FDA 已授予快速通道资格] 的一线治疗，以及 II 期 Brightline-2 研究 （NCT05512377） 评估 brigimadlin 作为 MDM2扩增的实体瘤患者的二线治疗，包括胆道癌和胰腺癌。FDA 已授予 brigimadlin 孤儿药资格认定，用于治疗胆道癌。 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↓