一文总结：肺癌领域里程碑式共价药物进阶史

编辑：Yuna

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阿司匹林是一种历史悠久的解热镇痛药；青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的抗生素，两者一度被称为神药。EGFR抑制剂开启了肺癌的精准治疗新时代。伊布替尼是血液肿瘤领域的重磅药物，KARS抑制剂攻克“不可成药”靶点，是肺癌治疗领域的又一里程碑式进展。这些药物有一个共同点，它们都是共价药物。Nature Reviews Drug Discovery发表的一篇综述介绍了共价药物的发展史。本文对基于两种方法研发的肺癌及其他领域共价药物进行了总结。

共价药物的历史

历史上共价药物通常在广泛使用后才被发现是通过共价机制发挥作用。其中最突出的代表是非甾体抗炎药阿司匹林，1971年科学家发现，阿司匹林是通过乙酰化环氧合酶1底物结构中的Ser529来发挥抗炎作用，阻止花生四烯酸转化为前列腺素。

图1 主要共价药物研发时间

共价药物在癌症治疗中具有重要的历史意义。嘧啶核苷类似物 5-氟尿嘧啶和吉西他滨是分别用于抑制胸苷酸合酶和核糖核苷酸还原酶I的前药，被广泛用于癌症的治疗（图1）。硼替佐米是一种二肽硼酸盐，可共价结合并抑制26S蛋白酶体具催化活性的苏氨酸残基，于2003年获FDA批准用于多发性骨髓瘤的治疗。

共价药物已被用于治疗多种疾病。药物研发之前专注于共价作用机制，以改进药物设计，可为难以解决的“新挑战”提供新思路。

经配体优先方法（ligand-first approaches）研发的药物

在过去十年中，共价药物发现已具有里程碑意义，FDA于2013年批准了第一个共价EGFR抑制剂阿法替尼和布鲁顿氏酪氨酸激酶（BTK）抑制剂伊布替尼。研究者将温和反应电子功能基团加入到已知可逆配体中以增强蛋白功能的抑制，从而研发出这些药物。这些案例为未来药物的研发积累了经验。

共价EGFR抑制剂

EGFR抑制剂的发现推动了非小细胞肺癌（NSCLC）的治疗进展，使EGFR 成为肿瘤领域的关键药物靶点。在2000年代初期的临床开发过程中，研究者发现可逆的第一代EGFR抑制剂吉非替尼和厄洛替尼对EGFR敏感突变（外显子19缺失或 L858R点突变）肿瘤有效。但接受治疗患者最终仍会进展，约60%患者为T790M耐药突变。EGFR的ATP结合位点中看门人残基的这种突变不仅降低了许多可逆抑制剂对EGFR的结合亲和力，而且增加了EGFR对ATP的结合亲和力。

图2 EGFR抑制剂结构的不断演变

为了克服这一难题，研究者设计将共价第二代抑制剂中加入丙烯酰胺迈克尔受体，其与EGFR中的半胱氨酸残基（Cys797）反应（图2b）。Cys797位于ATP结合位点附近，EGFR与EGFR配体的不可逆结合部分恢复了对T790M 看门人突变体的活性。除了对T790M有一定活性之外，共价第二代抑制剂可长期抑制EGFR信号传导通路，这提示第二代EGFR 抑制剂可能比可逆的第一代抑制剂更有效。

阿法替尼于2013年获FDA批准用于EGFR敏感突变转移性 NSCLC 患者的一线治疗。其他第二代抑制剂包括来那替尼和达可替尼，通过共价结合 Cys805（与EGFR Cys797同源的半胱氨酸残基）可有效抑制HER2，并于2017年获FDA批准用于乳腺癌的治疗，达可替尼于2018获FDA批准用于NSCLC。

第三代EGFR抑制剂选择性靶向 T790M 突变体而非野生型 EGFR，包括 WZ4002、奥希替尼和rociletinib （图2c）等。第三代药物保留丙烯酰胺基团，与Cys797共价结合，但将第一代和第二代化合物的喹唑啉部分替换为嘧啶，以促进对T790M的选择性。与野生型 EGFR 相比，它对T790M的亲和力更高，导致疗效更高，安全性也更好，而且使得奥希替尼的推荐剂量更高。奥希替尼于2015年获FDA加速批准用于NSCLC的二线治疗，于2018获FDA批准用于转移性NSCLC 的一线治疗。但是，奥希替尼依赖于 Cys797的共价结合，而且C797X 突变占二线奥希替尼耐药病例的15%。通常，功效依赖于特定亲核氨基酸共价结合的药物容易受到该位点突变的影响，并导致耐药性。

共价BTK抑制剂

共价BTK抑制剂的发现与共价EGFR抑制剂有几个共同点：配体优先方法和具有亲电性的迈克尔反应受体的使用。由于BTK在 B 细胞受体下游通路的关键作用而成为慢性淋巴细胞白血病的关键靶点之一。

与EGFR抑制剂类似，伊布替尼与BTK中ATP结合位点相邻的半胱氨酸残基 （Cys481）结合，只有少数激酶具有同源半胱氨酸，因此伊布替尼对BTK 的选择性高于其他激酶。由于长期共价结合，伊布替尼可保持对 BTK的活性。

其他几种共价BTK抑制剂已获批准或目前正在进行临床试验，其中一些药物突出了迈克尔受体的多样性，有多种亲电体可代替丙烯酰胺。Acalabrutinib于2019年获得FDA批准用于治疗CLL，它使用丁酰胺亲电体取代了丙烯酰胺。研究人员进一步使用氰基丙烯酰胺亲电体来设计可逆共价 BTK 抑制剂。与不可逆共价BTK抑制剂相比，它可显示更高的疗效和更低的脱靶效应。

除靶向EGFR 和 BTK之外，其他共价抑制剂正在研发中。总体上，靶向与ATP 结合位点相邻的非保守半胱氨酸的共价激酶抑制剂的合理设计已成为提高激酶抑制剂疗效和选择性的常规方法。

经亲电优先方法（electrophile-first approaches）研发的药物

共价药物也可通过亲电体优先方法研发而来，这提示最初的发现过程是一开始就找到共价配体，而不是将共价受体结合到已知可逆配体中。通过这种方法发现的药物主要包括 KRAS G12C抑制剂 sotorasib 和 SARS-CoV-2 M前抑制剂 nirmatrelvir等（图1）。

共价KRAS G12C 抑制剂

共价KRAS G12C抑制剂是共价药物中最令人兴奋的研发事件之一。KRAS是一种编码 GTPase的癌基因，所有癌症中约25%可能发生该突变，尤其是在胰腺癌、结肠直肠癌和肺癌中。结合GTP激活状态和结合GDP非活性状态转换时，野生型 KRAS受到严格调控，但许多KRAS突变会减弱 GTPase活性，导致GTP水解率低和RAS信号传导通路上调，从而驱动肿瘤的发生。

自从近30年前，研究者发现KRAS可能是肿瘤发生的潜在靶点，但一直以来传统药物研发方法均未获得成功。KRAS没有可用于可逆抑制剂结合的“口袋”，竞争性抑制剂需要克服 GTP和GDP之间皮摩尔级别的亲和力，而对野生型 KRAS有活性的抑制剂可能会增加靶向毒性。

靶向G12C突变的共价KRAS抑制剂之所以有吸引力，有几个原因：首先，靶向KRAS突变可以对癌细胞产生选择性细胞毒性。第二，通过共价结合的亲和力更有优势，因为KRAS缺乏结合配体的口袋。第三，NSCLC中有12%-14% KRAS突变为KRAS G12C突变，这类患者将直接获益于KRAS G12C抑制剂。第四，共价KRAS G12C配体可能影响 KRAS 功能。

2013年，加利福尼亚大学旧金山分校研究人员报告了首个选择性共价KRAS G12C抑制剂。这种新型选择性KRAS G12C抑制剂的新机制为临床上开发共价KRAS G12C抑制剂奠定了基础。后续陆续研发抑制剂包括ARS-853、ARS-1620。ARS-1620研发中努力克服 ARS-853的代谢稳定性和生物利用度限制，最终被认定为首个适用于体内研究的KRAS G12C抑制剂。

Sotorasib是首个于 2018年进入临床试验的选择性 KRAS G12C抑制剂。科学家发现了KRAS结构中既往未知的“神秘口袋”，并利用此结构研发出sotorasib。Sotorasib通过与His95、Tyr96和Gln99相互作用并占据或结合该“神秘口袋”（图3）。基于2020年取得成功的II期临床研究，Sotorasib于2021 年5月获得FDA批准用于KRAS G12C突变局部晚期或转移性 NSCLC的成人患者。其他共价KRAS G12C抑制剂正逐步进入临床或临床试验。Adgrasib是一种不可逆共价抑制剂，研究者随后使用基于结构的设计方法优化了adgrasib，该药物于2019年1月开始临床试验（图3）。此外，研究者也探索了JNJ-74699157（ARS-3248）在KRAS G12C晚期实体瘤中的疗效，但临床试验已终止。

图 3 adagrasib（MRTX849）和 sotorasib（AMG-510）的结构

设计小分子共价 KRAS G12C选择性抑制剂给出了一种药物研发的解决方案，可以为不可成药肿瘤靶点提供药物。在KRAS G12C抑制剂之前，最近在肿瘤学领域研发的靶向共价抑制剂大多是使用配体优先方法鉴定。

展望

在过去的十年中，共价药物发现的进步成就了多种成功药物，包括 EGFR、BTK、KRAS G12C抑制剂等。这些药物都代表了里程碑式进展，显示了共价药物的研发已从偶然性发现到已确立成功设计路径的演变。

采用亲电优先方法的策略又代表着该领域的进展和转变。预计亲电优先方法将被越来越多地采用，特别是当发现可逆配体具有挑战性时。可逆共价机制的进一步探索将在疗效和选择性之间更好地平衡。

 “共价药物发现史”克服了针对“不可成药”蛋白靶点的配体设计障碍。预计共价配体的独特性将继续推动共价药物的发现。

参考文献：Boike L, Henning NJ, Nomura DK. Advances in covalent drug discovery. Nat Rev Drug Discov. doi: 10.1038/s41573-022-00542-z. Epub ahead of print. PMID: 36008483; PMCID: PMC9403961.