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效率合成潜在新药-Late-Stage衍生化反应的开发

这次介绍的论文、利用Late-Stage-Functionalization的手法、修饰一些高活性化合物或者现有药物分子,期望能够筛选出潜在新药。

Late-Stage-Functionalization(LSF:在最后的合成阶段进行官能团转化)、被认为是药物发现和合成中一种非常重要的技术。其优点是可以在保持活性药物母核的同时进行结构修改,使化合物性质发生变化、用这种方法更容易发现新药,并且生产性也很高。

在本论文中,作者通过开发硫(VI)-氟置换反应 Sulfur(VI)-Fluoride Exchange(SuFEx)的LSF手法、对现有的药物进行SO2F化修饰、成功地找到了可以成为新的潜在药物的高活性化合物。

SuFEx Click Chemistry Enabled Late-Stage Drug Functionalization

Liu, Z.; Li, J.; Li, S.; Li, G.; Sharpless, K.B.; Wu P.; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 2919–2925. DOI: 10.1021/jacs.7b12788

背景

点击反应是一种起源于自然界稳健的杂原子键构建策略的反应,这种技术使用简单而稳定的反应产生新的功能分子。虽然炔烃和叠氮化物形成三唑的反应非常有名、酚羟基与sulfuryl fluoride形成arylfluorosulfates(Ar-O-SO2-F)或者与胺基与thionyl tetrafluoride(SOF4)反应生成iminosulfur oxydifluorides(R-N=SOF2)的SuFEx反应也作为点击反应近年来备受关注。[1,2]

SuFEx反应生成的S(Ⅳ)-F键与生物分子之间的反应性很高,因此到目前为止对含有S(Ⅳ)-F键的化合物还并没有进行作为候补新药的筛选实验。

但是,近年来的研究表面,能与S(Ⅳ)-F键反应的生物分子为像tyrosine这样的蛋白质[3,4]、其实并没有多少能够与之反应的。这很有可能导致含有S(Ⅳ)-F键的化合物可能成为药物研发中非常有价值的化合物,其具有与现有药物相比独特的物理性质。

因此,本论文的作者为了能够在合成后直接可以用于生物学评价,开发了在96-well plate的LSF的SuFEx反应、底物为FDA认可的含有苯酚的化合物(120种)进行筛选。

結果(合成)

已知的SuFEx反应,使用SO2F2气体、在高浓度下反应能够进行,然而低浓度下,反应无法顺利进行是个比较大的问题。

在确定候补化合物后,在化合物的scale up阶段,高浓度的条件没有任何问题,然而在实验室的探索筛选候补化合物的时候,由于需要筛很多化合物,考虑到效率性与cost的问题,所以每次的使用量为mg级的,因此低浓度的反应操作性更好。因此,在这里,作者通过使用SO2F2饱和后的有机溶剂,在低浓度下实现了SuFEx点击反应。

在使用Ezetimibe这种药物进行反应条件的筛选后,作者发现在DIPEA或者TEA存在下,在MeCN中得到了良好的产率。该反应条件相比于已知的gas-liguid的反应条件来说,产率得到了极大地提高。

接下来,为了进行Bioassay,作者也进行了条件优化。虽然低沸点的溶剂与TEA可以通过减压干燥除去,但是这样的话F阴离子会残留。为了避免F阴离子的残留,作者添加了TMSOH,并且通过减压干燥除去TMSF、最终成功除去了F阴离子(TMSF的沸点为16℃、1atm)。

基于该反应条件,对FDA批准的具有抗癌作用的各种药物进行LSF SuFEx反应、得到了39个修饰后的新化合物。

結果(化合物评价)

接下来,在论文中,作者进行了药效评价。首先、通过使用A549细胞和MCF-7细胞测量抑制率来评估细胞毒性。与转化前的母体化合物相比,20μM和500μM均具有50%以上的抑制活性,另外以与修饰前相比,提高了10%抑制率的化合物作为hit compound、最后筛选发现了1F11F25F这三个hit化合物。母体化合物1为ABT-751、11为Fulvestrant、25为Combretastatin A4。通过药效评价,虽然根据所用的细胞种类不同,活性也有所差异,但是修饰后的这3种化合物都比母体化合物的活性高。

进而,在这3种化合物中,作者又对11F25F这两个化合物进行了进一步的活性评价,主要结果如下

[11F]
  1. 11F对ER+ MCF-7细胞有效,但是对ER MCF-7细胞无效
  2. ER为11F的靶点
  3. ERα表达水平低于母体化合物

通过以上结果可以得出结论、修饰后的新型化合物11F、有望成为超越唯一的ER+ breast cancer特效药11的潜在新药。

[25F]
  1. 25F25不同的是,可以抑制HT-29细胞中的micro tubulin network的生成(有药效)
  2. 25并没有表现出能够通过与葡糖醛酸结合促进代谢的效果、而修饰后的25F由于没有酚羟基,能够使得代谢缓慢进行。

以上的结果表面,修饰后的新化合物25F、具有药效超过25的可能性。

所感

通过简单可行的LSF的反应开发,运用到已知药物中,并且修饰后的化合物通过进一步的药效评价显示出了该方法的一定的价值。特别是96-well plate的反应条件筛选可以说是充分考虑了实用性。

SuFEx进行的修饰,在立体位阻上基本上没有改变,而在靶点蛋白没有变化的情况下,这就可以充分讨论导入的官能团的特性对生理活性的作用。而修饰后引起的生理活性的变化可能来自、①Try与Ser等引起的S-F变化产生的共价键的形成(胺基残基反应离去F)②相比于酚羟基更强的离子与蛋白质的相互作用③促进葡萄糖醛酸结合代谢。

 

参考文献

[本論文]Liu, Z.; Li, J.; Li, S.; Li, G.; Sharpless, K.B.; Wu P.; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 2919–2925. DOI: 10.1021/jacs.7b12788

  1. Dong, J.; Krasnova, L.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 9430−9448. DOI:10.1002/anie.201309399
  2. Li, S.; Wu, P.; Moses, J. E.; Sharpless, K. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 2903−2908. DOI:10.1002/anie.201611048
  3. Chen, W.; Dong, J.; Plate, L.; Mortenson, D. E.; Brighty, G. J.; Li, S.; Liu, Y.; Galmozzi, A.; Lee, P. S.; Hulce, J. J.; Cravatt, B. F.; Saez, E.; Powers, E. T.; Wilson, I. A.; Sharpless, K. B.; Kelly, J.J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7353−7364. DOI:10.1021/jacs.6b02960
  4. Baranczak, A.; Liu, Y.; Connelly, S.; Du, W.-G. H.; Greiner, E. R.; Genereux, J. C.; Wiseman, R. L.; Eisele, Y. S.; Bradbury, N. C.; Dong, J.; Noodleman, L.; Sharpless, K. B.; Wilson, I. A.; Encalada, S. E.; Kelly, J. W. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7404−7414. DOI: 10.1021/jacs.5b03042

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LuWenjie

LuWenjie

京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。

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