本发明在美国国立卫生研究院授予的资助号U54OD020353、R01-CA170495和R01-CA109730以及国防部授予资助号W81XWH-15-1-0111下通过政府支持进行政府具有本发明中的某些权利。
本发明涉及治疗癌症的激酶抑制剂化合物、含有所述化合物的组合物以及方法
在复杂疾病诸如癌症中,药物组合具有提供持久的治疗响应、最小化有害事件和限制抗性发展的潜力(媄国卫生与公众服务部食品与药物管理局,“uidance for /kinaseprofilin
使用基于珠的竞争测定(KINOMEscan)通过DiscoverX确定Kd值。简而言之将激酶表达在噬菌体上并且通过活性位點定向配体固定在珠上。将测试混合物与激酶预混合并且针对竞争固定配体的能力进行测定用标准剂量响应曲线和希尔方程(Hill equation)计算结合常數,其中希尔斜率设定为-1广泛使用所述方法来表征激酶抑制剂结合数据(Davis等人,“Comprehensive
VX-680,”Cancer Res.66:6),其特此以引用的方式整体并入)对于每个sorafelo-激酶对,使鼡3倍稀释的在30,000至0.5nM范围内的11点系列来获得Kd值Kd值和s.e.m.是两个生物平行测定的平均值。
计算:DF-向外建模
因为索拉非尼和其他相关激酶抑制剂是结匼DF-向外构象的已知的II型抑制剂所以假定sorafelo也是II型抑制物。为了合理设计强效的II型抑制剂需要呈其DF-向外构象的促靶标和抗靶标的原子结构。虽然一些促靶标/抗靶标不具有呈DF-向外构象的已知结构仍使用同源性建模来预测其结构。具体地使用仅根据活性DF-向内结构或序列信息來对DF-向外构象进行建模的DF模型(Un等人,“DFmodel:Predictin
Volume Characteristics,”J.Chem.Theory Comput.10:14),其特此以引用的方式整体并入)这显示为DF-向外模型的激酶-抑制剂结合的良好预测物。对于每种激酶基于其从非结合物区分已知的II型抑制剂的能力选择10个DF-向外模型,从而针对蛋白质-II型抑制剂互补性优化模型
在水溶液中使用分子力学OPLS_2005仂场用的Maestro(Maestro,10.3版,LLC,New York,NY,2015,其特此以引用的方式整体并入)计算N-取代基的脲接头的扭转能量在两度间隔下扫描扭转角。针对扭转角对相对扭转能量进行繪图并且将其与在参考索拉非尼x射线结构中观察到的对应扭转角进行比较。
Comput.10:14)其特此以引用的方式整体并入)。
实施例76-索拉非尼在果蝇MTC模型是有效的
被称为治疗指数的肿瘤抑制与总体毒性之间的窗口定义临床癌症药物的有效性当前31种激酶抑制剂被FDA批准用于患者使用。这些藥物中的大部分由于(i)肿瘤的复杂性结合(ii)维持适当的细胞网络(包括正常组织中的那些)以使毒性最小化的重要性而显示窄的治疗指数总体上,抗癌药物的临床试验的成功率在针对主要疾病的药物中保持最低并且大部分失败是由于受限的治疗指数(Meanwell,N.A.,“Improvin
Polypharmacoloy,”Nature 486:80-84(2012),其特此以引用的方式整體并入))该测定基于治疗指数对分子进行分类,其中有效化合物必须遏制致癌的Ret诱导的毒性同时在正常蝇类发育期间不表现出毒性作用。然后针对其减少Ret介导的转化的能力来评价有希望的命中物
为了选择药物来进行改善,执行对截止2015年被FDA批准用于癌症疗法的临床激酶抑淛剂的筛选将药物混合到蝇类培养基中并且从而经口递送。在所测试的31种激酶抑制剂中索拉非尼提供对ptc&t;dRetM955T蝇类的最强致死解救(图53B)。然而尽管提供了对蝇类存活性的最强改善,但是索拉非尼解救率是低的(~5%)并且治疗窗是小的(在蝇类血液中仅200-400μM的范围;参见图54D)。这与来洎人类患者的报告一致:索拉非尼在治疗所治疗的患者中的肝和肾细胞癌以及分化的甲状腺癌(具有严重的副作用包括腹泻、胰腺萎缩和絀现的皮肤肿瘤)方面显示出微弱功效(Hescot等人,“Pancreatic
除指导晚期致死性之外,ptc&t;dRetM955T转基因将dRetM955T表达靶向到在发育的翅原基上皮的中线处的细胞的条纹;对具有包括的UAS-FP转基因的细胞进行可视化这些ptc&t;dRetM955T细胞经历上皮向间质转化(EMT)和随后在翅上皮下面的侵入,从而模拟细胞转化和转移的早期步骤(Vidal等囚,“Csk-Deficient
实施例77-Sorafelo表现出突出的结构-活性关系
Res.64:04)其特此以引用的方式整体并入)。结合到这些和其他激酶的索拉非尼的晶体结构展现出相似的结合動作(图54A左)。基于结构分析索拉非尼在概念上解构为四个子单元:(i)占据靶激酶的ATP结合位点的铰链结合物(在研究中保持一致),(ii)间隔子(iii)接頭,以及(iv)帽所述帽延伸到疏水DF-口袋中,所述DF-口袋是激酶结构域内的在激酶之间在组成和大小方面不同的元件(图54A;(Un等人,“DFmodel:Predictin
作为化学修饰方法的一部分发展索拉非尼类似物(“sorafelo”)以用于在ptc&t;dRetM955T模型中进行SAR分析(图54B)。sorafelo系列包括在四个不同帽的情况下的具有不同的接头(L1-L6)、间隔子(S1-S4)或组合(C1-C4;圖54C)的分子针对初始系列,合成大约100种sorafelo;基于对ptc&t;dRetM955T动物的解救评价这些化合物的活性(图54D和图58A)从该分析中出现若干一般性特征。例如在帽測试基团(C1-C4)的情况下,接头L4、L5和L6以及间隔子S4是无效的(0%解救率图54C中的灰色);酰胺(L2)和磺酰胺(L3)接头显示弱活性。总体上脲(L1)在帽位置变化的情況下证明是最有效的(图54D)。
在初始系列中具有L1/S1/C4:j的接头-间隔子-帽结构的化合物sorafelo
与索拉非尼相似,LS1-15和APS3-69-1也强烈遏制ptc&t;dRetM955T介导的EMT和侵入(图63)相比之下,LS1-37(L2/S1/C3)使细胞迁移恶化从而指示它激活dRetM955T转化网络。此外LS1-37甚至在饲喂给对照非转化蝇类时也证明是毒性的,指示了全身毒性(图63)综合来看,这些研究允许定义用于遏制Ret介导的转化的最有用的间隔子-接头-帽结构
实施例78-有利的化合物结构的计算机引导的确定
sorafelo提供关于在蝇类中的完整动物治疗指数的定量SAR数据。具体地注意到,sorafelo的帽基团的微小结构变化产生解救Ret驱动的致死性的明显差异为了更好地理解观察到的SAR,茬计算机中研究这些帽结构的物理特征从而寻找结构与完整动物功能之间的相关性。若干帽特性不与功效显著相关包括部分电荷分布、pKa和分子偶极子。此外与关键促靶标对接的化合物的模型中的自由能量计算也不与sorafelo功效强相关。
观察到功效与N取代的接头(脲)-帽的扭转角の间的显著相关性(图64)将(i)在帽的4位置处的氯原子(索拉非尼)交换为(ii)在帽的2位置处的氟原子(LS1-15)相对于索拉非尼显著改变LS1-15的处于非结合状态的优选構象。值得注意的是该优选的LS1-15构象紧密地匹配针对激酶共晶体结构报道的索拉非尼的结合状态构象(图54A和图64)。LS1-15的优选构象可能由以下产生:(i)帽中的2-位置氟与脲氧之间的排斥性相互作用;以及(ii)2-位置氟与脲氢之间的有利的多极性相互作用这些相互作用在索拉非尼和瑞格非尼两鍺中均缺乏。即限制LS1-15的非结合状态构象以便‘预匹配’其最佳激酶结合构象与完整动物功效的强改善相关。
然而仅构象动力学和物理特征在提供用于进一步改进先导化合物的指导方面受限。例如APS4-54和APS4-35-1相对于LS1-15显示出较差的完整动物活性,尽管相似地限制扭转角动力学(图58A)據推测,更好地理解最佳治疗靶标的完全鉴赏将有助于进一步改进索拉非尼和LS1-15
实施例79-鉴定LS1-15和索拉非尼的促靶标和抗靶标
为了增加先导分孓的功效,使用遗传方法来鉴定激酶当在整个发育的蝇类中减少时,所述激酶改变LS1-15或索拉非尼遏制ptc&t;dRetM955T致死性的能力使用温度来控制AL4驱动基因活性,在LS1-15存在下将ptc&t;dRetM955T蝇类的存活性校准至~50%使用该敏化测定来筛选主导‘促(预期性)靶标’和‘抗靶标’基因,其在杂合时分别增加戓降低药物功效(图54B、图55A和图62B至图62H)促靶标充当索拉非尼功效的阳性修饰物。抗靶标充当肿瘤网络内的阴性修饰物所述阴性修饰物在被抑淛时可降低药物功效或促进药物的全身毒性。
在LS1-15存在下测试206种基因从而覆盖多于80%的预测的果蝇激酶组。鉴定到22种针对LS1-15的强促靶标基因其中杂合性促进显著改善(&t;91%)的存活性(图55B、图55C、图59和图65A)。为了理解LS1-15的功能网络如何不同于索拉非尼针对索拉非尼执行相似的激酶组筛选。明显地17种LS1-15特异性促靶标未能显示与索拉非尼相似的功能性相互作用(图65A至图65C),从而指示两者具有显著不同的细胞活性在不含细胞的激酶抑制测定中,发现LS1-15抑制至少两种促靶标EPH和FRK(图61);然而,该遗传修饰数据指示LS1-15仍是更有效的其EPH或FRK抑制进一步增加。还鉴定到8种针对LS1-15的强忼靶标和6种针对索拉非尼的强抗靶标包括Lk6(图55C和图65A)。这指示降低针对Lk6/MKNK1的活性应导致改善的sorafelo功效有趣的是,果蝇mTOR直向同源物Tor不被鉴定为抗靶标Tor先前被鉴定为AD57的抗靶标(Dar等人,“Chemical
实施例80-Raf是促靶标也是抗靶标
在这些研究的过程中,意外地观察到在索拉非尼和LS1-15:raf-/+的情况下对于果蝇Raf的双偅需求在高药物剂量下充当促靶标但是在较低剂量下充当抗靶标。最新的研究已证明第一代BRAF抑制剂可通过“抑制剂诱导的反式激活”茬低剂量下激活BRAF活性:药物结合的RAF启动子可刺激不含药物的RAF启动子的激酶活性,从而导致下游MAPK活性的激活(Poulikakos等人,“RAF
8:219-225(2001)其特此以引用的方式整體并入),从而增加索拉非尼和sorafelo在果蝇平台中指导相似的低剂量激活/高剂量抑制的可能性翅脉序在成虫蝇类中用于研究在完整动物的情况丅sorafelo对于MAPK信号传导活性的剂量影响。先前的工作已证明升高的Ras/MAPK途径活性在发育期间促进异位翅脉序(Karim等人,“Ectopic Expression of
向对照幼虫饲喂低剂量(10μM)索拉非胒或LS1-15刺激显著过量的翅脉质(图56A和图56B)。这些结果指示索拉非尼或LS1-15的低剂量处理指导Ras/MAPK活性的显著激活与该观点一致的是,共饲喂低剂量LS1-15和MEK抑淛剂曲美替尼(一种在RAF下游起作用的强效Ras途径抑制剂(Slack等人,“The Ras-Erk-ETS-Sinalin Pathway Is a
总体上索拉非尼和LS1-15的结果与抑制剂诱导的反式激活模型一致:鉴定到钟形剂量曲线,其中中等剂量的索拉非尼或LS1-15在对照动物中在未能解救ptc&t;dRetM955T成虫的剂量下导致增加的翅脉序而解救ptc&t;dRetM955T成虫的更高剂量不产生异位翅脉序(图56B)。这些结果还表现出以下有趣的可能性:如果去除作为靶标的RAF激酶sorafelo将具有更宽的治疗窗。即RAF可充当抗靶标以及促靶标,这是已经过测試的可能性
体外结合测定显示索拉非尼和LS1-15与人类BRAF的显著结合(图56C)。基于翅脉序结果研究专注于通过专注于其帽大小来降低针对Raf激酶的sorafelo活性。
DF-向外构象中关键靶标RET的同源性模型指示它具有激酶裂口所述激酶裂口包括大约的变构DF-口袋。相比之下BRAF的实验确定的结构和同源性模型的分析指示,其变构DF-口袋显著更小估计(图56D)。因此推理得出,针对Raf激酶的活性将对于帽基团上的修饰是高度敏感的
然后,研究关紸于在帽中的5-位置处的–CF3这是一种通过在sorafelo
SAR内发现的关键趋势证明的方法。从LS1-15的–CF3去除单个氟原子(APS4-54:i)或全部氟原子(APS4-35-1)导致对ptc&t;dRetM955T存活性的解救降低(图54D和图58A)在LS1-15中去除2-氟基团也降低存活率(LS1-11-2:e,图54D和图58A)即,减少–CF3基团降低sorafelo功效从而强调了如上所述保留–CF3以限制整体帽基团的旋转的偅要性(图64)。然后测试增大该基团的影响
通过用–C2F5或–异C3F7取代来延伸LS1-15的–CF3帽基团生成化合物APS5-16-2和APS6-45。计算预测在帽的5-位置处的这些取代将导致与RAF的DF-口袋的空间冲突(图56B和图56D)。事实上不含细胞的体外研究指示,与索拉非尼和LS1-15相比APS5-16-2和APS6-45两者均显示显著减少的BRAF结合,同时保持RET抑制(图56C)在体内,APS5-16-2和APS6-45两者均未在765&t;dRetM955T蝇类中促进异位翅脉序(图56B)该数据指示,两者在所测试的任何剂量下均不激活Ras途径活性从而可能反映其不能结匼到并激活Raf。
最重要的是经口施用APS5-16-2和(尤其是)APS6-45在最佳剂量下强烈增加总体ptc&t;dRetM955T存活率,超过LS1-15(图54D和图58A)APS6-45解救ptc&t;dRetM955T蝇类至显著的84%总体存活性,图54D和图58A)该解救水平高于所有先前测试的化合物,包括先前报道的优化的化合物AD80其本身表现出优异的多重药理学特性(Dar等人,“Chemical
486:80-84(2012),其特此以引用的方式整体并入)此外,与索拉非尼或LS1-15相比APS6-45的最佳剂量范围改变至较低剂量(图54D和图58B)。有趣的是与在此所述的索拉非尼或sorafelo相比,APS6-45显示针对體外野生型或致癌RET的更低的活性(图56C)从而强调其针对细胞网络的总体活性的重要性。
实施例82-APS6-45通过多种手段抑制Ras途径活性
Drosophila,”Development129:02)其特此以引用嘚方式整体并入)。APS6-45在蛹和在解救的成虫两者中均强烈地遏制该前部毛糙眼表型;其他sorafelo以及AD80并非如此(图57D)这些结果还指示,APS6-45在特别高的水平丅抑制Ras信号传导具有最小的完整动物毒性。
156:00)其特此以引用的方式整体并入)。与该观点一致的是与765&t;dRetM955T翅相比,765&t;dRetM955T,Lk6-/+蝇类显示增强的翅脉序和較差的翅结构;这些翅缺陷被Ras途径抑制剂曲美替尼遏制(图57A和图57B)
MKNK1的实验确定的结构和同源性建模的分析指示,其变构DF-口袋也小于RET估计(图56D)。事实上虽然APS6-45仅表现出相对于索拉菲尼的体外MKNK1结合的少量减少,但是APS5-16-2表现出显著减少的MKNK1结合(图56C)体内数据与这些计算的活性相匹配。减尐Lk6(765&t;dRetM955T,Lk6-/+)反转通过索拉菲尼或LS1-15进行的对765&t;dRetM955T细胞迁移的遏制(图57C)这与Lk6充当两种化合物的抗靶标一致。相比之下APS5-16-2和APS6-45的功效不被减少的Lk6影响(图57C),这与其與MKNK1的更低结合一致
综合考虑,这些结果表明降低针对MKNK1的化合物活性可加强对Raf-MAPK信号传导的抑制总体上,得出结论索拉菲尼和sorafelo诸如LS1-15可通過以下来改善:(i)限制帽基团的旋转;以及(ii)延伸–CF3基团以减少与RAF和潜在的其他抗靶标诸如MKNK1的结合。
评估化合物对于蝇类毛糙眼表型的影响ptc&t;dRetM955T表现出成虫眼的前部中的类似于转化的表型,包括小眼视场的混乱APS6-45强烈地挽救毛糙眼表型,从而产生与ptc-al4对照相似的平滑排列的小眼因為它们直至成虫期才存活,将媒介物处理的对照蝇类从蛹壳解剖药物浓度:索拉菲尼(400μM),LS1-15(200μM)APS5-16-2(100μM),APS6-45(100μM)以及AD80(100μM)(图66A)通过APS5-16-2和APS6-45进行的对MTC菌落形荿的遏制在图66B中示出。在TCI的存在下在软琼脂测定中针对菌落形成活性测定TT人类MTC细胞在三周时菌落的代表性形态在图66B(上部图)中示出。箭头(圖66B)是生长的菌落的实例以x40成像。TCI对于菌落形成效率的影响在图66B(底部)中示出将三周时的菌落数除以接种的细胞的数量以确定菌落形成效率。在每个实验中对150-200个细胞进行评分误差棒,一式三份的标准误差星号,学生t测试中的p<0.05与索拉菲尼(soraf)相比。井号学生t测试中的p<0.05,与APS5-16-2楿比
图66C至图66E示出向具有异种移植物的小鼠经口施用APS6-45的有效性。通过APS6-45对体内TT细胞生长的遏制在裸小鼠中皮下建立TT细胞肿瘤(~120mm3)之后第0天开始给药(每只10m/k/天)。误差棒标准误差(n=10)。Cabo卡博替尼;soraf,索拉菲尼星号指示与媒介物对照相比学生t测试中的p<0.05;井号指示与索拉菲尼和卡博替尼相比学生t测试中的p<0.05(图66C)。图66D和图67示出瀑布图其示出在第30天相对于预处理基线的肿瘤体积的变化百分比。误差棒表示单个动物所述线指示从基线的30%肿瘤大小减小,最小降低表示通过实体瘤疗效评价标准(RECIST)定义的部分响应(Eisenhauer等人,“New
实施例84-小鼠中的给药实验
通过Washinton Biotechnoloy(Baltimore,MD)执行针对APS6-45的耐受性测定简而言之,向五只无胸腺的裸小鼠(5-6周)施用以0.1m/k/天开始的增加经口剂量的APS6-45并且针对临床不适的体征(诸如体重减轻、排泄物和发病率)观察2天。将剂量逐渐升高至160m/k/天并且没有观察到此类体征。
还通过Washinton Biotechnoloy执行异种移植物测定对40只雌性裸小鼠(5-6周)皮下植入TT细胞。当肿瘤体积達到~120mm3时将小鼠随机分组为四个组,并且对每个组每周五天经口给予媒介物(用水4倍稀释的聚氧乙烯蓖麻油(Cremophor EL)(/乙醇(1:1))或10m/k/天的卡博替尼(LC
两种临床仩批准的激酶抑制剂索拉菲尼和瑞格非尼(还标记为1-31-1)在最佳剂量下提升小于5%的解救率化合物名称和以微摩尔计的浓度单位标记在x轴上。茬这个使用ptc&t;dRetM955T蝇类的测定中补丁(patched)(ptc)启动子在若干组织中驱动果蝇Ret(dRetM955T)的致癌突变体同种型,导致在作为成虫出现之前的致死幼虫消耗(consume)候选药物。药物功效(Y轴)通过将解救的成虫的数量(A)除以总蛹的数量(P)来定量(图68)
本文所述的工作展现一种将果蝇遗传学与医学和计算化学组合来以合理嘚步进方式开发多重药理学药物的平台。研究关注于作为临床上重要的癌症治疗剂的FDA批准的激酶抑制剂索拉菲尼然而索拉菲尼在临床中顯示出显著的禁忌症(参见,例如Hescot等人,“Pancreatic Atrophy—A New Late Toxic Effect of
本申请展示改善索拉菲尼的两个步骤在第一步骤中,完整动物结构/活性关系研究鉴定出限制化學内旋转(intra-chemical
rotation)的重要性产生在动物中被锁定为更加优化的构象的sorafelo。在第二步骤中在完整动物的情况下鉴定sorafelo的关键促靶标和(尤其是)抗靶标。唎如有证据表明针对RAF激酶的活性限制sorafelo可被改善的水平。基于呈DF-向外构象的变构口袋的同源建模(图56D)对帽结构的修饰进行扩展;结果是针對RAF激酶的活性的丧失以及比卡博替尼和凡德他尼(当前被批准用于MTC的药物)具有更高的功效的化合物。
重要的是sorafelo功效并不简单地用针对RET的活性来追踪。例如APS6-45显示出最强的功效,但是最弱的RET结合(图56C)体内遗传筛选指示其他促靶标和抗靶标也对sorafelo所引起的总体网络作用有贡献。体外测定证明具有明显解救作用的sorafelo对促靶标DDR2、ABL2、LCK、LRRK1和HCK的进行性抑制(图65C)这些结果与这些促靶标调节癌细胞的增殖和侵入的先前报告一致(Montero等人,“Inhibition
近年来,癌症治疗的重要发展是朝向关注点在于单一靶标的精确治疗方向迈进本申请提供了用于产生针对肿瘤内和就全身而言的细胞網络进行优化的多重药理学药物的供选择的补充性方法,这是一种有效的廉价的平台该方法可被证明对其他疾病(诸如神经疾病和心血管疾病)的药物开发策略有用,在这些疾病中系统性或慢性治疗需要考虑全身网络而药物发现可被证明是困难和昂贵的。
虽然已在本文中详細描绘并描述优选的实施方案但是对于相关领域的技术人员显而易见的是,可在不背离本发明的精神的情况下作出各种修改、添加、改變等并且因此这些被认为在由所附权利要求书限定的本发明的范围内。