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北京林达刘知识产权代理事务所
张淏

RAS是人类基因中重要的原癌基因之一，被认为是控制细胞基本功能的鸟苷三磷酸酶（guanosine triphosphatase，GTPase）大型家族的创始成员，也是表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）信号通路上的重要靶点。RAS家族基因主要有3种，分别是KRAS、NRAS和HRAS。其中，KRAS基因突变对人类癌症的影响最为深刻，KRAS基因的突变在人类癌症中相当常见，占所有人类癌症的17~25%（Kranenburg O., The KRAS oncogene: past, present, and future [J], Biochim. Biophys. Acta, 2005, 1756 (2): 81-2）。相比之下，发生在NRAS和HRAS家族成员中的致癌突变率要低得多（分别为8%和3%）。

KRAS基因编码的蛋白具有GTP酶活性，在GTP和GDP结合转换之间发挥分子开关作用。RAS蛋白结合GDP通 过 鸟 嘌 呤 核 苷 酸 交 换 因 子（guanine nucleotide exchange factor，GEF）转换为GTP，从而激活下游信号通路（吕莹雪等, KRAS突变非小细胞肺癌的靶向治疗研究进展[J], 中南药学, 2018, 16 (4): 513-7）。


图1

研究表明，RAS基因的突变与许多癌症有关，并且99%的突变都发生在12和13位上的甘氨酸以及61位上的谷氨酸（Y. Pylayeva-Gupta, et al., RAS oncogenes: weaving a tumorigenic web [J], Nature reviews cancer, 2011, 11: 761-774）。G12C蛋白是一种KRAS基因发生G12C突变（简称KRAS G12C）后产生的蛋白，具体为12位由甘氨酸（G）突变为半胱氨酸（C）。KRAS G12C是KRAS基因中发生率最高的一种突变形式，在大约13%的癌症发生，大约43%的肺癌发生，以及几乎100%的MYH相关性息肉病（家族性结肠癌综合征）中已有发现。

近年来，针对KRAS G12C蛋白已经开发出一系列抑制剂。例如，Nature报道了一种带有亲电基团（如乙烯磺酰基、丙烯酰基）的抑制剂，其可以减弱KRAS G12C蛋白和GTP的结合（J. M. Ostrem, et al., K-Ras (G12C) inhibitors allosterically control GTP affinity and effector interactions [J], Nature, 2013, 503:548-551）；Cell报道了一类化合物，其具有更好的抑制G12C蛋白的作用，并且在小鼠体内实验中也获得了较好的结果（M. R. Janes, et al., Targeting KRAS Mutant Cancers with a Covalent G12C-Specific Inhibitor [J], Cell, 2018, 172(3):578-589）。此外，国内外制药企业也纷纷针对自身的相关研发成果开展专利申请和布局。鉴于此，本文通过检索与KRAS G12C抑制剂有关的专利文献并分析其中化合物的结构特征及初步的SAR，以期为相关研发主体的后续工作提供一定的借鉴意义。

截至2019年9月15日，笔者利用苏州工业园区百纳谱信息科技有限公司提供的智慧芽数据库（Patsnap），分别以“标题/摘要/权利要求（TAC）”作为检索字段，以“KRAS G12C”作为检索词，限定IPC分类号为“C07D AND A61P”进行检索，共检出专利（申请）162件，分属64组简单同族。

1、申请人（专利权人）情况分析：

如图2所示，在12名申请人（专利权人）当中，美国的亚瑞克西斯制药有限责任公司（Araxes Pharma LLC，后文简称“亚瑞克西斯”）拥有64组中的43组，约占总数的三分之二，在该领域中一枝独秀，几无敌手。紧随其后的是美国的安进有限公司（Amgen INC，后文简称“安进”）和美国的米拉蒂制药有限公司/阵列生物医药有限公司（Mirati Therapeutics INC / Array Biopharma INC，后文简称“米拉蒂/阵列”），各自拥有4组。处于第三梯队的申请人共有4名，各自拥有2组，包括瑞典的阿斯利康有限公司（AstraZeneca AB，后文简称“阿斯利康”）、美国的安吉奥斯医药品有限公司（Agios Pharmaceuticals INC，后文简称“安吉奥斯”）、日本的安斯泰来制药有限公司（Astellas Pharma INC，后文简称“安斯泰来”）和美国的辉瑞有限公司（Pfizer INC，后文简称“辉瑞”）。剩余的5名申请人分别仅拥有1组，包括澳大利亚的阿尔弗雷德健康有限公司（Alfred Health INC，后文简称“阿尔弗雷德”）、德国的勃林格殷格翰国际有限公司（Boehringer Ingelheim INT，后文简称“勃林格殷格翰”）、美国的夏伊医疗有限责任公司（Shy Therapeutics LLC，后文简称“夏伊”）、加拿大的皇家学习促进学会/麦吉尔大学（The Royal Institution for the Advancement of Learning / McGill University，后文简称“学促会/麦大”）和美国的南特生物科学公司/南特生物组学有限责任公司/南特控股IP有限责任公司（Nant Bioscience INC / Nant Omics LLC / Nant Holdings IP LLC，后文简称“南特”）。

 
图2

如图3和图4所示，美国拥有12名申请人（专利权人）中的7名，超过一半，并且拥有64组中的57组，将近九成之多，稳坐该领域中的霸主地位。剩余的5名申请人（专利权人）分属日本、澳大利亚、瑞典、德国和加拿大，各自拥有1至2组，与美国之间仍存在较大差距，并且在短期内很难追平。
 
                                        图3                                    图4

2、技术方案分析：

从上述12名申请人（专利权人）各自拥有的简单同族专利中分别选取1件PCT申请，进而分析其披露的具体技术方案，具体情况如表1所示。

表1
 

 

以下将按照申请日/最早的优先权日从先至后的顺序，逐一分析各件PCT申请中所披露的化合物的分子结构。

（1）WO 2014/152588 A1-2013/03/15-亚瑞克西斯：


亚瑞克西斯公开了式（V）和式（VI）化合物，并通过逐级缩限各个环系、连接片段及取代基的取值范围，最终得到两个系列的具体化合物：系列I—“芳氨基乙酰基-含氮杂脂环-含氮杂脂环-丙烯酰基”化合物；系列II—“芳甲酰基-含氮杂脂环-丙烯酰基”化合物。其特征在于，无论是系列I中的两个串联杂脂环，还是系列II中的单一杂脂环，其两端都通过酰胺键来连接剩余片段，且一侧固定地为丙烯酰基，另一侧可变地为结构多元化的含芳基片段。

（2）WO 2016/161361 A1-2015/04/03-南特：


南特公开了式I化合物，大致可概括为“芳基-噻唑-NH-CO-噁(噻)唑”化合物。其特征在于，无论是两个噻唑，还是一个噻唑和一个噁唑，都通过酰胺片段来连接两个杂环。

（3）WO 2017/011920 A1-2015/07/22-学促会/麦大：


学促会/麦大公开了式I化合物，并通过逐级缩限各个环系、连接片段及取代基的取值范围，最终得到“(芳基)₂-噁唑-共价键(亚烷基)-芳环并杂脂环”化合物。其特征在于，噁唑环的4位和5位分别连接一个芳基，而2位通过化学键或亚烷基连接芳环并杂脂环。

（4）WO 2017/091865 A1-2015/12/03-阿尔弗雷德：

阿尔弗雷德仅公开了一种用于检测受试者应答情况的方法，并未公开任何涉及通式化合物的产品。

（5）WO 2017/201161 A1-2016/05/18-米拉蒂/阵列：

  
米拉蒂/阵列公开了式（I）化合物，并通过逐级缩限各个环系、连接片段及取代基的取值范围，最终得到“(芳基)-/(含杂原子的脂肪族基团)-哌啶并嘧啶-含氮杂脂环-丙烯酰基”化合物。其特征在于，芳基与哌啶环上的氮原子相连，含杂原子的脂肪族基团与嘧啶环上的2位碳原子通过杂原子相连，含氮杂脂环含有至少两个氮原子，其中一个与嘧啶环上的4位碳原子相连，另一个通过酰胺键与丙烯酰基相连。

（6）WO 2018/045071 A1-2016/08/31-安吉奥斯：



安吉奥斯公开了式（I）化合物，大致可概括为“三环基及仲氨基取代的吡唑并嘧啶酮”化合物。其特征在于，吡唑环连接三个环系中的两个，嘧啶酮环连接仲氨基以及剩余的一个环系。

（7）WO 2018/143315 A1-2017/02/02-安斯泰来：



安斯泰来公开了式（I）化合物，大致可概括为“2,4,6,7,8-五取代-1,3-萘啶”化合物。其特征在于，萘啶上的2位碳原子通过杂原子连接R⁴，4位碳原子通过2,7-二氮杂螺[3.5]壬烷连接包含R⁵的丙烯酰基，且两端的连接位点均在氮原子上，6位和7位碳原子分别连接R¹和R²，8位碳原子则通过氧原子连接R³。

（8）WO 2018/206539 A1-2017/05/11-阿斯利康：



阿斯利康公开了式（I）化合物，大致可概括为“六取代的稠合四环”化合物。其特征在于，稠合四环中的两个可形成离域π键（萘啶环或吡啶并嘧啶环），从而具有芳香性，剩余的两个则不具有芳香性。

（9）WO 2018/217651 A1-2017/05/22-安进：



安进公开了一系列“四取代的吡啶并嘧啶酮”化合物。其特征在于，母核上的1位氮原子连接(杂)芳基，4位碳原子连接4-丙烯酰哌啶-1-基，6位碳原子连接卤素原子，7位碳原子则连接芳基。

（10）WO 2018/237084 A1-2017/06/21-夏伊：



夏伊公开了式VI化合物，并通过逐级缩限各个环系、连接片段及取代基的取值范围，最终得到两个系列的具体化合物：系列I—“杂芳基-噻吩并[3,2-d]嘧啶-(杂)芳基”化合物；系列II—“杂芳基-噻吩并[2,3-d]嘧啶-(二)芳基”化合物。其特征在于，系列I中噻吩环上只连接一个(杂)芳基，而系列II中噻吩环上可连接至多两个芳基，但无论是系列I，还是系列II，母核中嘧啶环上的2位碳原子都只连接杂芳基，4位碳原子都不连接环状基团，而代之以羟基（系列I）或仲氨基（系列II）。

（11）WO 2018/115380 A1-20171221-勃林格殷格翰：

 

勃林格殷格翰公开了一系列“4-[(1-苯基)乙基]氨基萘啶”化合物。其特征在于，主体结构中的手性碳原子的构型为R型，并且除4-[(1-苯基)乙基]氨基外，其余取代基大多为脂肪族基团。

（12）WO 2019/155399 A1-2018/02/09-辉瑞：


辉瑞公开了式（I）化合物，并通过逐级缩限各个环系、连接片段及取代基的取值范围，最终得到“(芳环并杂芳环基)-/(无取代/含杂原子的脂肪族基团)-环己烷并嘧啶-含氮杂脂环-丙烯酰基”化合物。其特征在于，芳环并杂芳环基与环己烷相连，含杂原子的脂肪族基团与嘧啶环上的2位碳原子通过杂原子相连，含氮杂脂环含有至少两个氮原子，其中一个与嘧啶环上的4位碳原子相连，另一个通过酰胺键与丙烯酰基相连。

3、结构演进趋势及SAR分析：

通过以上12件专利不难发现，KRAS G12C抑制剂大致可分为以下三种结构类型：

1）以5/6元单环为骨架，例如亚瑞克西斯的苯环和南特的噻唑环；
2）以5,6-稠合双环为骨架，例如安吉奥斯的吡唑并嘧啶酮环；
3）以6,6-稠合双环为骨架，例如米拉蒂/阵列的哌啶并嘧啶环，甚至包括在6,6-稠合双环的基础上衍生而得的阿斯利康的稠合四环。

按照申请日/最早的优先权日从先至后的顺序将专利申请进行排列后不难发现，KRAS G12C小分子抑制剂大体经历了“单环→5,6-稠合双环→6,6-稠合双环→稠合多环”的骨架结构研发过程，骨架结构的新颖性和多样性不仅能够提供更多的苗头化合物，以备后续筛选成药。

说完了骨架，再来看一看取代基的情况。由于早期通式中的母核为单环结构，在保持药理活性的前提之下，可以连接取代基的位点相对较少，因此大多以二取代的链型结构存在，例如亚瑞克西斯的系列I和南特的通式I。随着骨架结构的复杂化，可选的取代位点进一步增多，逐渐形成含有多个取代基的星型结构，使其能够以更加灵活的构象来结合底物或受体。

声明：上述分析结论是在本领域公知常识及专利文献学习的基础上得出的，仅为笔者的个人看法，不代表所属单位及刊载媒体的观点。

 

（2019年）