激酶抑制剂大多数情况做出体外活性不难，但要找到一个合适的临床候选分子往往却也并不容易。

LRRK2是一个多domain的激酶 (图1A)，也是治疗帕金森症的潜力靶点。由于是CNS疾病，其抑制剂要求能透脑。同时也要求有较好的安全性 (选择性)，以及其它成药性质等。

把这些融为一体，同时还能保持良好的活性，就不那么容易了。

图2B是目前报道的一些在研分子，其中有的已经上临床。

最后两个分子都是默沙东报道，其中分子6已经被优化成一个活性不错、高选择性、透脑的分子 (图2)，这是另一个故事，此处不表；而分子5活性不错，但某些性质比较差，只能作为一个工具分子 (图3)，但却是这里分子优化的一个出发点。

图1 LRRK2及部分在研分子

图2 分子6 (compound 24) 结构及部分数据

图3&4 分子5 (MLi-2) 数据及结构

core replacement

rationale是去掉一个HBD，尽管这预计非常可能会丢活性，但可能改善透膜乃至透脑，以及代谢 (根据MetID结果)。

如下图用极化的CH替换NH，Vα(r)与EHT HBD结果都是计算预测的HBD强度，理论上讲Vα(r)结果可能更有参考意义。从LRRK2 IC50结果来看，跟计算或者预期一致。总的来说活性都有较明显下降，其中分子8保持最多活性，但综合来考虑，分子10可能是相对更好的新出发点。

图5 得到新出发点分子10

探索溶剂区

估计他们在找分子MLi-2时已经有过一遍探索，所以这里列的比较简单。分子13的rationale是溶剂区引入一个旁边有两个甲基的叔醇，期望能改善溶解性同时能保持透脑，但事实上并没有改善溶解度 (虽然其它有些方面有改善)。

分析原因可能是分子整体有点过于flat，因此在伸向溶剂区的环引入桥环，结果确实改善溶解度 (分子14)。

图6 伸向溶剂区片段的调整

图7 分子14共晶结构

调整另一侧 (lysine region) 取代

rationale是分析CNS drug like properties，认为有必要继续减少HBD及芳环数量 (图8)。

图8 有必要进一步向CNS drug like改造

通过合成手段做了一个specific enumeration library，结果如下图9，约200个分子，但仅有少数能达到IC50 < 500 nM。其中分子15活性相对最好，但比起之前分子12也差10x。

图9 化学enumeration及结果

受分子15及之前MLi-2启发，基于结构及docking模拟设计分子19，活性有明显改善 (5 nM)，比之前分子12更好，且成功移去一个HBD一个芳环。

图10 设计出分子19 (MLi-2为共晶，分子19为model)

于是继续对分子19改造。先是按之前经验，把溶剂区换为叔醇那种 (分子20)，但性质改善有限，且活性略有降低。翻回来继续lys region改动，根据模拟结果，三元环上加个甲基会进一步填充疏水亚口袋，做出分子21活性确实有较明显改善。但对21的follow-up分子22、23活性都有不同程度的下降。根据这些结果他们认为这里可能只能容忍少数特殊的取代，这促使他们合成了“领结”三螺三环 (分子24)，结果令人惊喜，活性明显改善，无论酶还是细胞活性都达到sub nanomolar，同时保持了之前良好的性质并进一步改善，预计的dose远低于之前的分子。

进一步在溶剂区做微调，把桥环换回吡咯烷，结果也一样的好。于是24、25被选中做进一步profiling。结果发现分子24为MN positive，但可喜的是分子25一切正常，MN、Ames都是negative，尽管两个分子结构上差别很小。

图11 对分子19进一步改造得到活性、性质都好的分子

图12 分子25临床前profile

他们解析了分子25共晶结构 (图13)，发现“领结”三螺三的环很好地填充了疏水亚口袋 (图14C)，而氰基与芳环core大致同一平面，取代了在MLi-2共晶中观测到的一个水，与蛋白没有直接HB，但可能参与水介导的HB (图14D)。

仅从此还难以解释为何螺环活性非常好、而偕二甲基活性相对差很多，于是他们分析了二面角，发现螺环的binding pose正处在最低能的位置 (图14E)，单甲基取代的binding pose也处于能量较低的点 (图15红色)，但偕二甲基取代与它们有较大不同，其bioactive构象处于能量比较高的状态 (图15金色)，低能构象则容易与蛋白有clash。

图13 分子25共晶结构

图14 分子25结构分析

图15 三种取代二面角比较

但同样很遗憾 (为什么是“同样”，因为看到比较多这样的例子)，尽管前面的数据看起来都很振奋人心，但分子25还是因为未披露的原因 (后续文章会介绍) 没能继续下去。

Discovery and Optimization of Potent, Selective, and Brain-Penetrant 1-Heteroaryl-1H-Indazole LRRK2 Kinase Inhibitors for the Treatment of Parkinson’s Disease, J Med Chem, Dec 2022 Structure-Guided Discovery of Aminoquinazolines as Brain-Penetrant and Selective LRRK2 Inhibitors, J Med Chem, Dec 2021

 

Tags： 默沙东LRRK2抑制剂的优化