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Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) 是调控细胞生长、增殖和生存等关键通路的重要脂质激酶家族。根据其结构和底物特异性，PI3K可分为I、II、III类，其中I类PI3K研究最为深入，并进一步细分为IA和IB亚类。PI3Kα在多种癌症中突变频繁，与肿瘤发生、血管生成和葡萄糖代谢密切相关；而PI3Kγ和PI3Kδ则主要在髓系细胞中表达，对免疫功能至关重要。双重抑制PI3Kγ和PI3Kδ可有效调控肿瘤微环境，成为治疗肿瘤的潜在策略。首个PI3Kγ/δ双重抑制剂duvelisib已获FDA批准用于治疗多种淋巴瘤，其他几种双重抑制剂也正在临床开发中。然而，开发具有新型骨架结构且能减少副作用的PI3Kγ/δ抑制剂仍是当前的研究重点。针对上述问题，中科院物质科学研究所刘静课题组通过理性设计和系统的结构优化，鉴定出一种强效且选择性的吡唑并[1, 5-a]吡啶类PI3Kγ/δ抑制剂。相关工作以“Discovery of
Pyrazolo[1,5-a]pyridine Derivatives as Potent and Selective PI3Kγ/δ Inhibitors”为题发表在美国化学会出版的药物化学领域核心期刊Journal of Medicinal
Chemistry上 (J. Med. Chem. 2024, 67, 17, 15199–15219)【1】。作者首先对PI3Kγ和PI3Kδ蛋白结构进行分析，以已报道的选择性ATP竞争性PI3Kγ和PI3Kδ抑制剂4和5为起点，采用片段杂交的策略，将化合物4的氨基吡唑并嘧啶片段与化合物5的二甲氧基吡啶片段进行拼接得到化合物12a。随后，将化合物12a分成四个区域，依次进行片段替换，筛选出活性及选择性好的片段，不断进行替换、迭代优化 (图1A)。经过几轮优化，选择化合物14c、17e和20e进行大鼠的初步药代动力学评估。结果显示，17e和20e具有优异的药代动力学特性，尤其是20e，展现出最佳的口服生物利用度和亚型选择性，因此被用于后续的研究。化合物20e在64种肿瘤相关激酶中显示出高度选择性，仅对PI3Kβ、PI3Kγ和PI3Kδ有显著抑制作用(图1B)。细胞实验进一步确认其对PI3Kγ和PI3Kδ的强效抑制，同时对PI3Kα和PI3Kβ抑制作用较弱，表明20e对PI3Kγ和PI3Kδ亚型具有较高选择性。![]()
图1：(A) 化合物20e的发现示意图；(B) 在1 μM浓度下，使用ADP-Glo测定法和均匀时间分辨荧光 (HTRF) 法，对化合物20e进行64种激酶的选择性谱分析。
巨噬细胞在维持机体稳态和抵御病原体方面发挥着重要作用，分为促炎的M1型和抑炎的M2型。M1型通过产生促炎细胞因子抵抗肿瘤和外部病原体，而M2型则促进肿瘤生长。实验表明，20e能显著降低M2型标志物 (CD206和Arg-1) 的表达，同时增加M1型标志物 (CD86和IL-1β) 的表达，促使骨髓来源巨噬细胞从M2转变为M1 (图2A)。此外，20e在五种物种的肝微粒体中显示出良好的代谢稳定性。在进行体内疗效研究前，作者通过研究20e在小鼠中的药代动力学特性，确认其最佳给药方式为口服给药。随后，在MC38同系小鼠模型中，评估了20e单药与抗PD-1抗体联合给药的抗肿瘤效果。结果显示，20e以50 mg/kg的剂量抑制肿瘤生长44.4%，联合治疗组的抑制率达85.2%，且未影响小鼠体重(图2B)。此外，治疗后肿瘤组织中的CD8 T细胞显著增加，尤其在联合治疗组，表明20e通过激活CD8细胞毒性T细胞抑制肿瘤生长。
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图2：(A) 化合物20e通过抑制BMDM细胞来源的M2巨噬细胞表型 (CD206、Arg-1) 并诱导M1巨噬细胞表型 (CD86、IL-1β)，改变了巨噬细胞的极化；(B) 化合物20e在MC38同系小鼠模型中的体内疗效。
总结
在此项工作中，研究人员通过合理的结构优化鉴定出一种有效的PI3Kγ/δ双重抑制剂20e，其对PI3Kγ和PI3Kδ的IC50值分别为4.0和9.1 nM，具有良好的激酶选择性和代谢稳定性。化合物20e能够抑制PI3Kγ和PI3Kδ介导的AKT S473磷酸化，并有效促使BMDM巨噬细胞从M2型重新极化为M1型，其单药或联合用药可以有效的抑制体内肿瘤的生长，为癌症治疗提供了有价值的候选化合物。参考文献
【1】Wang, C.; Zou, F. M.; Qi, Z. P.; Liu, Q. W.;
Shen, L. J.; Yuan, X. Y.; Deng, M. Q.; Wang, A. L.; Wang, B. L.; Wang, L.; Liang,
X. F.; Liu, Q. S.; Liu, J. Discovery of Pyrazolo[1,5-a]pyridine Derivatives as
Potent and Selective PI3Kγ/δ Inhibitors. J.
Med. Chem. 2024, 67, 17, 1234–1245. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.4c00817.
