PARP抑制剂作为单药发挥药效是基于合成致死的概念，即其中癌细胞的突变导致细胞对另一种蛋白质的抑制或调节敏感。PARP抑制剂的例子中，乳腺癌基因（BRCA）发生突变，使得细胞对另一种蛋白敏感，并导致细胞不能通过同源重组（HR）修复DNA双链断裂。PARP抑制剂最早被开发用于提高放疗和化疗的敏感性，因PARP依赖的修复机制可以修复化疗药物或电离辐射诱发的癌细胞DNA单链断裂，从而使肿瘤细胞存活，所以PARP抑制剂联合放、化疗有望阻止DNA修复，进而导致细胞死亡。但迄今为止，还没有PARP抑制剂被批准与化疗或放疗联用。年，Bryant等和Farmer等两项研究首次确认PARP抑制剂对BRCA突变的肿瘤会产生联合致死作用，这为肿瘤治疗提供新的思路，即利用肿瘤自身缺陷单纯通过DNA修复酶抑制剂杀死肿瘤。年，I期临床试验在人体中再次验证该实验结果。年AZ的第一个PARP抑制剂奥拉帕尼（olaparib）获得美国FDA批准用于治疗卵巢癌，年和年，鲁卡帕尼（rucaparib）、尼拉帕尼（niraparib）先后出现。截至目前，连同塔拉唑帕尼（talazoparib）已经有4个PARP抑制剂靶向药物被FDA批准上市。国内方面，恒瑞医药的氟唑帕利于年12月获批上市，百济神州的帕米帕利也于年5月获批上市。
图1第一代PARP抑制剂作用于PARP1和PARP2然而，第一代的PARP抑制剂都是对PARP1和PARP2的双重抑制剂，在同源重组修复缺陷时，仅需要PARP1的参与。PARP2与血液学效应有关，这是第一代PARPi观察到的主要临床不良事件。与第一代PARPi相比，选择性PARP1抑制剂和DNA诱捕剂能提高治疗指数。但是PARP1和PARP2高度同源，图2中PARP2的绿色部分与PARP1一致，仅有红色区域和PARP1不一样，这给发现高选择性的PARP1抑制剂带来了巨大的挑战。图1中，4个FDA获批上市的抑制剂中，PAPR1/2的选择性均小于倍，并都有≥3级的血液相关的不良反应，如贫血、中性粒细胞减少症和血小板减少。艾伯维的3期临床药物veliparib作为单一疗法尚未获得批准，虽然veliparib是一种有效的PARP1/2抑制剂，在文献中已经证明了veliparib在捕获PARP1/2到DNA上的效率要低得多。
此外，使用敲除小鼠的研究也表明，PARP2与血液毒性有关，PARP1/2双敲除在胚胎上是致命的。Muraietal.和Ronson等已经证明了合成致死的BRCA突变完全是由PARP1驱动的，PARP2被捕获到DNA中并不是合成致死所必需的。受这两项研究的吸引，AZ开始寻找一种有效的、选择性的PARP1抑制剂，假设这样的化合物有更少的血液毒性和改善的治疗指数。这可能对患者有好处，也为与其他由于重叠毒性而失效的PARP抑制剂联合使用开辟了新的机会。首先来看AZD。
图2PARP1和PARP2在NAD+辅因子结合位点周围高度同源如图3，首先筛选了大量的化合物，并确定了FR能够高选择性的和PARP1结合，且PARP1的选择性接近倍。后续主要要解决的是：提高对BRCA突变体的增殖抑制活性，解决hERG问题，降低logD，优化清除率。另外，FR中的苯基四氢吡啶片段与MPTP相似，MPTP是一种已知的代谢为MPP+并导致不可逆帕金森病的化合物，因此需要避免该片段。四氢吡啶部分被哌嗪取代，并接上二甲基咪唑的化合物1表明，该化合物的活性和选择性（倍）可以得到平衡，logD降低至2.3，但仍有hERG风险。
图3对FR的优化图4Nicotinamide母核优化接下来，探索了化合物1中正丙基连接链的变化，旨在减少可旋转键的数量并使分子更加刚性，假设这可以提高化合物的活性。一个成功的设计假设是从喹唑啉酮到连接子中间形成一个额外的环，形成三环核心，如化合物2、3、4、5。化合物2仍旧存在溶解度和hERG的问题。为了降低logD，尝试在饱和环上加入杂原子得到化合物4，但是却损失了对PARP1的活性和选择性。最后，研究人员对左侧母核的变化进行了研究，打开远端饱和环并进行了修整。这一努力的结果得到了化合物5，它在BRCA突变增殖试验中非常有效，对PARP2保持了倍的选择性。化合物5具有良好的平衡性质，降低了hERG活性(IC50)=12μM和良好的晶体溶解度为71μM的化合物，测得的logD为2.7。但该化合物HLMCLint过高，无法继续开发。
图5哌嗪上芳基的优化化合物9中的吡啶羧酰胺片段的引入，使得hERG和抗增殖活性之间保持了良好的平衡，其hERGIC50为21μM，同时在4nM处保持了良好的抗增殖活性。此外，在Caco2测定中，9有可接受的HLMCLint和低外排。有了化合物9，仍需继续降低HLMCLint，以减少预期的人体剂量，并提高溶解度。
图6候选化合物AZD的发现和评价数据对9改造得到了AZD。其体内临床前药代动力学特征在小鼠、大鼠、犬和食蟹猴中测定。化合物AZD的CLp非常低，分别为0.23、1.1、0.33和0.84mL/min/kg，小鼠、大鼠、犬、猴的稳态分布体积(Vss)为0.17，0.38、0.30、0.38L/kg。血浆半衰期分别为8.0、4.6、10和7.1h。AZD的口服生物利用度在所有物种中都很高，与低的肝脏清除率和高的吸收比例一致。比较低的未结合清除率，加上高活性，预计体内有效剂量可以降低。
图7HBCx-17(BRCA1m)PDX(患者源性外体)模型体内的疗效（25即AZD）在适当的小鼠口服暴露下，化合物AZD在BRCA1m三阴性乳腺癌(TNBC)患者衍生的移植体(PDX)模型HBCx-17中进行了体内药效测试。将肿瘤碎片皮下植入小鼠体内，当平均肿瘤体积约为0.1cm3时，将小鼠随机分为治疗组。从随机化后的第一天开始，动物每天都接受药物治疗或化合物olaparib(mg/kg)或化合物AZD（10、1、0.1、0.03mg/kg）。每日剂量为10mg/kg和1mg/kg的化合物AZD，肿瘤消退率超过80%，与化合物olaparib在mg/kg时的效果相当，而0.1mg/kg的化合物AZD的消退率为73%。化合物AZD剂量低至0.03mg/kg也会导致肿瘤消退(25%)。为了评估对血液毒性的担忧，使用了体外血液毒性试验，并比较了AZD和talazoparib在复合治疗5天后对造血干细胞/祖细胞(HSPCs)增殖和分化能力的影响，数据表明，AZD对人体外HSPCs的毒性小于talazoparib。
图8AZD在体外人体模型中具有较低的血液毒性（蓝色为，红色talazoparib）阿斯利康公司开发的AZD是下一代PARP抑制剂，具有多种临床选择，包括探索与现有化疗方法的联合方案，已进入PhaseI/II，适应症为前列腺癌和实体瘤。AZD的I/IIa期试验结果表明，与第一代PARP抑制剂相比，AZD在伴有BRCA1/2、PALB2和RAD51C突变的卵巢癌、her2阴性乳腺癌、胰腺癌和前列腺癌患者中具有更好的耐受性。
图9AZD的发现AZD-则是一种有效的脑渗透PARP1抑制剂，对PARP1的选择性是PARP2/3/5a/6的多倍。AZD在SSBs（DNA单链断裂）位点通过选择性地抑制和捕获PARP1发挥作用。同时，AZD-有潜力用于HRD+乳腺癌和晚期实体恶性肿瘤的研究。图9中可以看到AZD和AZD在结构上的细微差别，AZD的酰胺左侧是甲基，并且整个分子多了两个氟原子：R2的吡啶邻位和双环母核上的苯环。并且，AZD将AZD母核中吡啶的N“移”至左侧环上。这些变化表现在评价数据上，则显著提高了PAPR1的选择性，RatCNSKpuu4h提升至0.27，但是溶解度也明显的下降，从50μM降低至19μM。按3倍的IC50产生药效，溶解度也是足够的，两个F的引入可能是为了改善入脑，主环中加入氮可以让分子更容易地进入中枢神经系统。
Kp,uu是游离药物在脑与血浆中的比值，是评价化合物在血液和脑之间分配平衡的关键参数，综合反映了被动扩散和转运体的作用。当Kp,uu接近1时，是比较理想的化合物特性，其渗透性较好且非转运体底物，此条件下可将血浆游离药物浓度作为替代指标；当Kp,uu远小于1时，表明化合物可能是转运体的底物或者渗透性较差，此时需要结构修饰改良化合物特性；当Kp,uu大于1时，可能有主动转运体参与其跨膜转运过程。
无论同源重组修复(HRR)状态如何，AZD-抑制PARP1酶活性的IC50s范围在0.3-2nM之间。在等基因细胞系对中证实了对hrr缺陷(HRD+)模型(DLD1BRCA2-/-;SKOV-3BRCA2-/-和SKOV-3PALB2-/-)更为有效。BRCA2-/-DLD1细胞的IC50为1.38nM，而BRCA2wt细胞的ICμM，这相当于在BRCA2-/-细胞中的有效性比野生型高约2万倍。
如图10，在体内，AZD在BRCA1突变体MDA-MB-异种移植瘤模型中表现出剂量依赖性疗效。在乳腺癌脑转移瘤颅内移植模型中，AZD-(3mg/kg)能持续抑制肿瘤生长，从而显著延长荷瘤小鼠的存活时间。
因而，AZD是一种潜在的化合物，可用于治疗扩散到大脑的HRD+乳腺癌患者。阿斯利康在AACR中首次介绍了AZD发现过程及临床前数据。目前AZD处于PhaseI/II，适应症为实体瘤（NCT）。
图10AZD在BRCA1突变体MDA-MB-异种移植瘤模型中的药效总结
总的来说，本文主要介绍了阿斯利康的两个临床分子，AZ尝试解决了第一代PARP抑制剂解决不了的问题：1，第一代的PARP抑制剂都是对PARP1和PARP2的双重抑制剂，因为对PARP2的抑制从而带来血液学相关毒性，因而推出AZD，其对PARP1抑制的选择性相对PAPR2高达倍以上，动物模型中，发挥相同药效的剂量也比奥拉帕利低十倍以上；2，第一代PARP抑制剂不能入脑，因而不能治疗脑转移癌症患者，开发的AZD，其对PARP1的选择性是其他亚型的多倍，且相对AZD能更有效的入脑，发挥药效，并进一步降低了治疗剂量，提高治疗指数。
奥拉帕利于年在国内获批。年，奥拉帕利通过谈判降低了61.8%的价格，并进入了医疗保险B类别目录。年，由于新适应症获得批准，奥拉帕利再次参加了医疗保险谈判，并降低了39.64%的价格，在医疗保险支付范围内扩大了新的适应症。最新的医疗保险支付价格为元/毫克/片。年奥拉帕利全球销售额达到23.48亿美元，同比增长30%。年上半年，奥拉帕利销售收入12.91亿美元，同比增长18%。除了美国区销售5.82亿美元、欧洲市场销售3.29亿美元外，新兴市场销售收入达到2.41亿美元（同比增长32%），这主要归功于中国将一线卵巢癌适应证通过谈判纳入了医保支付范围之内。根据智慧芽新药情报库，奥拉帕利的化合物专利在年3月到期，用途专利在年11月到期。目前国内已有齐鲁、正大天晴、罗欣、豪森、石药、科伦、华东医药等十几家企业布局申报仿制。其中，齐鲁制药率先申报上市。在专利即将到期之时，阿斯利康颠覆自身而开发的AZD和AZD也极有可能取代奥拉帕利成为AZ在PARP这个靶点的下一个重磅炸弹药物。
参考文献：
1，XiaolanZhengetal;Discoveryof5{4-[(7-Ethyl-6-oxo5,6-dihydro1,5-naphthyridin-3-
yl)methyl]piperazin-1-yl}Nmethylpyridine-2-carboxamide(AZD):APARP1DNATrapperwithHighSelectivityforPARP1overPARP2andOtherPARPs.J.Med.Chem.,64,.
2，AZposterDiscoveryandfirststructuraldisclosureofAZD,anextgeneration,highlyselectivePARP1inhibitorandtrapper.
3，Abstract:AZDisanovel,brainpenetrantPARP-1selectiveinhibitorwithactivityinanorthotopic,intracranialxenograftmodelwithaberrantDNArepair.
4，智慧芽新药情报库。