一、前言

根据已报到Kras-G12D抑制剂MRTX1133^[1]的3D结构，使用Openeye^[2]对含有60979个小分子化合物的数据库^[3]进行基于结构相似性程序Rocs筛选，优选前500个化合物；再进行基于静电相似性程序EON筛选，优选前100个化合物。通过与MRTX1133的叠合选择其中12个化合物，进一步进行结构改造以匹配关键药效团；再使用Openeye中分子对接程序HYBRID进行结合模式验证，得到12个针对Kras-G12的先导化合物，对其中2个分子的对接结果进行基于SBDD和FBDD的分子设计，通过Openeye中分子对接程序POSIT进行结合模式验证，最终设计产生2个具有潜在活性而且结构新颖的Kras-G12D抑制剂。

Kras-G12D抑制剂MRTX1133

在2021年12月10日，药物化学期刊 Journal of Medicinal Chemistry报道了Mirati Therapeutics公司和辉瑞科学家公开的非共价、有效和选择性 KRAS-G12D抑制剂MRTX1133的发现过程，并公开了晶体复合物，这为我们后续的研究提供了结构基础。

MRTX1133与KRAS-G12D的药效团模型和结合模式

MRTX1133与KRAS-G12D相互作用中，最关键的是哌嗪桥环上的NH与ASP12残基的氢键与盐桥作用，这也是针对KRAS-G12D选择性的决定因素。

1.研究流程

2.模型构建

3.筛选结果

基于配体结构的虚拟筛选得到的结果一般很难与配体中所有药效团匹配；需要研究者合理的运用分子改造手段，如SBDD和FBDD的方法，通过筛选结果与配体的叠合，结合配体本身药效团的分布情况，对筛选得到的小分子进行合理设计与改造，达到我们预期的目的。

4.分子改造

前面提到，MRTX1133中哌嗪桥环上的NH与ASP12残基的氢键与盐桥作用是针对KRAS-G12D选择性的决定因素。所以这里的每一个分子都会保持这样一个NH，产生类似的作用；主要以哌嗪为例，实际研究过程中需要对该位置进行片段优化，找到优质片段。下面将以化合物1-5和1-12的改造为例来体现改造思路与过程，然后通过分子对接来验证我们的思路，并为下一步的结构改造提供思路。

5.分子叠合与结构改造

通过1-5与MRTX1133（黄色部分）的叠合可以看出，1-5中哌嗪上的N原子与MRTX1133中的NH位置能够很好的重叠，说明1-5的结构中六并五的芳环可以起到很好的骨架作用，提取出母核结构后，将左侧甲基替换成酰胺可以观察该位置的取代基空间取向，右侧苯环上二甲氧基的删去是希望避免与蛋白产生空间排斥，临位甲基的引入则是想改变二面角，苯环上加一个N是观察能否会产生新的相互作用。

1-12本身结构中没有类似MRTX1133中哌嗪桥环上的NH的基团，需要在分子叠合的基础上，在1-12合适的位置引入，然后提取关键片段得到母核结构，在此基础上,分子左侧的苄基位置虽然没有氢键供体，但是在初步改造中可以保留，用于观察该处基团的空间走向，1-12中右侧酰胺侧链片段也很好的与MRTX113重叠，这里也不做改动，所以，整体上面，只是在1-5结构的基础上添加了哌嗪，用来匹配与ASP12残基的相互作用。

上述分子只是基于配体结构进行改造，改造后的分子需进行分子对接来验证结合模式，对接结果也为进一步的分子优化提供基础。

6.对接结果

通过2-5与MRTX1133的叠合和与KRAS-G12D的对接结果可以看出：2-5很好的占据了结合口袋，哌嗪环上的NH也模拟了MRTX1133与ASP12和GLY60的氢键和盐桥作用，下一步的结构改造方向主要是片段的衍生与GLU62、ASP69和HIS95产生氢键作用。

通过2-12与MRTX1133的叠合和与KRAS-G12D的对接结果可以看出：虽然2-12中的哌嗪环与MRTX1133的重叠不是很好，但是同样可以很好的与ASP12和GLY60形成氢键和盐桥作用，化合物左侧的二甲酰亚胺中的两个羰基都可以与KRAS-G12D形成氢键作用，右侧的吗啉环中的N也与MRTX1133在该位置的N很好的重叠在一起，整体来说，2-12左侧苄基是接下来改动的主要部分，需要在该位置增加一个氢键供体。

7.分子优化

最终化合物采用的片段主要还是参考了MRTX1133的优势片段，但是并不表示不同的骨架的分子，MRTX1133的优势片段都一定是最优片段，针对MRTX1133的左侧的萘环片段和右侧的六氢-1H-吡咯嗪片段，源资科技也进行了相应的结构虚拟筛选，希望感兴趣的学者能够联系我们，互相交流。

参考文献

1. Identification of MRTX1133, a Noncovalent, Potent, and Selective KRASG12D Inhibitor；Journal of Medicinal Chemistry 2022 65 (4), 3123-3133；DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c01688

2. OpenEye Toolkits Dev build OpenEye Scientific Software, Santa Fe, NM. http://www.eyesopen.com.

3. Sterling and Irwin, J. Chem. Inf. Model, 2015 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jcim.5b00559.