小分子药物目前仍是治疗的主流，特异性治疗的生物药日益显示其优势，构成了对小分子药物创制和应用的挑战。小分子药物的优势是方便口服，患者依从性好。构建小分子药物的难点，是将药效、药代、选择性和安全性都融于化学结构之中。由于尺寸小，表面积不大，小分子药物就会对众多蛋白有不同程度的适配性结合，导致脱靶引起不良反应，在这个意义上选择性作用是首要的。在以靶标为核心构建和优化分子结构，又需要全盘顾及各个属性的要求，往往顾此失彼，达到全维度的优化实在勉为其难。
本世纪的药物创制，广泛注入了分子生物学和结构生物学元素，涌现了新的策略和技术，并获得了成功，满足了患者的需求。例如共价结合药物，是在结构生物学指引下，将适度的“亲电弹头”连接在分子的恰当位置，在分子互补性的结合中，加以共价键不可逆锁定。分子生物学直接应用于抗体偶联药物
（ADC）
的研制中，抗体
（A）
作为载体和导向
（药代）
，将毒性分子
（D）
传输到癌性细胞内，发挥杀伤作用
（药效）
。隔离的药效和药代分子实体靠连接基偶联
（C）
成ADC分子。PROTAC也是双功能分子，招募靶蛋白和泛素连接酶E3，形成三元复合物，犹如催化剂，使靶蛋白发生泛素化，导致被蛋白酶体降解。此外，近年来药物固定的配伍应用，在提高选择性、安全性、长效性和治疗效果方面也有长足进步，可视作不拘一格的物理合用的创新策略。本文列举一些成功实例，从药物化学和治疗应用的视角，简要讨论上述内容。
在药物治疗领域里，现今虽然仍以小分子药物为主流，但以特异性治疗为特征的生物大分子药物之崛起，日益显示其优势所在，构成了对小分子药物创制和应用的挑战。以方便口服而应用的小分子药物，集药效、药代、选择性和依从性等多种属性于化学结构之中，是其特点，也是难点。在以靶标为核心构建分子结构，需全盘顾及各个属性的要求，但往往顾此失彼，达到全维度的优化状态实在勉为其难。这其中最难驾驭的是由于脱靶作用而引起的不良反应，限制了治疗窗口，选择性作用显得格外重要。
其实，过分拘泥于传统新药物分子实体
（NME）
的整合性创制理念，往往会削足适履而达不到目的，也延误患者之急需，在COVID-19的3年疫情中尤显迫切。本世纪出现的一些平台技术就是突破了传统的创制理念，将整合于一个结构之中的诸多属性，从结构或组成上作分割或分散性处理，整合为一个大分子或组方，已成为行之有效的策略。本文就某些成功上市的新药为例，简述为提高小分子药物的活性和选择性而采用的一些方法。
既往的共价结合药物，大多是在小分子上连接亲电性较强的原子或基团，例如氮芥连接在L-苯丙氨酸的美法仑
(1, melphalan)
，以提高肿瘤组织摄入药物，其实并未达到对肿瘤组织是选择性摄入。至于至今应用的治疗睾丸精原细胞瘤的氮甲，即N-甲酰溶肉瘤素
(2, N-formylsarcolysin)
，只是偶然幸运发现而已。
从生化上讲，人体布满了亲核性基团，不允许有强亲电的“虎狼基团”存在，避免受到共价键结合的化学侵害。因而长时间来，药物学家除抗肿瘤药物外避开共价结合药物的研究。分子和结构生物学的发展，为研制特异性共价键结合药物提供了结构依据，近些年来上市了不少高选择性共价结合药物。这类药物的共同特点是，基于设定靶标的结合腔或裂隙，设计或筛选出形状互补、电性
（静电、氢键）
互补、发生疏水-疏水结合的分子或片段，形成较强结合，在此基础上基于结构生物学提供的结合腔中重要亲核性基团的空间位置和性质，在配体分子的适当位置连接足以形成共价结合的相匹配基团，选择的亲电性无过无不及，是精准设计提高选择性的关键。
非小细胞肺癌患者表皮生长因子受体
（EGFR）
酪氨酸激酶发生变异，位点是L858R，导致癌细胞对这个信号通路的依赖而发展。对此单变异型激酶，第一代EGFR酪氨酸激酶抑制剂如吉非替尼
（3，gefitinib）
和厄洛替尼
（4，erlotinib）
成为治疗NSCLC一线治疗药。N1和N3分别与激酶发生氢键结合，C4连接的苯氨基结合于疏水腔，喹唑啉的6/7位处于酶开口处，用来修饰溶解性。但用药一段时间后60%患者出现耐药，是由于激酶的ATP结合位点的门户残基
（gatekeeper）
发生了T790M突变，突变逃逸了3和4的抑制作用。还由于3和4对野生型的EGFR激酶也有抑制作用，不能加大剂量。
为克服耐药性研制了第二代“替尼”，是共价结合药物，为不可逆抑制剂，例如阿法替尼
（5, afatinib）
和达可替尼
（6, dacomitinib）
。化学结构类型基本不变，以适配于ATP结合腔，但在6位引入了有弱亲电性的不饱和酰胺，后者由于靠近激酶开口处的残基Cys797，从而在烯碳与巯基间发生麦克尔加成，共价键结合导致不可逆抑制。5和6提高了抑制双突变激酶的活性，因而对第一代药物发生耐药的患者有效。然而由于包括野生型在
内的所有EGFR激酶开口处都有Cys797，降低了选择性作用，呈现不良反应。
AstraZeneca公司为克服上两代“替尼”的耐药性，设定的目标是①对L858R和T790M双突变型的EGFR激酶
(DM)
选择性抑制；②不抑制野生型
(WT)
EGFR激酶；③不抑制胰岛素生长因子1受体
（IGF1R）
。为此，必需针对突变后生成的Met790的结构特征，使化合物强效结合ATP结构域，“超过”因T790M变异提高的与ATP结合力，所以，目标的本质是提高选择性：对双突变激酶高活性，对野生型激酶和IGF1R无或低活性。
该公司完全摆脱了上两代的结构类型，普筛出化合物7对双突变激酶活性强于野生型近百倍
（IC
50
(DM酶)=0.009μmol·L
-1
）
，然而对双突变细胞的活性降低了90倍
（IC
50
(DM细胞)=0.77μmol·L
-
1
）
，可能难以摄入细胞内，进而优化对DM细胞的活性，而且，7中加入亲电性基团，以期与酶开口处的Cys797发生共价结合
（相同于第二代抑制剂）
。经分子模拟，将亲电性基团丙烯酰胺连接在苯胺的间位，这是易于同Cys797的巯基发生共价结合的位置。合成的化合物8在细胞水平上对单突变
（AM）
和双突变
（DM）
的活性都强于野生型
（WT）
。化合物8与EGFR激酶结合的复合物晶体证明丙烯酰胺确实与Cys797形成了共价键结合。
为改善物化性质对吲哚和对麦可尔基团作构效关系变换，优化出化合物9, 后者对双突变细胞的活性为IC
50
(DM细胞)
=0.096μmol·L
-
1
，对野生细胞活性很弱IC
50
(WT细胞)
=23μmol·L
-1
，选择性高达240倍。为了提高共价结合的效率，将碱性和麦可尔基团分散在苯环的不同位置，化合物10对双突变细胞的活性为IC
50
(DM细胞)
=0.0006μmol·L
-1
，对野生细胞活性IC
50
(WT细胞)
=0.145μmol·L
-1
，溶解性为222μmol·L
-1
。然而10对胰岛素生长因子受体1有较高抑制活性，有潜在引起高胰岛素血症等不良反应。该脱靶作用的原因是IGF1R激酶的ATP结合域的门户氨基酸是甲硫氨酸，与耐药
（双突变）
EGFR激酶的门户氨基酸相同。这个脱靶作用对治疗剂量是个限制因素。从而对嘧啶环的4和5位取代基作进一步SAR优化，最终得到化合物11，对双突变细胞的活性为IC
50
(DM细胞)
=0.015μmol·L
-1
，对野生细胞活性IC
50
(WT细胞)
=0.480μmol·L
-1
，对IGF1R激酶IC
50
=2.9μmol·L
-1
，对hERGs钾通道的抑制作用很弱，IC
50
=16.3μmol·L
-1
)。
化合物11确定为候选化合物，定名奥希替尼
（osimertinib）
，经临床前和临床研究，证明对晚期非小细胞肺癌、特别是用一线替尼类药物治疗后疾病恶化的患者有效，于2015年11月美国FDA批准上市。
在B细胞抗原受体的信号通路中，Bruton酪氨酸激酶
（BTK）
起着重要作用。BTK是Tec激酶家族的成员，为非受体型胞浆酪氨酸激酶，主要表达于造血细胞。与BTK同属于Src激酶家族的另一激酶，称作淋巴细胞特异性蛋白激酶
（LCK）
，主要表达于T淋巴细胞，功能是调节免疫应答。BTK和LCK激酶的ATP结合域具有相似性，分子模拟表明结合位点大同小异，但BTK的残基为Cys481，LCK为Ser481，半胱氨酸巯基的亲核性强于丝氨酸的羟基，研制者基于这个差异用于设计并抑制出BTK选择性不可逆抑制剂伊布替尼
（12, ibrutinib）
，于2013年经FDA批准上市。分子的主要骨架异嘌呤二苯醚定位于BTK激酶的AYP结合腔中，弱亲电性基团丙烯酰胺靠近Cys481，与巯基发生麦可尔加成反应。伊布替尼是治疗与B淋巴细胞相关的套细胞白血病的一线用药。
AstraZeneca于2017年上市阿可替尼
(13, acalabrutinib)
是第二代BTK不可逆抑制剂。与伊布替尼相比，阿可替尼更具有选择性作用，是在结构优化中注重了降低对野生型 EGFR、Tec 的结合，避免了对正常激酶的脱靶，提高了靶标特异性并增强了 BTK 的效力，从而减少不良反应。阿可替尼用丁炔酰胺作为共价结合基团与 Cys481 的反应具有更高的选择性和体内靶标覆盖率，包括抑制 ERK、IKB 和 AKT 下游靶标的酪氨酸磷酸化，但不抑制正常EGFR、ITK 和 Tec 活性。
我国百济神州公司针对伊布替尼的口服生物利用度低
(F<10%)
，剂量大，治疗窗口较窄的缺点，而且对野生型表皮生长因子受体
(EGFR)
呈现抑制，引起皮疹和腹泻等不良反应，研制高选择性抑制剂。理念也是以竞争激酶 ATP 结合腔为作用模式，抑制剂模拟 ATP 腺嘌呤环，并变换杂环的结构骨架，设计了氨基吡唑酰胺类化合物，酰胺是为了形成分子内氢键，用假杂环模拟平面性稠合的嘧啶环[8]。在适宜的位置连接麦克尔加成基团，以实现不可逆抑制。经过数轮的 SAR 研究，研制出 BTK 新一代不可逆抑制剂泽布替尼
(14, zanubrutinib)
，于 2019 年经 FDA 批准在美国上市，成为治疗套细胞淋巴瘤和慢性淋巴性白血病/小淋巴细胞淋巴瘤的第三个有效药物。
泽布替尼与 BTK 激酶共晶结构显示，分子定位于 ATP 结合腔，酰胺基与铰链上 Glu475和 Met477 形成氢键网络，哌啶的氮原子也与 Met477 发生氢键结合，吡唑的氮原子经水分子
(氢键)
介导与 Lys430 的侧链氨基形成氢键，二苯醚的末端苯环与 Phe540 发生 T-型 π-π 相互作用，麦克尔基团与 Cys481 巯基的距离 2.9 Å，处于有利发生共价结合的范围。此外，酰胺基与哌啶氮的分子内氢键
(图 1 中未示)
也验证了最初模拟嘧啶酮结构的设想[9]。
丙肝病毒
（HCV）
是正链单链RNA病毒，其中NS3蛋白酶对丙肝病毒的生长和增殖具有重要作用，成为研制丙肝药物的靶标。NS3酶的水解机制是由三元体构成：N端的His57和Asp81，以及C端的Ser139。图2是Asp-His-Ser三元体催化水解肽键过程的示意图。三元体与底物形成氢键，提高了肽键羰基的亲电性，丝氨酸的羟基向羰基作亲核进攻，促进了肽键水解。设想抑制NS3蛋白酶的一个重要反应位点，是与该三元体结合，尤其希望与Ser139发生共价键结合。
由于NS3水解多肽的活性中心表浅而无特征，为寻找先导化合物，将某些亲电性基团连接到长肽链中，例如醛、酮、三氟甲基酮和α酮基酰胺等，以得到有较强结合作用拟肽类先导物，然后简化和修饰成小分子化合物。发现十一肽化合物15的活性K
i
=1.9nmol·L
-1
，亲电性基团酮基酰胺在十一肽的P1和P1′之间，这个位置很重要。15的相对分子质量为1265，距离口服吸收的物化和药代要求甚远，结构需要简化。化合物15的高活性，在于它与NS3活性中心的结构匹配，以及酮基酰胺的亲电性和所处的适宜位置并与丝氨酸残基发生形成共价结合而使复合物稳定化，如图3所示。
将化合物15的C端4个氨基酸Met-Ser-Tyr-Ser-
NH
2
切除，得到临近端点含有酮基酰胺的七肽酰胺
（16）
，活性K
i
=43nmol·L
-1
, 虽然下降25倍，但相对分子质量降低到796。16作结构简化，于P1′处引入一个苯基甘氨酸以增加P2′的疏水性，删除P4~P6的三个氨基酸残基，成为五肽的化合物17，K
i
=98nmol·L
-1
, 活性低于16一倍，但相对分子质量又减少了100余。X-射线晶体学分析表明，P2的侧链接近酶的Arg155，后者应带有正电荷。但在抑制剂中引入羧基并未形成盐键，没有提高活性。设想P2可能与Arg155的亚烷基链发生疏水性结合。变换不同的烷基发现P2为较小的环丙基有利于结合，进而将P1′的烷基也变换成环丙基，得到化合物18，活性明显提高，K
i
=15nmol·L
-1
，但对感染细胞未见活性，
EC
90
>5μmol·L
-1
，原因可能是游离羧基的存在不利于进入细胞膜。
进一步经过多位点变换，发现P2为二甲基环丙基并脯氨酸、P3为叔丁基甘氨酸并且氨基用叔丁氧羰基修饰，P2′的羧基制备成二甲酰胺以消除负离子和有利于穿越细胞膜，得到化合物19，活性为K
i
=5nmol·L
-1
，对感染细胞的EC
90
=0.1μmol·L
-1
19活性有明显提高，但药代性质不佳，生物利用度F=4%，达不到临床前最低要求
（AUC≥1.0μmol·L
-1
·h，生物利用度F≥10%）
这是因为分子仍然偏大，MW=725，仍需结构小型化。
根据前面述及的去除P1′和P2′的甘氨酰苯基甘氨酸仍保持活性，将化合物19的这两个氨基酸删除，使α-酮基酰胺处于端点，并将一个叔丁基改为环己基，化合物20的活性Ki=25nmol·L
-1
，对感染细胞的
EC
90
=0.4μmol·L
-1
，虽活性有所减弱，但分子尺寸显著减小，MW=532。
对20的环丙基用其他脂环替换，发现环丁甲基活性最高，再扩环活性下降，提示对P1体积的恰当容纳度。P2处的偕二甲基环丙基并脯氨酸片段已优化为最佳状态。P3处的氨基变换为烷基、芳烷基、酰胺基、氨甲酰基、脲基、磺酰胺基或磺酰脲基，发现用脲基代替氨甲酰氧连接基，活性和其他性质最佳，遂将这些优化因素综合成化合物21。21的体外活性K
i
=14nmol·L
-1
，对感染细胞的
EC
90
=0.35μmol·L
-1
，MW=519，对HCV的NS3抑制活性强于人嗜中性弹性酶2200倍，有很高的选择性。21与NS3复合物单晶结构表明，两个叔丁基分别和S4与S3疏水腔发生疏水相互作用，P2的二甲基环丙基并脯氨酸片段采取弯曲构象，与酶的Ala156、His57和Arg155侧链发生最大程度的疏水性交盖，环丁基占据了S1腔，酮基酰胺的羰基与Ser139形成可逆的共价结合。定名化合物21为波普瑞韦
（boceprevir）
，经3期临床研究证明对丙肝患者有显著治疗作用，于2011年经FDA批准上市。
由Vertex和强生公司研制的替拉瑞韦
(22, telaprevir)
是与波普瑞韦同时研制的丙肝治疗药，于波普瑞韦批准10天后被批准上市，替拉瑞韦的作用靶标也是NS3蛋白酶，其研发策略也是以酶底物NS5A-5B为出发点，筛选出十肽类似物，后以含醛基的四肽作为先导物，由于醛基的亲电性过强，后演变成酮基酰胺的拟肽，作用机制与波普瑞韦相同，同酶的催化中心Asp139也发生可逆性的共价键结合。
蛋白酶体
(proteasome)
与细胞内NF-κB讯号传导途径密切相关，由于NF-κB在炎症过程和肿瘤细胞的发生发展扮演重要角色，干扰NF-κB活化过程，可间接或直接地阻断炎症和促成肿瘤细胞凋亡。所以蛋白酶体是研发抗炎和抗肿瘤药物的靶标。
哈佛大学的Goldberg在研究蛋白酶体抑制剂对细胞生长和增殖以确定其催化功能的过程中，发现三肽化合物苄氧羰酰-亮氨酰-亮氨酰-亮氨醛
（23，MG-132）
有抑制活性，K
i
=4nmol·L
-1
。化合物23与蛋白酶体的复合物单晶结构分析表明，它连接在活性中心β亚基的N端，醛基与苏氨酸残基的羟基发生亲电加成，生成具有共价键结合的半缩醛，虽然是可逆性结合，但酶的活性受到强效抑制。
化合物23的结构域P1、P2和P3都是异丁基，变换这些疏水片段以优化活性，发现P1位置仍以异丁基最佳，P2和P3变换为萘基，增强了活性，例如化合物24的K
i
=0.24nmol·L
-1
，25的K
i
=0.015nmol·L
-1
，提示增加P2和P3的疏水性有利于提高活性。
然而醛基的化学性质活泼，可与多种亲核基团发生加成反应，选择性不高，例如对组织蛋白B
（cathepsin B）
和钙蛋白酶
（calpain）
也有抑制作用。为此，用其他亲电性基团，例如氯甲基酮和三氟甲基酮替换醛基，但未显示出活性。苯并噁唑酮
（26, K
i
=214nmol·
L
-1
）
和二酮酯
（27, K
i
=45nmol·L
-1
）
，活性显著低于化合物23。
用硼酸置换醛基得到的化合物28，活性显著提高，K
i
=0.03nmol·L
-1
强于先导物23大约100倍。硼元素处于周期表第3族，外层电子有一p空轨道，可与O和N的未偶电子对形成配位键。化合物27与蛋白酶体的活性中心N端的苏氨酸侧链的羟基发生的特异性配位结合，而抑制组织蛋白酶B的活性很低，K
i
=6100nmol·L
-1
，弱于蛋白酶体20万倍硼酸。这是因为硼酸难于与半胱氨酸蛋白酶的巯基结合，因为B←S配位键是不稳定的。
三肽硼酸28抑制蛋白酶体的活性达到10
-11
mol·L
-1
浓度，这样高的活性意味着为改善成药性而变换结构可有较大的余地，例如降低三肽的分子尺寸。其实，减少一个氨基酸残基成二肽醛
（29）
仍有抑制蛋白酶体活性，K
i
=1600nmol·L
-1
，而且对丝氨酸蛋白酶不显示活性，提示二肽醛仍具有选择性作用，尤其是当P2结构域为萘环时，含硼酸基化合物30的活性提高，K
i
=97nmol·L
-1
，选择性显著提高，化合物31的K
i
值为0.62nmol·L
-1
。由三肽28
（MW=491）
简化为二肽31
（MW=384）
，分子量降低了107，活性虽然有所降低，仍在高活性范围，而且对人的其他蛋白酶如白细胞弹性酶、凝血酶和组织蛋白酶等活性很低，表明对蛋白酶体具有高选择性抑制作用。由于化合物31具有优良的活性和成药性，确定为候选化合物，定名为硼替佐米
（bortezomib）
，经临床前和临床研究，硼替佐米于2003年FDA批准上市治疗多发性骨髓瘤。
革兰阳性致病菌由一层细胞膜构成，而阴性菌由外膜和内膜双层结构构成，阴性菌更难以摄入药物，因而抗革兰阴性菌的药物较少。日本盐野义公司基于细菌增殖生长需要从宿主细胞摄取铁离子，是靠细胞壁上的载铁蛋白转运摄入菌体内。Ito等利用该蛋白的嗜铁属性，合成了含有儿茶酚和噻唑结构的头孢菌素，研发出头孢德罗
(32, cefiderocol)
。分子低能构象儿茶酚和噻唑环在空间上的靠近容易螯合铁离子成33，33被载铁蛋白结合经主动转运摄入，就这样携带着抗菌的头孢进入菌体内，后者与青霉素结合蛋白作用，阻断细胞壁的合成而杀死细菌。32对多种有氧阴性菌
（包括多药耐药菌）
抑制活性MIC
50
<2μg·mL
-1
，具有可克服碳青霉烯类抗药性3种主要机制
（孔蛋白通道改变、β-内酰胺酶失活、外排泵高量产生）
的独特能力。临床显示对复杂尿路感染以及难治的肠道感染疗效显著，头孢德罗于2019年经FDA批准上市。
变构调节
(allosteric modulation)
是指小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化、从而改变酶的活性。经变构结合而激活酶活性的称为正向调节，即激动剂，比如酶的辅因子；抑制酶活性的负向调节即变构抑制剂
(allosteric inhibitor)
。变构位点与酶活性中心的位点相隔离，之间没有竞争性结合，所以变构抑制剂对活性中心发生变异的蛋白仍然有疗效，也为联合用药提供了选择。
变构抑制剂作为药物的最大优势是提高选择性，酶或受体多存在同工酶和亚型，结构和功能的差异较小，导致结合于活性中心的化合物
(正构药物)
而缺乏选择性作用，变构结合腔则各有不同，避免了脱靶作用。
RAS基因家族编码的鸟苷三磷酸酶
(GTPase)
包括NRAS、HRAS和KRAS，对细胞生长和增殖扮演重要角色。KRAS是最常见的肿瘤驱动基因之一，在人癌的突变率占30%, 最常发生的是G12C-KRASG12C变异。虽然以RAS为靶标的药物研究已30多年，但因该蛋白缺乏适宜的结合腔穴而成效甚微，被认为是非成药性靶标。该KRASG12C隐藏在变构腔穴中。
Patricelli等用带有弱亲电基团的化合物探索与隐藏的Cys12发生共价结合，以发现与变构位点有结合力的苗头和先导物，发现Cys12隐藏于H95/Y96/Q99构成的结合腔内
（图4）
。苗头化合物经过优化得到化合物ARS-1620
(34)
，p-ERK-IC
50
=0.831μmol·L
-1
(p-ERK指细胞外调节蛋白激酶的磷酸化，是将信号从表面受体传导至细胞核的关键步骤)
。安进公司也以同样的策略优化出化合物35，p-ERK-IC
50
=0.220μmol·L
-1
。
35的口服生物利用度低，而体内清除率很高，安进公司比较了34和35的结合模式发现34的喹唑啉环结合于H95的隐性腔内，从而设计了通式为36化合物系列，Y处引入疏水性片段是34所没有的，根据是利用结构生物学提供的信息。
用生化和细胞活性评价化合物的活性，发现37活性最强，酶-IC
50
=0.101μmol·L
-1
, 细胞p-ERK-IC
50
=0.335μmol·L
-1
。
分析37与
K
RA
S
G12C
复合物晶体结构
（图5）
，发现喹唑啉酮、7位连接的取代苯和哌嗪的2位还有可优化的空间，从而变换了这些位置的原子或基团，例如7位连接不同取代基的苯环，萘环苯并咪唑杂环，喹唑啉酮8位的氮杂，哌嗪2位的甲基取代等，在不同的组合中，对化合物在酶、细胞、选择性、过膜性
(MDCK)
、溶解性、小鼠的生物利用度、清除率、分布容积和半衰期等多参数进行比较，优选出38的R-异构体。38产生光学异构的原因是喹唑啉酮与异丙基苯的单键旋转受到阻碍，R和S活性有较大差异。然而克服阻转的活化能并不很高，ΔG
‡
=26kcal·moL
-1
，25℃半衰期
(t
1/2
)
=8天，说明不能得到稳定的纯优映体。
为解决这个阻转异构，采用的策略是提高旋转异构的能垒，使ΔG⧧>30kcal·moL
-1
，以得到稳定的立体异构体；或降低旋转异构的能垒ΔG⧧<20kcal·moL
-1
，成为可以自由旋转的混合物，或者设计没有手性轴的分子。研制者设计了两种方法测定化合物的阻转异构问题：用变温核磁
（VT-NMR）
测定快速旋转异构的化合物；用时间过程1H-NMR的变化测定慢速旋转异构的化合物。在系列变换异丙基苯中发现4个化合物有较强的活性和稳定的阻转异构体，结构与数据列于表1中。
动物实验表明R-39的药效和药代性质优胜，但在解决多晶性时发现晶型比原先用的无定形粉末的生物利用度降低了10%，这对于控制血药浓度是不利的。为解决R-39的这个问题，再做结构优化：通过降低喹唑啉酮环上亲脂性和提高R-39的极性表面积，例如用吡啶代替苯环等，最终发现了化合物44，其R-构型活性显著强于S型，二者的阻转异构的自由能垒ΔG⧧>31kcal·moL
-1
, 25℃下t
1/2
>180年，提示R-44是非常稳定的优映体。图6是R-44与
K
RA
S
G12C
的结合图。R-44定名为索托雷塞
(sotorasib)
，临床研究表明治疗小细胞肺癌有很高的应答率。2021年FDA批准为首款治疗KRAS变异的靶向药物。
Figure 6 Binding diagram of R-44 to G
DP-
K
RA
S
G12C
慢性粒细胞白血病
(CML)
是血液干细胞过度增殖发生的，由于第22号和第9号染色体交互易位，导致22号染色体变短
（被称作费城染色体）
，成为人类癌症与基因变异之间关系的最早的证据。染色体易位的分子基础是Bcr–Abl编码的蛋白酪氨酸激酶过于活化所致。所以，抑制Abl酪氨酸激酶的活性，阻止ATP对蛋白的磷酸化治疗CML。伊马替尼成为最早以分子靶向为目标的抗癌药物。在这以后上市了不少针对Bcr–Abl发生变异的CMC药物，但都是以抑制ATP结合为特征，因而发生普遍的耐药性问题。
诺华公司基于Abl激酶C端半段处存在变构区域，天然变构底物是正十四烷酸
(豆蔻酸)
，为正向调节剂，参与酶功能的自调节作用。诺华公司根据伊马替尼-Abl1晶体结构的特征，用核磁共振
15
N
,
1
N
H-HSQC分析了化合物与激酶变构区的信号，测定C端螺旋-1的构象，特别是Val525的信号变化，以评价化合物的结合状态，通过基于片段的分子筛选发现了与豆蔻酸竞争结合变构位点的两个苗头物45和46，但都没有抑酶活性。去除影响45和46结合的酯基和正己基
（在变构腔中会与螺旋-1发生碰撞）
，通过基团的变换连接45和46，得到化合物47虽然有结合作用但仍没有活性
（没有影响螺旋-1中Val525的信号变化）
，
将二氯换成三氟甲氧基化合物48，根据是借用了化合物GNF2含有的OCF3基团
（GNF2对BL SH3/2/1的活性很高，IC
50
=0.009μmol·L
-1
）
，拉电子的OCF
3
基团将螺旋-1诱导成非活性构象，48呈现出细胞活性
（GI50=8μmol·L
-1
）
，核磁共振的Val525信号明显降低。进而对中间的苯基取代基和哌嗪环变换，49的结合与抑制细胞活性明显提高。48的结合模式显示吗啉环电荷密度分散，影响结合作用，从而变换为芳香环提高疏水结合作用。化合物50通过嘧啶环和3-羟基吡咯烷基的引入。活性大幅提升
(K
d
=0.023μmol·L
-1
；GI
50
=0.017μmol·L
-1
)
。与变构区的晶体结构显示，CF3中的一个氟原子
（对称的三氟之一）
与变构区的亮氨酸L359的羰基发生不利的正交极性相互作用，从而用氯原子取代OCF3中的一个氟原子实现了活性的进一步提升，再用吡唑环代替嘧啶环降低了与hERG钾通道的结合，最终研制出ABL1变构抑制剂51，定名为阿思尼布
(asciminib)
。51对重组BCR-Abl1的Luc-Ba/F3细胞生长半数抑制率
(IC
50
)
野生型和T315I突变型分别为1和25nmol·L
-1
，临床结果表明对既往接受治疗费城染色体阳性慢性髓系白血病(Ph+CML)的耐药患者有治疗效果，于2021年获FDA批准。
图7显示了变构药物阿思尼布和正构药物尼罗替尼
(nilotinib)
与BCR-Abl1结合位点的区别，前者结合于变构区，后者占据ATP结合区。
Janus激酶家族是非受体型酪氨酸激酶，包含JAK-1、JAK-2、JAK3和TYK-2等4个亚型，分别结合于膜上细胞因子受体的胞内域，导致Janus激酶催化转录蛋白的信号转换因子和激活因子发生磷酸化，再经二聚化转移至核内。其中TYK-2与JAK-2二聚化调节白介素IL
-1
2和IL-23信号通路，是炎症和免疫性疾病重要蛋白靶标。抑制TYK-2激酶对某些自身免疫性疾病有治疗作用，例如多发性骨髓瘤、溃疡性结直肠炎和牛皮癣等。该靶标重要之处还在于抑制TYK-2不影响免疫系统，不增加真菌感染的风险，这与JAK-1和JAK-2抑制剂因免疫力下降而发生真菌感染有明显区别。
由于JAK家族的催化结构域
（JH1）
的高同源性，以此作靶标难以实现选择性作用。而TYK2存在有与JH1结构域相邻但无催化活性的假激酶结构域
（JH2）
，成为实现选择性的突破口。Tyk2JH2与Tyk2JH1非常相似，但两个结构域的结合腔有差异。Tyk2JH2与ATP的结合非常弱，Kd=24μmol·L
-1
。
自2011年首创的泛JAK激酶抑制剂问世以来，在本品之前已有8个药物上市，表2列出的52~59都是JAK-1/-2/-3单一或组合靶标的抑制剂，对TYK-2没有或弱活性。这些药物有引起免疫力下降的不良反应。
TYK2蛋白质具有多个结构域参与分子间和分子内的相互作用，其功能是介导受体的催化结构域的激活。TYK2中存在一个伪激酶结构域JH-2，本身没有催化活性，但通过自抑制作用，在调节受体介导的邻近催化结构域JH1的激活中却发挥关键作用。此外，自然杀伤
(NK)
细胞对肿瘤的监测也需要TYK2，但无需TYK2的激酶活性。
