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50亿美元背后,如何开发出更好的CDK抑制剂?

作者:半夏|2021年05月20日| 浏览:1145

文章来源:新浪医药

 

持续的增殖是肿瘤细胞的一个重要特征,因此阻滞肿瘤细胞周期,便成为了控制肿瘤发展的重要手段。细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK),作为参与细胞周期调节的关键激酶,围绕该家族的抑制剂开发,已成为近年来肿瘤领域药物开发的重要分支,如较为成熟的CDK4/6抑制剂Palbociclib——2020年全球销量就已>50亿美元。那么,围绕整个CDK家族抑制剂的开发,自然成为了药物研发的大热门。本文将综述CDK抑制剂的最新药物开发进展。

01

 CDK家族简介

CDK,属于丝/苏氨酸蛋白激酶家族,目前已报道有20个不同的家族亚型,均含有一段PSTAIRE的同源序列,并通过该序列与相应的调节亚基-细胞周期蛋白(cyclin)结合形成有活性的异源二聚体,参与转录、代谢、神经分化和发育等生理过程。

依据功能分类:

  • 一类CDK参与细胞周期调控,主要包括CDK1、CDK2、CDK4、CDK6等;
  • 一类CDK参与转录调节,主要包括CDK7、CDK8、CDK9、CDK10、CDK11等。
 图片来源:《药学进展》
在肿瘤细胞中,cyclin过表达或过度活化、CDKI活性被抑制、上游分裂信号持续激活等都会引起CDK的活性改变,参与肿瘤的发生发展。由于CDK活性为细胞分裂所必需,而在肿瘤细胞中又常有CDK活性增强,因此长期以来,CDK一直被认为是抗肿瘤及其他增殖失调疾病药物研发的较好靶点。当前,已获批上市的CDK抑制剂主要为CDK4/6抑制剂,其他亚型已有众多进入到临床开发(PS:全球近1/3的CDK抑制剂临床试验是关于CDK4/6开展的,详见下图)
图片源:Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters
参考:doi.org/10.1016/j.bmcl.2019.126637

02

CDK家族抑制剂开发策略

过去的10年,CDK抑制剂的开发取得了巨大的进展。该领域药物的发现,除了可逆ATP竞争/非竞争抑制剂,还发展了共价结合形式的不可逆ATP竞争抑制剂、可逆/不可逆的变构抑制剂、CDK降解等多种途径的药物开发,为该领域的药物发现提供了众多进展性的思路。
最早开发的CDK抑制剂为泛CDK抑制剂,如flavopiridol、seliciclib。但由于多靶点活性导致了疗效和安全性存在了矛盾,从而大大限制了临床开发,后也因此逐渐发展为更具选择性的抑制剂,如milciclib、dinaciclib、CYC-065、AT751978
标准ATP口袋外部半胱氨酸和赖氨酸残基的存在,将研究者的注意力转移到了共价抑制剂的开发,2017年首个CDK共价抑制剂SY-136585进入了临床研究。而对于非竞争性ATP抑制剂,虽有部分报道,但该领域的进展相对还是缓慢。另一类药物,拟肽类近年来略开始发力,如MM-D37K已进入临床试验,关注度相对较高。再一类就是CDK靶向蛋白降解,如近年来逐渐被验证的PROTAC或ADC药物,也正在逐渐显示优势,如针对CDK11开发的的ADC。
图2.1  CDK抑制剂作用模式
图片源:Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters
https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2019.126637

03

变构&共价&降解&可逆

☆ 变构抑制剂
当前主要还是处于临床前阶段。通常,在充满ATP竞争性可逆或不可逆抑制剂的领域中,需要提高药效来提升品种竞争力;很少有通过CDK的靶向变构位点来进行上述提效工作。acrylamide-1,可以共价变构键合野生型CDK2的半胱氨酸位点,但不能作用突变型CDK2(Cys177A);且晶体学证明acrylamide-1共价于半胱氨酸177,而配体结合到与CDK结合界面相邻的浅口袋中,与色氨酸和蛋氨酸相互作用。
☆ 共价抑制剂
共价结合的CDK抑制剂,绝对为近年来开发的热点,通常可实现更高的活性和选择性,从而导致更持久的治疗效果,并可能减轻严重的副作用。2014年,THZ1被开发为CDK家族的第1个共价抑制剂,其具有CDK7/12/13的抑制效果,在体外和体内均抑制了依赖于致癌SEs的肿瘤类型,例如骨肉瘤,食道鳞状细胞癌,成人T细胞白血病,MYCN扩增型神经母细胞瘤,黑色素瘤或小细胞肺癌;当然,作用位点仍然为丙烯酰胺与半胱氨酸。通过进一步的SAR优化,得到了化合物THZ531,也由此显著提升了对CDK12/13的活性和选择性。
☆ 靶向降解
通过增强CDK蛋白的泛素化作用,诱导其介导的蛋白酶体产生降解作用,从而抑制蛋白功能。哺乳动物体内细胞,许多蛋白质的降解是通过泛素-蛋白酶体系统来进行,泛素通过共价于目标蛋白质的赖氨酸残基上发挥降解作用。PROTAC技术近些年的成熟,更是进一步催化了这种抑制作用的广泛实施,当然,基于成药性的问题,PROTACS技术对于大分子往往需要较高的血药浓度,而对于小分子往往也需要更高的全身暴露,从而实现抑制的作用。总的来说,CDK降解途径,当前整体还处于临床前阶段,真正的品种上市之路,还需要一段时间(注:该方向在研的热门CDK亚型为靶点CDK9)
☆ 可逆竞争性抑制剂
通常是采用HTS的手段来获取CDK可逆竞争性抑制剂,尤其是亚型最为火热的CDK4/6抑制剂,且开发的重点仍然为活性、选择性和脑渗透性。而除了CDK4/6抑制剂外,开发较为火热的还有CDK2、CDK8、CDK9、CDK12等;尤其是针对于CDK8的开发,结构多样性极为丰富;而针对CDK12的开发,已经有很多大公司介入,如武田和阿斯利康2018年报道的首批CDK12抑制剂。

04

结论与展望

过去的十几年,CDK抑制剂领域的药物发现取得了巨大的进步,尤其是选择性双重CDK4/6抑制剂已显示出强大的临床疗效和安全性。他们改变了CDK作为癌症治疗靶点的观念,并将CDK研究集中在选择性抑制剂上。尤其是针对变构口袋、非活性构象、蛋白质-蛋白质相互作用以及共价配体、PROTACS或ADC的替代药物等策略,将进一步为克服选择性问题提供更多的机会,从而允许开发出可以探究与CDK相关的新作用机制的新型CDK抑制剂。且由于细胞周期对于恶性肿瘤的特殊作用,该循环也势必大概率产出类似于CDK4/6抑制剂的重磅品种,值得深入研究与期待。

 

参考:
1. CDK抑制剂在抗肿瘤领域的研发进展.《药学进展》
2. European Journal of Medicinal Chemistry. doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.01.003
3. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. doi.org/10.1016/j.ejmech.2019.01.003.

 

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