关键词:
聚ADP核糖聚合酶1
细胞周期蛋白依赖性激酶12
双靶抑制剂
苯并咪唑甲酰胺衍生物
三阴性乳腺癌
摘要:
三阴性乳腺癌(Triple-negative breast cancer,TNBC)由于缺乏人表皮生长因子受体2以及雌激素、孕激素受体的表达,是乳腺癌中最为恶性的一种亚型。临床上TNBC的治疗主要以手术和全身放化疗为主,但TNBC对放化疗不敏感、缺少可药靶标及治疗药物,所以它的预后较差、复发转移率和死亡率居高不下。因此,针对TNBC的病理生理学特点不断寻找新的靶向治疗策略和设计研究相应治疗药物是亟需解决的重要科学问题和临床未满足的重要需求。
聚ADP-核糖聚合酶1(Poly(ADP-ribose)polymerase,PARP1)隶属于PARP家族,是与DNA单链修复密切相关的核酶。大量研究证实,在BRCA突变的TNBC中,PARP1抑制剂与BRCA突变会导致DNA损伤修复途径受损,造成DNA双链断裂,表现出合成致死的表型,即PARP1和BRCA同时出现缺陷时会导致TNBC细胞死亡。因此PARP1抑制是一种极具潜力的BRCA突变型TNBC的治疗策略。到目前为止,已有包括Olaparib、Talazoparib在内的多个PARP1小分子抑制剂被FDA批准应用于临床治疗中。然而这些药物的持续使用也导致肿瘤患者出现获得性耐药,限制了PARP1抑制剂抗TNBC的临床疗效。研究发现,在TNBC中,细胞周期蛋白依赖性激酶12(cyclin-dependent kinase,CDK12)可以通过磷酸化RNA聚合酶II来调控DNA损伤修复基因的转录,与PARP1之间存在合成致死的相互作用,诱导BRCA野生型或突变型TNBC细胞的死亡。因此,针对CDK12和PARP1进行双靶向药物设计成为了TNBC治疗的一种潜在有效策略。迄今为止,还没有针对CDK12/PARP1的双靶向抑制剂被报道。
基于此,本论文通过综合运用药效团融合、分子对接等计算机辅助药物设计方法并结合药理学实验,设计、合成、筛选了一系列双靶向CDK12/PARP1的小分子抑制剂。首先,我们分析了PARP1抑制剂Veliparib和CDK12抑制剂THZ531的共晶结构,确定了PARP1/CDK12的关键药效团和双靶抑制剂化学骨架的最佳延伸位点。然后,我们利用药效团融合策略,设计并合成了具有苯并咪唑甲酰胺的小分子化合物,获得先导化合物L1。酶抑制活性评价结果表明,先导化合物L1(1μM)对CDK12和PARP1的抑制率分别为54.6%和87.5%。分子对接表明,L1的苯并咪唑甲酰胺是支持PARP1活性的核心骨架,并同时与CDK12形成了分子间氢键。因此,我们在后续药物设计中保留了这部分骨架结构。为进一步提高CDK12的酶抑制活性,我们合成了化合物6a-e,探究L1末端嘧啶环的改变对化合物活性的影响。构效结果表明,具有5位吸电取代基(Cl,Br,I,CF3)的末端嘧啶环是保持CDK12酶抑制活性的关键。分子对接表明,L1的羰基与CDK12的Asp819形成了分子间氢键。接着,我们进一步合成了化合物8a-e和10a-b,探究将羰基变为吸电能力不同的基团后对化合物活性的影响。构效结果表明,羰基是保持化合物活性所必需的。考虑到先导化合物L1苯环取代位点的不同也可能影响活性,我们在苯环的间位进行了系列化合物的延伸,并合成了化合物12a-n。构效结果表明,苯环为间位取代时,化合物活性最佳。最后,基于已报道的PARP1抑制剂结构,我们将哌啶环进行了生物电子等排体替换,并合成了化合物15a-n。构效结果表明,化合物15a-n的酶抑制活性以及细胞抗增殖活性均下降。综上所述,基于先导化合物结构和结合模式分析,我们经过四轮化学修饰和构效关系研究,获得了最优选的双靶向CDK12/PARP1小分子抑制剂12e。
接下来,通过酶抑制活性结果表明,优选化合物12e表现出良好的CDK12抑制活性(77.3%,1μM),并保持了对PARP1较优的抑制率(97.4%,1μM)。细胞热位移测定结果表明,优选化合物12e可以在TNBC细胞中直接靶向CDK12和PARP1,并提高靶点蛋白的热稳定性。后续的Western blot实验验证了优选化合物12e能够以剂量依赖性的方式下调下游相关因子p Ser2 CTD,p Ser5CTD,PAR的表达。DNA损伤修复效果的初步研究表明,优选化合物12e可以抑制RAD51的表达,并上调了γ-H2AX表达水平,表明了12e能够抑制DNA修复,导致DNA损伤增加,诱导TNBC细胞死亡。在后续的表型研究中,我们通过流式细胞术分析发现优选化合物12e可以诱导细胞周期阻滞在G2/M期,诱导TNBC细胞凋亡。Western blot实验也在蛋白水平上进一步证明优选化合物12e能以剂量依赖性的方式诱导细胞凋亡。药代动力学结果表明,优选化合物12e可以进行体内抗肿瘤活性评价。最后,在TNBC异种