CDK1/2抑制剂临床药物研究及开发

细胞周期是细胞的连续分裂之间的一个周期循环，在细胞分裂的过程中通过许多酶反应达到精确地控制，其中蛋白激酶触发的蛋白磷酸化起主要作用。 在真核生物中，存在细胞周期的四个主要阶段，即Gap-1(G1)期，合成(S)期，Gap-2(G2)和有丝分裂(M)期。细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)是丝氨酸/苏氨酸激酶亚家族的成员，每个CDK /细胞周期蛋白复合物负责细胞周期内特定期的转换或进展。细胞周期蛋白E与CDK2组合通过磷酸化调节G0-G1转换和G1的早期的Rb磷酸化。细胞周期蛋白E / CDK2复合物也参与G1-S转换。 CDK2还可结合细胞周期蛋白A用于S期的整个进展并参与DNA修复。细胞周期蛋白A与CDK1的复合物参与S-G2，细胞周期蛋白B与CDK1的结合参与G2-M。 

Fig.1 CDK及其复合蛋白细胞调控示意图

研究证明，抑制CDK2激酶会诱导肿瘤细胞调亡，但对于正常细胞只会造成较小的损伤。CDK激酶的单体形式是无活性的，而细胞周期蛋白A/E与CDK2结合并促发磷酸化的结合激活CDK2。 活性复合物磷酸化和灭活作为G1和S期进展的负调节剂的成视网膜细胞瘤蛋白(Rb)家族的成员，导致E2F调节的基因表达和细胞增殖的诱导。CDK抑制剂降低细胞周期蛋白/ CDK复合物的激酶活性，阻断从G1到S期的转变。基于研究CDK2的结合抑制剂的活性位点区域以及CDK2在细胞周期进程和增殖中的作用的研究，CDK2作为几种增殖性疾病(包括癌症)中的潜在治疗靶标，目前已有多种骨架类型的化合物处于研究阶段和临床验证进程。

Fig. 2 临床及活性CDK2抑制剂结构示意图

其中Roscovitine目前作为单一给药或联合使用已处于临床阶段，用于治疗Cushing's Disease、Cystic Fibrosis和Advanced Solid Tumors等疾病，而Staurosporine与诺华近期获得美国FDA赋予的在治疗FLT3突变的急性髓性白血病(AML)和晚期系统性肥大细胞增多症，同时也具有CDK抑制活性的优先审评资格药物Midostaurin (PKC412)极为相似。相对于CDK2、CDK4/6等其他CDK激酶抑制剂，CDK1除抑制细胞周期活性，同时对过度表达MYC和P53突变的肿瘤细胞具有更好的抑制活性。除此之外，正如前文提到(CDK7/9抑制剂临床研究进展及差异性创新开发小探)，在抑制CDK激酶时，也可以通过抑制活化的CDK激酶与复合蛋白的结合从而达到抑制作用。当细胞包括肿瘤细胞DNA发生损伤时，可以通过相关蛋白信号通路的激活和磷酸化激活WEE1，随后WEE1通过磷酸化CDK1以抑制其活性而阻止与cyclin B的结合，导致G2/M检查点发挥作用阻滞细胞进入有丝分裂，直到DNA损伤修复完成。抑制Wee1则促进细胞提前进入Ｍ期，发生DNA修复异常，DNA损伤増加，染色体分散存在、组蛋白沮装异常，称为有丝分裂灾难，结果导致肿瘤细胞发生调亡。Wee1抑制剂AZD1775 (MK-1775)通过干扰G2检验点诱发细胞调亡，已经表现出广泛的抗肿瘤活性，包括肝细胞癌、乳腺癌、恶性黑色素瘤、恶性胶质细胞瘤、大肠癌等。下面我们小窥一下AZD1775的发现历程，虽没有普遍意义，希望也有参考价值。

Fig.3 AZD1775结构及Wee1抑制剂在细胞循环和DNA损伤修复作用示意图

AZD1775已处于临床阶段，是“first-in-class”的Wee1激酶有效小分子抑制剂，为吡唑并嘧啶衍生物。早期的临床前研究证明，AZD1775是通过允许具有未修复的DNA损伤的细胞过早进入细胞分裂，导致细胞死亡。但最近研究表明，AZD1775细胞毒性的机制是基于P53缺陷状态的DNA损伤反应，而不是允许过早进入有丝分裂。AZD1775最早由Banyu Pharmaceutical通过高通量筛(HTS)发现的一个WEE1抑制剂，除此之外最少具有8种其他激酶(纳摩尔级别)的抑制活性。在AZD1775发现之后，较多的研究是直接对于细胞的作用，构效关系的数据较少。在一篇文献中(DOI:10.1021/acschembio.5b00725)，作者合成了AZD1775及一系列类似物，基于计算建模预测了AZD1775与Wee1的ATP结合域的相互作用，并测定了AZD1775系列物的活性。

Fig.4 AZD1775模拟作用示意图

该模型中表明，4-甲基哌嗪基和吡啶基-2-丙基-2-醇侧链朝向结合腔的入口，4-甲基哌嗪基可以通过疏水和π-烷基相互作用与Ile305，Tyr378和Cys379相互作用。除了与Phe433的边缘面π-π相互作用外，AZD1775中的吡啶基-2-丙基-2-醇取代基与结合口袋(Asp463)产生显着的相互作用。为了验证该模拟作用的正确性，作者对AZD1775及一系列类似物进行了活性测试。结果表明尽管AZD1775易于修饰，但侧链中的小结构改变可影响WEE1抑制活性。

除以上文献中披露的结合作用力外，从以下暴露的部分结构(选取专利中结构，排除专利因素，或许也是多数人普遍采取的修饰策略)猜测，个人感觉丙烯双健也参与了结合力的构造。正如作者所述，AZD1775易于修饰，但侧链中的小结构改变可影响WEE1抑制活性，因此修饰位点选择和修饰方法的考虑至关重要，下列这些结构的活性应该是低于AZD1775的。因此，对于构效数据较少或者蛋白晶型数据不确定的靶点，个人认为是否应该充分利用目前可得的数据或者该靶点其他相关活性物结构骨架信息，进行认真分析后再进行下一步工作，希望能够做到可以事半功倍。

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树叶

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