Atamparib

2024年3月8日，杭州师范大学叶向阳/谢恬团队在Journal of Medicinal Chemistry在线发表了题为“Design, Synthesis, and Structure–Activity Relationship of Novel Pyridazinone-Based PARP7/HDACs Dual Inhibitors for Elucidating the Relationship between Antitumor Immunity and HDACs Inhibition”的文章。该团队开发了一系列基于哒嗪酮的PARP7/HDACs双重抑制剂，其中化合物9l具有强效的PARP7/HDACs双重抑制活性，在体内外均表现出优异的抗肿瘤能力。组蛋白去乙酰化酶（HDACs）在染色体结构和基因表达调控中发挥着重要作用，对肿瘤细胞分化、增殖和免疫调节等过程具有许多影响，已被验证为抗肿瘤的重要靶点，目前已有五种药物（1-5）获得上市批准（图1）。聚[二磷酸腺苷（ADP）-核糖]聚合酶7（PARP7）是PARPs家族中单PARP亚家族的成员之一，能使自身和其他底物蛋白发生MARylate反应，即催化单个ADP-核糖（MAR）从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）共价转移到其底物上。PARP7被证实通过抑制IFN-I信号转导参与细胞膜NA感应和多种病毒RNA感染。抑制PARP7能以免疫细胞依赖的方式诱导肿瘤细胞的IFN-I信号转导，从而导致肿瘤细胞死亡，使得PARP7成为一个极具吸引力的治疗靶点。Atamparib（RBN-2397，图1）是一种口服可用的PARP7选择性抑制剂（IC50< 3 nM），目前正在进行2期临床试验。BN-2397通过激活IFN-I信号通路抑制肿瘤免疫逃逸，从而抑制胰腺癌、卵巢癌、非小细胞肺等多种实体瘤的肿瘤生长。开发同时靶向HDACs和PARP7实现协同抗肿瘤作用具有重要意义。图1 HDACs抑制剂和PARP7抑制剂RBN-2397的结构。基于RBN-2397的双重抑制剂设计作者对临床候选药物RBN-2397与PARP7蛋白的共晶结构进行分析，发现其嘧啶环上的氮与ASP580形成氢键作用；哒嗪酮基团在NAD亚口袋中充当NAD模拟结合，并与PARP7蛋白的残基GLY565、GLN576和SER604形成氢键；哌嗪上的羰基和TYR596形成重要的氢键（图2A）。此外，嘧啶环上的CF3与GLY573形成额外的氢键作用，但其对PARP7活性并不重要。为了能容纳HDACs抑制剂的药效团（异羟肟酸），设计将异羟肟酸取代RBN-2397嘧啶环上的可修饰基团CF3，合成了化合物7具有HDAC1（IC50 = 34.0 nM）、HDAC6（IC50 = 83.7 nM）和PARP7（IC50 = 2.7 nM）的抑制作用（图2B）。图2 （A）RBN-2397与PARP7蛋白共晶结构中的相互作用；（B）第一种PARP7/HDACs双重抑制剂化合物7的结构；（C）化合物7与PARP7蛋白的相互作用；（D）化合物7与PARP7催化结构域结合的表面图；（E）BN-2397（绿色）和化合物7（蓝色）在PARP7中的叠加。随后，作者在此基础上进行异羟肟酸和哒嗪酮支架之间的片段Y和R1的结构改造（图3A），以进一步提升对PARP7、HDAC1和HDAC6的抑制活性。但化合物8a-8g的效力并没有显著提升。接着，作者保留了化合物7的Y和R1区域，在嘧啶环和异羟肟酸之间插入不同长度和类型的linker以提高对HDACs的抑制活性（图3B）。在将linker从具有酰胺官能团的直烷基链、吡唑基烷基链和苄氧基替换为烯丙基苄基后，得到活性最好的化合物9l（对PARP7、HDAC1和HDAC6的IC50分别为3.1 nM、35.0 nM和6.4 nM）。图3 PARP7/HDACs双重抑制剂8和9的设计。在体外细胞活性测试中，化合物9l对NCI-H1373和MV-4-11两种细胞系均显示出优异的抑制活性（≥ 99% at 10 μM，图4），比RBN-2397和SAHA效力更强。且与RBN-2397相比，化合物9l对MV-4-11和U937两种血液肿瘤细胞株显示出更强的抑制活性，与SAHA相比，活性略好。在对PARP7缺乏敏感性的NCI-2066细胞系中，化合物9l显示出比RBN-2397更强的抗细胞增殖活性。图4 PARP7/HDACs双重抑制剂的抗增殖活性测试。化合物9l可恢复IFN-β的产生和组蛋白H3的乙酰化研究表明，HDACs抑制剂，尤其是在用SAHA处理的细胞中，会降低磷酸化STAT1的水平和干扰素刺激基因的表达。作者以RBN-2397作为对照，在用固定浓度为1 μM的RBN-2397处理的NCI-H1373细胞中，加入不同浓度的SAHA显示，SAHA的增加会降低STAT1的磷酸化水平（在SAHA的最高浓度下，磷酸化可完全被抑制），而H3的乙酰化水平则不受影响（图5A）。化合物9l能显著提高p-STAT1和乙酰化H3的水平，而9h对p-STAT1水平没有影响（图 5B）。图5 （A）HDACi对PARP7i（RBN-2397）诱导p-STAT1水平的影响；（B）RBN-2397和SAHA组合以及不同浓度的9h和9l对Ac-H3和p-STAT1水平的影响。进一步的实验发现，随着9l浓度的增加，STAT1磷酸化水平、H3乙酰化水平和微管蛋白乙酰化水平逐渐升高（图6）。化合物9l通过同时抑制PARP7和HDACs可导致H3乙酰化水平升高，IFN-β和CXCL10的mRNA表达水平升高。这些发现意味着化合物9h只抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，而化合物9l则具有同时抑制PARP7和HDAC的能力。图6 化合物对IFN-β和CXCL10表达水平的影响以及化合物对p-STAT1水平、Ac-H3和Ac-Tubulin的影响。化合物9l对PARPs和HDACs的选择性探究化合物9l具有强效的PARP7和HDAC6抑制活性，并且相比HDAC1，对HDAC6具有一定程度的选择性。化合物9l具有与SAHA相似的选择性，它对HDAC6的抑制活性（IC50 = 6.4 nM）略好于HDAC1-3（IC50 = 30~35 nM）；对HDAC8的活性较低，对HDAC11的活性最差（图7）。在对PARP同工酶的抑制活性中，化合物9l与RBN-2397具有相似的选择性。它对PARP7和PARP2的活性水平相同，但对PARP1、PARP5A和PARP5B的活性略高。图7 化合物9l对HDACs和PARPs的抑制活性。化合物9l的体内活性探究化合物9l以5 mg/kg的剂量通过静脉注射（iv）途径给药。结果显示，该化合物的清除率高达94.2 mL/min/kg，半衰期（t1/2）为13.3 h（表 8A）。口服10 mg/kg剂量的9l表现出极低的血浆暴露量，导致口服生物利用度较低（%F低至2.4%）。初步的PK评估表明，在异种移植小鼠模式的体内抗癌疗效概念验证（POC）研究中，口服给药是首选的给药途径。在BALB/c裸鼠CT26异种移植模型中，腹腔给药治疗17天，能明显减少肿瘤的生长（图8B、C）。当给药剂量为75 mg/kg时，9l的抗肿瘤效果最好，对肿瘤生长的抑制作用高于SAHA（50 mg/kg）和RBN-2397（50 mg/kg）。此外，实验小鼠均未出现体重明显减轻等副作用。图8 （A）化合物9l的PK表征；（B、C）在CT26荷瘤小鼠体内的抗肿瘤作用。总结在本研究中，作者首次设计并合成了一系列新型PARP7/HDACs双重抑制剂。在这些新化合物中，化合物9l对PARP7和HDACs在酶水平上都有很强的抑制活性。为了揭示同时在分子水平上靶向PARP7和HDACs能否产生协同药理作用，研究人员对化合物9l进行了一系列体外和体内实验。结果表明，同时靶向PARP7和HDACs可能无法实现协同抗癌效果，因为这两种途径的作用会相互抵消。不过，先导物9l是有史以来首次报道的PARP7/HDACs双重抑制剂，可作为进一步生物学研究的分子工具。原文链接：https://pubs-acs-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1021/acs.jmedchem.4c00090声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

在过去十几年中，使用免疫检查点抑制剂（ICIs）的肿瘤免疫疗法在癌症治疗中取得了前所未有的成功，然而这些治疗只对部分病人有反应，急需寻找能应用在下一代免疫治疗的新的细胞和分子靶标。最近，越来越多的临床证据证实，ICIs癌症免疫治疗的有效性取决于肿瘤中预先存在的抗肿瘤T细胞反应，肿瘤中的T细胞浸润与免疫治疗的预后呈正相关。然而，T细胞反应的发生和维持依赖于先天免疫反应，这也是抗癌免疫的关键因素。作为一种先天性胞浆DNA传感途径，环状GMP-AMP合成酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）信号通路因其激活先天性和适应性免疫的能力而备受关注，其有助于宿主防御癌症。PARP7是细胞中I型干扰素通路的主要抑制因子，抑制PARP7可重新激活cGAS-STING通路介导的先天免疫，并可增强由T细胞介导的适应性免疫，提高机体的抗肿瘤免疫应答（图1）。RBN-2397是目前唯一一个进入临床研究的PARP7抑制剂。I期临床的部分结果显示，RBN-2397的耐受性好，目前正在针对应答瘤种开展进一步的扩组研究（NCT04053673）。但是，RBN-2397除了对PARP7（IC50: 5.0 ± 2.8 nM）具有抑制作用外，其对PARP1（IC50: 29 ± 8 nM）、PARP2（IC50: 17 ± 7 nM）和PARP12（IC50: 26 ± 8 nM）也具有较强的抑制活性，选择性较差，且体内代谢快、暴露量低，为后期的临床开发带来不确定性。图1. I型干扰素通路（来源：J Med Chem）近日，中国药科大学药物化学系徐云根/朱启华/邹毅团队在药物化学顶尖期刊Journal of Medicinal Chemistry发表了封面文章，报道了一种全新结构的选择性PARP7抑制剂的发现过程1。该团队通过分子动力学模拟获得RBN-2397与基于AlphaFold的人源PARP7的复合物稳定结构，并进行分子对接研究。在此基础上，采用骨架跃迁和“刚性约束”策略，设计、合成并发现了吲唑甲酰胺衍生物XY-01（PARP7 IC50: 4.5 ± 0.01 nM），柔性指数从0.55降低至0.25（图2）。图2.（A）基于“构象限制”和“骨架跃迁”策略设计全新结构的PARP7抑制剂；（B）RBN-2397与XY-01的叠合图；（C）XY-01的优化方向（来源：J Med Chem）在此基础上，研究团队对XY-01的结构开展了进一步优化，并发现化合物(S)-XY-05对PARP7的抑制活性强（PARP7 IC50：4.5 ± 0.01 nM），且亚型选择性好（图3）。小鼠体内药代动力学实验表明，(S)-XY-05具有较好的代谢稳定性（T1/2：1.22 h）和口服吸收（AUC: 16999 h∙ng/mL；F: 94.6%），显著优于RBN-2397（T1/2：0.15 h；AUC: 656 h∙ng/mL；F: 25.67%）。图3. 从XY-01到(S)-XY-05的结构优化（来源：J Med Chem）在Balb/c小鼠同种移植CT26结肠癌模型实验中，经灌胃给药，(S)-XY-05在6.25 mg/kg剂量下即可起效，25 mg/kg剂量下的抑瘤率高达83%，显著优于RBN-2397（100 mg/kg，TGI：4 %）（图4）。实验过程中，所有给药组的小鼠体重均未出现下降，HE染色未见小鼠的心肝脾肺肾出现异常。图4. (S)-XY-05在Balb/c小鼠同种移植CT26结肠癌模型上的抗肿瘤活性研究，每个化合物均为灌胃给药、一天两次。（A）肿瘤体积变化曲线：RBN-2397（100 mg/kg，TGI: 4 %），(S)-XY-05（6.25 mg/kg，TGI：42 %），(S)-XY-05（12.5 mg/kg，TGI：53 %），(S)-XY-05（25 mg/kg，83 %）；（B）肿瘤重量；（C）肿瘤照片；（D）小鼠体重变化曲线。（来源：J Med Chem）提取肿瘤组织进行qPCR和免疫组化实验，结果显示(S)-XY-05提高了肿瘤组织内IFN-b的表达水平，说明肿瘤组织内I型干扰素信号通路的重新激活。流式细胞术实验和免疫组化实验结果显示，(S)-XY-05促进了肿瘤组织内T细胞的募集，而脾脏组织中的T细胞基本不变，说明(S)-XY-05可特异性激活肿瘤组织内的I型干扰素信号通路，这也是PARP7抑制剂区别于其它肿瘤免疫疗法的重要特征（图5）。图5.（A）脾脏中的T细胞数量的变化情况；（B）肿瘤组织内T细胞数量的变化情况；（C）肿瘤组织内CD8的免疫组化染色情况（来源：J Med Chem）值得注意的是，该团队于2023年初在Journal of Medicinal Chemistry还发表了一篇题为“Discovery of the Potent and High Selective PARP7 Inhibitor as Novel Immunotherapeutic Agent for Tumors”的文章，该研究从RBN-2397的结构出发，使用环合策略得到一系列哒嗪酮类PARP7抑制剂。其中候选化合物P-7-1（文中为I-1）是该领域首个口服有效的高选择性PARP7抑制剂2。中国药科大学药学院博士后古宏峰和2023级博士研究生严文昕为本论文的共同第一作者，邹毅副教授、徐云根教授和朱启华教授为本文的共同通讯作者，中国药科大学为本文的唯一通讯单位。文章信息：1. Gu H, Yan W, Yang J, Liu B, Zhao X, Wang H, Xu W, Wang C, Chen Y, Dong Q, Zhu Q, Xu Y, Zou Y. Discovery of Highly Selective PARP7 Inhibitors with a Novel Scaffold for Cancer Immunotherapy. J Med Chem. 2024, 67(3):1932–1948.2. Gu H, Yan W, Wang Y, Xu W, Huang L, Yang J, Zhai B, Wang H, Su Y, Zhu Q, Liu B, Hao H, Zou Y, Xu Y. Discovery of the Potent and Highly Selective PARP7 Inhibitor as a Novel Immunotherapeutic Agent for Tumors. J Med Chem. 2023, 66(1):473-490.声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓