Ulixertinib

近日，河南师范大学/抗病毒性传染病创新药物全国重点实验室常俊标&朱博&朱功名团队在国际顶级药物化学期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表了一篇题为“Discovery of Novel Aromatic Urea-Imidazole Salt Derivatives for Cancer Therapy via Targeting ERK1/2”的研究论文。该研究聚焦于开发新型芳香脲咪唑盐衍生物，通过靶向ERK1/2蛋白，为癌症治疗提供了潜在的新策略。研究团队通过构建化合物库并结合表型筛选和蛋白质组学技术，发现了一种名为21y的化合物，其对MCF-7乳腺癌细胞表现出显著的抑制活性（IC50 = 0.67 μM）。进一步的机制研究表明，21y能够直接靶向ERK1/2，抑制其下游信号通路，并诱导细胞凋亡和自噬相关细胞死亡。在体外和体内实验中，21y均显示出强大的抗肿瘤和抗转移效果，且具有良好的药代动力学特性。这一成果不仅为ERK1/2靶向药物的研发提供了新的思路，也为乳腺癌治疗带来了新的候选。 图片来源：ACS 01 Background 研究背景 研究者指出表型筛选是许多重要药物类别的起源，但识别活性化合物的药理靶点是一个显著挑战。为了解决这一问题，蛋白质组学技术被认为是揭示药物靶点的关键手段。结合表型筛选和蛋白质组学可以加速药物发现并降低临床研究失败的风险。近年来，基于无标记的靶点识别方法受到广泛关注，因为它们能够在不需要化学标记的情况下揭示药物靶点。研究者强调，ERK1/2作为RAS-RAF-MEK-ERK信号通路的关键组分，因其在多种肿瘤中的过度激活而成为潜在的抗肿瘤靶点。开发靶向ERK的药物被认为是解决药物耐药性问题的有前景的策略，因此，ERK抑制剂的研发成为肿瘤药物发现中的一个活跃领域。 图片来源：ACS 02 Drug Design 药物设计与评价 ①基于细胞的表型筛选来鉴定具有抗肿瘤活性的化合物 化合物库的构建与筛选：研究者们构建了一个包含芳香脲咪唑盐衍生物的化合物库（20a−k），并针对多种肿瘤细胞系（包括MCF-7、A549、HepG2、5637、HeLa、CFPAC-1和SW480）进行了细胞活性测试，主要以细胞生长抑制为筛选指标。 化合物20b的发现：在初步筛选中，化合物20b表现出对MCF-7乳腺癌细胞的良好抑制活性，其半抑制浓度（IC50）为1.55 μM，优于阳性对照药物5-FU（IC50 = 6.00 μM）和BVD-523（IC50 > 10 μM）。此外，20b对正常乳腺上皮细胞系MCF-10A的毒性较低（IC50 > 10 μM），显示出较好的肿瘤细胞选择性。 化合物库的扩展与优化：为了进一步提高活性，研究者们通过引入不同的芳基或烷基溴化物和异氰酸酯衍生物，扩展了化合物库（21a−ab和22a−h）。在这些衍生物中，化合物21y表现出对MCF-7细胞的更强抑制活性，其IC50值低至0.67 μM，同时对正常细胞系MCF-10A的毒性较低（IC50 > 10 μM），显示出更高的肿瘤细胞选择性和潜在的成药性。 ②蛋白质组学分析将ERK1/2识别为靶标 基于21y对MCF-7细胞的显著抗肿瘤活性，研究者们利用无标记的药物亲和响应靶点稳定性（DARTS）和液相色谱-串联质谱（LC−MS/MS）蛋白质组学技术，鉴定出21y的直接靶点为ERK1/2。 ③ERK1/2的靶点验证 研究者通过多种实验方法验证了ERK1/2作为化合物21y的直接靶点。使用细胞热位移分析（CETSA）和差示扫描荧光法（DSF），研究发现21y能够显著提高ERK1/2蛋白的热稳定性，表明其与ERK1/2直接相互作用。此外，微尺度热泳（MST）分析显示21y与ERK1和ERK2的结合亲和力分别为156 nM和116 nM，且在ADP-Glo激酶活性测定中，21y对ERK1和ERK2的抑制活性IC50值分别为91.71 nM和97.87 nM，进一步确认了其强抑制作用。分子对接实验表明，21y能够占据ERK1和ERK2的ATP结合口袋，与已知的ERK抑制剂BVD-523类似。Western blotting实验显示，21y能够显著增加ERK1/2的磷酸化水平，同时抑制其下游底物c-Myc和p90RSK的磷酸化，诱导MCF-7细胞的凋亡和自噬。通过siRNA敲低ERK1和ERK2的表达后，21y对细胞增殖的抑制效果显著减弱，进一步证实了ERK1/2在21y抗肿瘤作用中的关键角色。这些结果为21y作为潜在的ERK1/2抑制剂用于癌症治疗提供了坚实的理论依据。 图片来源：ACS 03 In vitro In Vivo 体内外评价 ①21y激酶的选择性分析 研究者通过Eurofins Kinase Profiling Service对21y进行了激酶谱分析，测试了其在10 μM浓度下对216种激酶的抑制活性。实验结果显示，ERK1/2是21y的最强抑制靶点，其对ERK1和ERK2的抑制活性IC50值分别为91.71 nM和97.87 nM，表明21y对ERK1/2具有较高的选择性。此外，21y对其他激酶的抑制活性较弱，显示了其相对较好的激酶选择性。 图片来源：ACS ②构效关系研究 研究者对化合物21y的结构特征与其抗肿瘤活性之间的关系进行了系统分析，以揭示影响其活性的关键结构因素。研究表明，在芳香脲咪唑盐衍生物库中，R1位置的L-苯丙氨酸取代基（IC50 = 205.75−376.10 nM）和R2位置的苯并咪唑取代基（IC50 = 205.75−285.20 nM）对ERK2的抑制活性具有显著影响。特别是，化合物20b在R1位置为L-苯丙氨酸、R2位置为苯并咪唑时，表现出良好的ERK2抑制活性（IC50 = 205.75 nM）和抗增殖活性（MCF-7 IC50 = 1.55 μM）。进一步的研究发现，21y的结构优化，尤其是引入3,5-双三氟甲基取代基，显著增强了其对ERK2的抑制活性（IC50 = 97.87 nM）和对MCF-7细胞的抗肿瘤活性（IC50 = 0.67 μM）。此外，研究还发现芳香环的取代基位置对活性有显著影响，某些取代基如F、Cl、Br和CF3在中位位置的引入能够提高ERK2的抑制活性，而在其他位置的引入则可能降低活性。通过这些构效关系的研究，研究者为21y的进一步优化和开发提供了重要的理论基础。 图片来源：ACS ③21Y抑制MCF-7细胞增殖，迁移和侵袭 研究者通过一系列体外实验评估了化合物21y对MCF-7乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的影响。实验结果表明，21y能够显著抑制MCF-7细胞的增殖，表现为EdU掺入实验和克隆形成实验中细胞增殖能力的剂量依赖性下降。此外，21y在划痕实验中显著减缓了细胞的迁移速度，并在Transwell实验中抑制了细胞的侵袭能力。进一步的Western blot实验显示，21y能够上调E-钙黏蛋白的表达，同时下调N-钙黏蛋白和波形蛋白的表达，表明其可能通过逆转上皮-间质转化（EMT）过程来抑制细胞迁移和侵袭。这些结果表明，21y通过靶向ERK1/2，不仅抑制了MCF-7细胞的增殖，还通过影响EMT相关蛋白的表达，显著抑制了细胞的迁移和侵袭能力，进一步证实了其作为潜在抗肿瘤药物的开发价值。 图片来源：ACS ④21y诱导MCF-7细胞中的细胞凋亡和诱导的自噬起始和MCF-7细胞的自噬通量 综合探讨了化合物21y在MCF-7乳腺癌细胞中诱导细胞凋亡和自噬的作用及其潜在机制。实验结果表明，21y能够显著诱导细胞凋亡，表现为细胞凋亡率的增加、Caspase 3和PARP1的裂解以及Bax/Bcl-2比值的升高，同时线粒体膜电位的降低进一步证实了凋亡的启动。此外，21y还激活了完整的自噬过程，表现为LC3B-II、ATG5和Beclin1蛋白表达的增加以及P62蛋白水平的下降，免疫荧光和透射电子显微镜观察到的自噬体和自噬溶酶体的形成也支持了这一点。值得注意的是，自噬抑制剂（如3-MA和CQ）能够增强21y诱导的细胞凋亡，表明自噬在细胞死亡过程中可能具有保护作用。这些发现揭示了21y通过靶向ERK1/2在MCF-7细胞中诱导细胞凋亡和自噬的双重机制，并为开发基于21y的抗肿瘤策略提供了重要的理论依据。 ⑤药代动力学特征与体内抗肿瘤活性 研究者对化合物21y在Sprague-Dawley（SD）大鼠体内的药代动力学特性进行了研究，结果显示，21y在口服给药后表现出良好的药代动力学特性，其消除半衰期（T1/2）为2.51 ± 0.04 h，Cmax为769.67 ± 15.30 ng/mL。而在静脉注射给药后，T1/2为3.15 ± 0.14 h，Cmax为534.00 ± 8.00 ng/mL。基于这些数据计算得出，21y的生物利用度为37.09%。这一结果表明，21y具有适度的口服生物利用度，为后续的体内疗效研究提供了重要的药代动力学支持。 研究者通过4T1乳腺癌异种移植小鼠模型评估了化合物21y的体内抗肿瘤活性及其机制。结果显示，21y在不同剂量（25 mg/kg和50 mg/kg）下均能显著抑制肿瘤生长，肿瘤生长抑制率（TGI）分别为40.72%和54.86%，显著高于BVD-523（26.89%）。此外，21y处理的小鼠肿瘤组织中ERK1/2磷酸化水平在给药后8小时达到峰值，随后逐渐下降，表明21y通过抑制ERK1/2信号通路发挥抗肿瘤作用。免疫组化分析进一步证实，21y显著降低了肿瘤组织中Ki67和PCNA的表达，同时上调了自噬标志物LC3B的水平，表明21y通过抑制细胞增殖和激活自噬来抑制肿瘤生长。此外，21y处理的小鼠未出现明显的体重下降或器官损伤，表明其具有较低的毒性。这些结果表明，21y通过靶向ERK1/2信号通路在体内表现出显著的抗肿瘤活性，并且具有良好的耐受性，为21y作为潜在的抗肿瘤药物的进一步开发提供了有力的证据。 ⑥21y对乳腺癌肺转移的抑制效果 通过尾静脉注射4T1-luc细胞建立肺转移模型，研究者发现21y在25 mg/kg和50 mg/kg剂量下均能显著减少肺部转移灶的数量和重量。具体而言，与对照组和BVD-523处理组相比，21y处理的小鼠在生物发光成像中显示出更低的信号强度，且在实验结束时肺部转移灶数量显著减少。此外，H&E染色显示21y处理的小鼠肺组织病理变化减轻，表现为肺泡结构更完整、细胞结构更清晰。这些结果表明，21y不仅在抑制肿瘤生长方面表现出色，还具有显著的抗肺转移潜力，为乳腺癌治疗提供了新的策略。 总结 研究者总结了化合物21y作为新型ERK1/2抑制剂在乳腺癌治疗中的潜力。研究团队开发了一系列芳香脲咪唑盐衍生物，并从中筛选出21y，该化合物对MCF-7乳腺癌细胞表现出显著的抑制活性（IC50 = 0.67 μM）。通过DARTS和LC−MS/MS蛋白质组学技术，研究者证实21y直接靶向ERK1/2，其对ERK1和ERK2的抑制活性IC50值分别为91.71 nM和97.87 nM。体外实验显示，21y通过抑制ERK1/2下游信号通路，诱导细胞凋亡和自噬相关细胞死亡。体内实验进一步证实，21y在4T1乳腺癌异种移植小鼠模型中表现出显著的抗肿瘤生长和抗肺转移效果，且具有良好的药代动力学特性和较低的毒性。此外，21y在BRAF V600E突变的A375黑色素瘤细胞中也显示出强效的抗增殖活性，提示其可能对黑色素瘤治疗也具有潜在价值。综上所述，21y作为一种新型ERK1/2抑制剂，在乳腺癌治疗中展现出良好的应用前景，值得进一步开发为临床药物。 参考来源： https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1021/acs.jmedchem.4c01434 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↓