Abstract:mTOR is a serine/threonine kinase that plays various roles in cell growth, proliferation, and metabolism. mTOR signaling in cancer becomes irregular. Therefore, drugs targeting mTOR have been developed. Although mTOR inhibitors rapamycin and rapamycin rapalogs (everolimus, rapamycin, temsirolimus, deforolimus, etc.) and new generation mTOR inhibitors (Rapalink, Dual PI3K/mTOR inhibitors, etc.) are used in cancer treatments, mTOR resistance mechanisms may inhibit the efficacy of these drugs. Therefore, new inhibition approaches are developed. Although these new inhibition approaches have not been widely investigated in cancer treatment, the use of nanoparticles has been evaluated as a new treatment option in a few types of cancer.:This review outlines the functions of mTOR in the cancer process, its resistance mechanisms, and the efficiency of mTOR inhibitors in cancer treatment. Furthermore, it discusses the next-generation mTOR inhibitors and inhibition strategies created using nanoparticles.:Since mTOR resistance mechanisms prevent the effects of mTOR inhibitors used in cancer treatments, new inhibition strategies should be developed. Inhibition approaches are created using nanoparticles, and one of them offers a promising treatment option with evidence supporting its effectiveness.

2023-08-01·SLAS Technology

In vitro delivery of mTOR inhibitors by kidney-targeted micelles for autosomal dominant polycystic kidney disease

Article

作者: Chung, Eun Ji ; Li, Hui ; Cox, Alysia ; Tung, Madelynn ; Hallows, Kenneth R

Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is the most common genetic kidney disease and is characterized by the formation of renal cysts and the eventual development of end-stage kidney disease. One approach to treating ADPKD is through inhibition of the mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway, which has been implicated in cell overproliferation, contributing to renal cyst expansion. However, mTOR inhibitors, including rapamycin, everolimus, and RapaLink-1, have off-target side effects including immunosuppression. Thus, we hypothesized that the encapsulation of mTOR inhibitors in drug delivery carriers that target the kidneys would provide a strategy that would enable therapeutic efficacy while minimizing off-target accumulation and associated toxicity. Toward eventual in vivo application, we synthesized cortical collecting duct (CCD) targeted peptide amphiphile micelle (PAM) nanoparticles and show high drug encapsulation efficiency (>92.6%). In vitro analysis indicated that drug encapsulation into PAMs enhanced the anti-proliferative effect of all three drugs in human CCD cells. Analysis of in vitro biomarkers of the mTOR pathway via western blotting confirmed that PAM encapsulation of mTOR inhibitors did not reduce their efficacy. These results indicate that PAM encapsulation is a promising way to deliver mTOR inhibitors to CCD cells and potentially treat ADPKD. Future studies will evaluate the therapeutic effect of PAM-drug formulations and ability to prevent off-target side effects associated with mTOR inhibitors in mouse models of ADPKD.

2022-12-09·Science1区 · 综合性期刊

IFITM proteins assist cellular uptake of diverse linked chemotypes

1区 · 综合性期刊

Article

作者: Greninger, Patricia ; Seeliger, Markus A. ; Lou, Kevin ; Gilbert, Luke A. ; Wassarman, Douglas R. ; Benes, Cyril H. ; Moore, Megan K. ; Shokat, Kevan M. ; Zhang, Ziyang ; Yang, Tangpo ; Paung, YiTing ; Egan, Regina K. ; O’Loughlin, Thomas A. ; Taunton, Jack

The search for cell-permeable drugs has conventionally focused on low-molecular weight (MW), nonpolar, rigid chemical structures. However, emerging therapeutic strategies break traditional drug design rules by employing flexibly linked chemical entities composed of more than one ligand. Using complementary genome-scale chemical-genetic approaches we identified an endogenous chemical uptake pathway involving interferon-induced transmembrane proteins (IFITMs) that modulates the cell permeability of a prototypical biopic inhibitor of MTOR (RapaLink-1, MW: 1784 g/mol). We devised additional linked inhibitors targeting BCR-ABL1 (DasatiLink-1, MW: 1518 g/mol) and EIF4A1 (BisRoc-1, MW: 1466 g/mol), uptake of which was facilitated by IFITMs. We also found that IFITMs moderately assisted some proteolysis-targeting chimeras and examined the physicochemical requirements for involvement of this uptake pathway.

项与 RapaLink-1 相关的新闻（医药）

2022-12-26

·生物谷

Science：重大进展！发现IFITM蛋白促进细胞高效摄取更大的连接药物分子

在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校的研究人员发现了一种细胞摄取途径，它对由连接亚基组成的较大药物分子特别重要。这一知识可以被用来构建新的药物。在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校的Kevan Shokat团队和Luke Gilbert团队发现了一种细胞摄取途径，它对由连接亚基组成的较大药物分子特别重要。这一知识可以被用来构建新的药物，尽管它们很大很复杂以便与它们的靶标进行最佳结合，但却能被靶细胞高效摄取。相关研究结果发表在2022年12月9日的Science期刊上，论文标题为“IFITM proteins assist cellular uptake of diverse linked chemotypes”。大多数传统药物都是小分子，遵循简单的分子规则，促进良好的细胞摄取和有利的化学特性，包括限制分子大小和分子表面粘性化学基团的数量。然而，由于特异性问题，许多关键的药物靶标，比如经常参与癌症产生的激酶，极其难以用传统药物加以靶向---“有超过500种人类激酶，它们在药物结合的口袋中非常相似，使得选择性地靶向这个家族的单个成员成为一个困难的挑战，并导致不理想的药物副作用”，论文第一作者Kevin Lou解释道。为了缓解这些问题，并接触以前被认为是“无法用药物靶向”的新细胞靶标，一些较新的药物类别变得更加庞大和复杂。但只有少数这样的例子远远超出了典型的化学规则，并对细胞内的靶标保持非常有效的药物作用。一般来说，Gilbert解释说，“人们一直不愿意设计、合成和测试这样的分子，因为它们远远超出了标准的药物设计规则，人们只是认为它们不会进入细胞。重要的是，这些具有多个部分的较大药物分子对它们的靶标的特异性往往要高得多---它们有两把分子钥匙，必须同时插入两个相邻的锁中，从而提高了特异性。” 但目前还不清楚这些较大的药物分子是如何进入细胞的，也不清楚我们可以遵循什么样的设计规则来开发利用这种分子连接来实现高效力和高特异性的新药物。Gilbert说，通过发现一种允许这些药物进入我们细胞的细胞通道，这项新研究“使得科学家们能够超越标准的药物设计规则进行思考，并考虑更大的连接分子是否能够以新的方式靶向蛋白或靶向我们以前认为无法靶向的蛋白”。当你不知道你在寻找什么，甚至不知道是否存在一种新途径时，你如何找到一种新途径？一种强大的方法是进行全基因组功能筛选，测试单个基因对细胞过程的重要性。几年前，吉尔伯特率先开发了CRISPRi和CRISPRa筛选，其中CRISPR与向导RNA库一起使用，以减少或增加人类基因组中一个基因的表达水平。当应用于数以百万计的细胞时，每个细胞在不同的基因上得到不同的修改，这样就可以确定哪些基因操纵导致了感兴趣的功能结果差异。在这种情况下，这将意味着寻找使得细胞与未连接的药物分子相比对连接的药物分子更敏感或更有抵抗力的基因表达操纵，并进行追溯以确定哪些基因对调整这一过程是重要的。 Shokat团队和Gilbert团队在人类白血病细胞系中进行了这些成对的CRISPRi（基因抑制）和CRISPRa（基因激活）筛选，然后用一种大型的实验性连接抗癌药物RapaLink-1进行处理。这些作者立即发现，与对未连接的药物分子的反应相比，这种连接药物分子对一些基因操纵的反应截然不同，这意味着与传统的小药物分子相比，RapaLink-1依赖于不同的细胞进入和/或药物作用途径。令人鼓舞的是，许多结果相互加强：抑制一个特定的基因可能导致细胞对该药物的抵抗力，而激活同一基因则会促进对该药物的敏感化。 RapaLink-1化学结构式，图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05213-y。最引人注目的结果是一组三个密切相关的基因，它们似乎能促进RapaLink-1的活性，但对未连接的药物分子没有影响。这些基因编码IFITM蛋白，它们因在抗病毒防御中的作用而闻名，但此前没有证据表明它们会影响药物的作用方式。仅仅通过调节IFITM蛋白的水平，这些作者就能极大地改变RapaLink-的效力约30倍。这些作者观察了659种不同的细胞类型，发现IFITM的表达水平与对RapaLink-1的敏感性之间有很强的相关性，支持它在不同类型的细胞中发挥普遍作用。通过扩大到17种不同的连接药物分子和未连接的药物分子，他们确定，IFITM基因表达的影响在不同类型的连接药物分子中是一致的。以前的研究已指出IFITM蛋白位于我们的细胞表面上，识别许多不同类型的病毒，并阻止它们进入我们的细胞，从而阻止感染。但它们与细胞对RapaLink-1的反应会有什么关系？这些作者测量了细胞摄取RapaLink-1和相关药物的荧光版本的能力。 Lou说，“我永远不会忘记我们第一次能够看到IFITM表达较低的细胞对RapaLink-1的摄取较少的那一刻。相反的情况也是如此：提高IFITM水平会增加药物进入细胞的速度。”另一方面，IFITM蛋白表达水平对未连接的“传统”药物穿过细胞膜的效果没有影响。利用他们所学到的知识，Shokat实验室接下来设计了两种新的连接药物，他们假设这两种药物可能利用这种细胞进入途径。他们通过连接子将两种已知的白血病蛋白BCL-ABL1抑制剂---达沙替尼（dasatinib）和阿思尼布（asciminib）---连接在一起而产生了DasatiLink-1。由于每种药物都与靶蛋白上的一个不同的口袋结合，他们推断，这种连接药物版本可以像双叉钥匙插入两把锁一样将自己附着在两个接触点上，从而提高它的特异性和有效性。他们还设计了bisrc -1，将化疗药物楝酰胺（rocaglamide）的两个分子连接在一起，使得它能够桥接该药物靶蛋白的两个拷贝。值得注意的是，尽管这两种连接药物都违反了传统的药物设计原则，但他们发现这两种连接药物都能进入细胞，与它们的靶标紧密结合，并与未连接的药物分子一样有效。这两种连接药物独特地依赖于靶细胞中IFITM蛋白的表达，支持IFITM途径在许多类型的连接药物分子中的普遍作用。引人注目的是，这些作者发现DasatiLink-1仅对BCL-ABL1激酶具有精确的特异性，而它的两个成分药物分子在未连接时具有更宽松的特异性。Lou解释说，“需要多管齐下的结合机制的连接抑制剂分子的选择性要高得多”，只要它们能够有效地进入细胞，就具有很大的优势。由于这项新的研究，我们如今了解了连接药物用来进入人体细胞的一种主要细胞通道。这不仅回答了生物医学中一个长期存在的问题，还为设计更好的可以利用这一进入途径获得更高的药物有效性和特异性的分子连接物铺平了道路。Gilbert建议，未来有可能“利用介导药物吸收的途径，比如IFITM，来提高药物摄取，甚至将药物靶向到选定的细胞类型”。增加IFITM表达的治疗可能会与遭遇临床挑战的药物联合使用，以促进它们进入细胞，并使它们更接近它们的分子靶标。这一重要途径的发现扩大了我们在今后设计新的治疗性药物时可以探索的分子特征的前沿。（生物谷 Bioon.com）参考资料： 1. Kevin Lou et al. IFITM proteins assist cellular uptake of diverse linked chemotypes. Science, 2022, doi:10.1126/science.abl5829. 2. R. Scott Lokey et al. Getting bifunctional molecules into cells. Science, 2022, doi:10.1126/science.adf4412. 3. Discovery of a cellular uptake pathway for larger drug moleculeshttps://phys.org/news/2022-12-discovery-cellular-uptake-pathway-larger.html

临床1期

2022-10-17

·生物制品圈

新型mTOR抑制剂的设计与机制研究

小分子药物的使用通常会导致全身的药理作用，这会同时提高药效和毒性，并影响其治疗指数。虽然脱靶效应可以通过改善药物特异性的化学修饰来缓解，但靶向-组织外毒性是一项独特的挑战，需要精确控制组织分区。靶向-组织外毒性会影响常用药物，如他汀类药物(骨骼肌中HMG CoA还原酶抑制导致肌病)和第一代抗组胺药(大脑中H1受体被阻断导致嗜睡)，及其他有效治疗药物的安全使用。mTOR的化学抑制剂就是一个很好的例子。尽管在许多中枢神经系统(central nervous system, CNS)疾病中已经研发了变构和正构mTOR抑制剂，包括结节性硬化症、胶质母细胞瘤和酒精使用障碍，但mTOR的全身抑制与各种剂量限制不良反应相关（如免疫抑制、代谢障碍和儿童生长抑制）。如果这些mTOR抑制剂的药理作用能够局限于中枢神经系统，那么它们的治疗窗口将大大拓宽。 mTOR激酶的靶向治疗可以通过变构和正构两种方式实现。目前mTOR抑制剂主要分为三类：抗生素变构mTOR抑制剂(第一代)、ATP竞争性mTOR抑制剂(第二代)和其他新型mTOR抑制剂(第三代)。第一代mTOR抑制剂一般是指抗生素类变构mTOR抑制剂，主要是雷帕霉素(Rapamycin)及其衍生物(Rapalogs)。雷帕霉素并不直接抑制mTOR 活性，它与FK506结合蛋白12(FK506-binding protein 12, FKBP12)结合形成FKBP12-雷帕霉素复合物，该复合物再结合mTOR的FRB结构域，其中，雷帕霉素嵌入由 FKBP12 和 mTOR 的 FRB 结构域形成的空腔中，改变mTOR的构象，从而以变构的方式抑制mTORC1活性。因此FKBP12只是雷帕霉素介导的 mTORC1 抑制的辅助因子。第二代mTOR抑制剂主要是ATP竞争性抑制剂，与mTOR激酶结构域中的ATP结合位点结合。第三代mTOR抑制剂RapaLink-1是将雷帕霉素和mTOR激酶抑制剂MLN018整合到同一个分子上而获得的，其通过结合FKBP12的FRB结构域作用于mTOR，同时连接的小分子抑制剂MLN018作用于mTOR激酶结构域。尽管其分子量较大(1784 Da)，与早期的mTOR抑制剂相比，RapaLink-1在促进胶质母细胞瘤消退方面表现出了增强的体内疗效。由于RapaLink-1含有一个TOR激酶抑制剂(TOR kinase inhibitor, TORKi)部分，它与ATP口袋结合。为了知道RapaLink-1与FKBP12的相互作用是否对其抑制mTOR必不可少，研究人员用纯化的mTOR蛋白进行了体外激酶测定，发现无论FKBP12存在与否，RapaLink-1均表现出与MLN0128 (RapaLink-1的TORKi部分)相同的半最大抑制浓度(half-maximal inhibitory concentration , IC50)值。这表明在无细胞环境下，RapaLink-1可以不依赖FKBP12而作用mTOR的活性位点。然而，当研究者在细胞中测试RapaLink-1时，他们观察到FKBP12对mTOR的抑制有很强的依赖性。在表达dCas9-KRAB的K562细胞中，用两种不同的sgRNA敲除FKBP12基因极大地阻碍了其细胞活性。当他们使用FK506 (FKBP12的高亲和力天然配体)阻断FKBP12的配体结合位点时，这种作用更加明显。用western blot检测mTOR信号，观察到类似的RapaLink-1对FKBP12的依赖性。10 nM的RapaLink-1将磷酸化的 S6 (S240/244)和磷酸化的4EBP蛋白 (T37/46)降低到几乎无法检测到的水平，而10 nM的RapaLink-1和10 μ M FK506的组合对这两种标记均无影响。这些结果强调，尽管FKBP12不是RapaLink-1在体外结合和抑制mTOR活性位点所必需的，但它是细胞活性所必需的，其可能是RapaLink-1在细胞内积累的接收器。基于这一发现，研究者提出了一种化学策略，将已知的激酶抑制剂转化为FKBP12依赖的形式，可以实现对其他激酶靶点的脑特异性抑制：通过脑透性mTOR抑制剂(RapaLink-1)+FKBP12来在脑内发挥功能，而联合使用FKBP12的脑非渗透抑制剂(RapaBlock)来阻断脑外FKBP12对RapaLink-1的依赖作用。当RapaLink-1和RapaBlock这两种药物联合使用时，可促进在胶质母细胞瘤消退且检测不到全身毒性。为了确定具有适当通透性的候选FKBP12抑制剂(即细胞通透性但不渗透血脑屏障(blood–brain barrier, BBB))，他们考虑了已知的天然和合成的高亲和力FKBP12配体(例如FK506，rapamycin和SLF/Shield-1)，但所有这些化合物都很容易穿过血脑屏障。因此，他们合成了一组SLF和FK506的衍生物，其中一些完全阻断了RapaLink-1对mTOR的抑制。他们对四种具有不同侧链化学类型的化合物进行了额外的体内筛选，分别分析了用RapaLink-1和候选化合物(分别为1和40 mg/kg)组合处理的小鼠的大脑和骨骼肌组织中的mTOR信号。FK506的吡啶氮氧化物衍生物(06-041)可以保护周围组织不受RapaLink-1的影响，但允许大脑中mTOR的有效抑制，他们将其命名为“RapaBlock”。此外，修饰FK506的C21烯丙基还有一个额外的好处——它取消了与FK506的天然靶标钙调神经醛酸的结合，其抑制会导致活化T细胞核因子(Nuclear factor of activated T cells, NFAT)信号的抑制，从而导致免疫抑制。RapaBlock和FK506同FKBP12的结合具有相当的亲和力(抑制常数(Ki)分别为3.1 nM和1.7 nM)，但与FK506不同的是，RapaBlock对钙调磷酸酶没有表现出任何抑制活性。在细胞中，RapaBlock(最多10µM)本身不会影响mTOR信号，但会以剂量依赖性的方式减弱RapaLink-1的药理作用。RapaBlock在阻断雷帕霉素方面似乎更有效，其以100:1的化学计量率将磷酸化S6信号恢复到与未处理细胞相同的水平。这些数据表明，RapaBlock通过与细胞内FKBP12的竞争性结合，使RapaLink-1和雷帕霉素无法抑制mTOR。为了检验RapaLink-1和RapaBlock的联合作用是否能在体内对mTOR产生脑特异性抑制，他们用RapaLink-1(1 mg/kg)或RapaLink-1(1 mg/kg)和RapaBlock(40 mg/kg)的联合作用治疗健康BALB/cnu/nu小鼠，在4小时或24小时后用胰岛素(250 mU)刺激mTOR活性，并通过免疫印迹分析解剖组织。RapaLink-1和RapaBlock组合显示出显著的组织特异性效应：与只使用RapaLink-1的小鼠相比，大脑中的mTOR活性受到了相当程度的抑制，但骨骼肌中的mTOR活性没有受到抑制，未出现mTOR抑制剂常见的靶向副作用，如体重减轻、糖代谢受损和肝毒性。接下来，研究人员在裸鼠中建立表达萤火虫荧光素酶的U87MG细胞原位颅内异种移植瘤模型，并用RapaLink-1 (1 mg / kg)、RapaBlock (40 mg / kg)或两者的联合注射治疗这些小鼠，每5天注射一次。所有治疗均耐受良好，体重无明显变化。RapaLink-1单独使用或与RapaBlock联合使用均能显著抑制肿瘤生长并提高生存率，而单独使用RapaBlock对两者均无显著影响。在建立了这样一种二元治疗方法来实现对mTOR的脑特异性抑制后，研究人员想知道是否同样的策略可以适用于其他需要脑限制性药理学的药物。一个关键的挑战是，要使这种方法普遍化，“活性”组件(如RapaLink-1)必须依赖于FKBP12的可用性。他们首先用GNE7915进行尝试，GNE7915是一种富含亮氨酸重复激酶2 (leucine-rich repeat kinase 2, LRRK2)的有效和特异性抑制剂，在治疗帕金森病的临床前研究中。最近的研究表明，小分子抑制剂对LRRK2的系统性抑制可诱导II型肺细胞的细胞质空泡化，这表明这些化合物存在潜在的安全隐患。他们将FK506和GNE7915的药效团与哌嗪基团进行化学连接，合成了FK-GNE7915。在体外LRRK2激酶试验中，FK-GNE7915是GNE7915的次等抑制剂(IC50分别为107 nM和3.0 nM)，尽管在实验中加入10 μ M FKBP12后其活性增强(IC50为21 nM)。然而，在量化磷酸化的LRRK2 (S935)水平作为LRRK2抑制标记的细胞试验中，FK-GNE7915比母化合物GNE7915更有效超过十倍(IC50分别为6.7 nM和81 nM)。这两个结果的并置表明FK506部分在FK-GNE7915增强的细胞效力中发挥了作用。他们推断，高亲和力FK506-FKBP12相互作用可以促进FK-GNE7915在细胞内的积累，类似于RapaLink-1的情况。这一特性允许研究人员通过控制FKBP12的可用性来编程抑制LRRK2。综上，通过利用雷帕霉素类似物对FKBP12的独特功能依赖性，研究人员开发了一种方法，通过同时使用强效mTOR抑制剂(RapaLink-1)和FKBP12的细胞渗透性、BBB不渗透性配体(RapaBlock)，实现脑特异性mTOR抑制。这种双重药理学策略实现了组织限制性mTOR抑制，降低了外周组织的毒性，并在异种胶质母细胞瘤模型中保持了RapaLink-1的治疗效果。基于这些发现，作者预期，同样的药物组合可能在其他由mTOR活性失调引起的中枢神经系统疾病(如酒精使用障碍)中具有更广泛的价值。这种方法与这些先例的不同之处在于，它不涉及两种对同一靶点或通路具有抵消作用的药物;相反，RapaBlock通过直接衰减激酶抑制剂的活性来控制组织特异性。因此，目前的体系具有适用于多种靶标的优势，只需要一个不变的RapaBlock分子和一个FKBP12依赖的抑制剂，可以根据FK506和先导化合物的结构轻松设计。虽然在本研究中关注的是蛋白质激酶，但似乎有理由期望该方法也适用于其他类的治疗靶点，如GTPase和组蛋白修饰酶。参考文献Ziyang Zhang, Qiwen Fan, Xujun Luo, Kevin Lou, William A Weiss, Kevan M Shokat. Brain-restricted mTOR inhibition with binary pharmacology. Nature. 2022 Sep;609(7928):822-828. doi: 10.1038/s41586-022-05213-y

免疫疗法小分子药物

100 项与 RapaLink-1 相关的药物交易

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研发状态

10 条进展最快的记录,

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适应症	最高研发状态	国家/地区	公司	日期
胶质母细胞瘤	临床前	美国	Memorial Sloan Kettering Cancer Center	2022-09-14
胶质母细胞瘤	临床前	英国	AstraZeneca PLC	2022-09-14
胶质母细胞瘤	临床前	美国	University of California	2022-09-14
酒精使用障碍	临床前	美国	The University of California, San Francisco	2021-07-27