【JMC】上海药物所徐石林/蒙凌华等报道一类ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂，对肿瘤有效

2024-02-26

免疫疗法寡核苷酸

2024年2月24日，上海药物所徐石林/蒙凌华团队在Journal of Medicinal Chemistry在线发表了题为“Discovery of Pyrido[2,3‑d]pyrimidin-7-one Derivatives as Highly otent and Efficacious Ectonucleotide Pyrophosphatase/ hosphodiesterase 1 (ENPP1) Inhibitors for Cancer Treatment”的文章。作者团队开发了一系列基于吡啶并[2,3 d]嘧啶-7-酮支架的ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂，其中活性最好的化合物31有优秀的体外一直ENPP1活性，且可以高效激活STING通路。化合物31在4T1小鼠三阴性乳腺癌模型中也有良好的抑制肿瘤活性。尽管免疫疗法在人类癌症治疗领域掀起了一场革命，但只有少数癌症患者对这些疗法有反应。有究表明，免疫检查点抑制剂的疗效取决于患者原有免疫力，因此免疫疗法在T细胞浸润不足的癌症（免疫"冷"肿瘤）中应用受到限制。其中一种将"冷"肿瘤转化为具有高T细胞反应性的免疫"热"肿瘤的机制是激活干扰素基因刺激器（STING）通路。激活STING通路可增强宿主免疫监视和重塑肿瘤微环境（TME）。STING 可由cGAMP激活，cGMP-AMP合成酶（cGAS）会对与病毒感染和肿瘤增殖相关的细胞DNA作出反应，生成cGMP-AMP。STING与cGAMP结合后，会启动肿瘤和宿主免疫细胞中的TANK结合激酶1(TBK1)-干扰素调节因子3(IRF3)信号级联，IFN的产生和肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)的浸润，最终产生抗肿瘤免疫。STING激动剂 STING激动剂已在临床前研究中显示出良好的抗肿瘤效果。然而，由于不理想的药代动力学特性和STING通路的过度激活，这些药物的全身给药并未显示出理想的临床疗效和安全性。最近的研究表明，刺激STING活化的一种新策略是抑制外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1（ENPP1）。ENPP1是一种细胞外酶，可水解核苷酸三磷酸酯（主要是ATP），ENPP1能通过水解细胞外cGAMP 促进癌症的免疫逃避、转移和抗药性。在乳腺癌、肺癌、卵巢癌和星形胶质细胞肿瘤等癌症细胞中，都能观察到ENPP1的高表达。与STING激动剂 STING激动剂相比，用ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂激活STING 通路可能会提高安全性。因此，阻断ENPP1是一种极具吸引力的癌症免疫疗法策略。作者团队设计并合成了一系列母核为吡啶并[2,3-d]嘧啶-7-酮衍生物的强效ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂。在ENPP1酶切实验中，代表性化合物31抑制ENPP1的IC50为皮摩尔级别。化合物31能上调STING下游信号蛋白TBK1和IFR3的磷酸化水平，促进IFNB1和CXCL10的表达。它还能激活THP1-Dual细胞中由cGAMP-STING信号介导的免疫反应。此外，化合物31在4T1乳腺癌小鼠模型中显示出良好的体内抗肿瘤作用。ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂的设计与构效关系作者对已知的ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂4（IC50=16.7nM）与人ENPP1蛋白的共晶结构进行分析，发现其喹唑啉母核夹在Phe257和Tyr340间，形成π-π共轭，且Asp326残基离母核很近，设计将苯环替换成吡啶酮环，以形成额外的氢键作用；为了与蛋白活性催化位点的锌离子能有相互作用，设计将磺酰胺基团替换为磷酸基团，以此为设计思路进行第一步构效关系优化。图1 化合物4/8与ENPP1蛋白共晶结构结果表明磷酸基团替换策略大大提升了酶抑制活性（化合物5 IC50=0.8nM），在此基础上进行吡啶并[2,3-d]嘧啶-7-酮替换喹唑啉环的改造，进一步提升了ENPP1的抑制活性（化合物8 IC50=0.3nM）。接着作者探究了磷酸基团和母核之间linker长短和类型改变与抑制活性间的关系，在维持链长的基础上改变环的大小/在链中的位置，以及将脂肪环替换为芳香环，得到活性最好的化合物31（IC50=0.09nM）图2 探究linker对于抑制活性的影响化合物31在THP-1细胞中激活STING通路的能力ENPP1的同工酶ENPP3结构与其最相似，作者也进行了化合物31对ENPP3的抑制实验，其IC50=5.0nM，与ENPP1的抑制活性相差50倍，具有良好的选择性。抑制ENPP1可增加cGAMP含量，从而诱导通路下游TBK1和IRF3的磷酸化，化合物5/31在THP-1细胞中，明显提升了TBK1和IRF3的磷酸化水平，且延长了磷酸化的时间。STING通路的激活可触发IFN的应答，实验结果表明化合物31可以显著提升IFN应答相关基因IFNB1和CXCL10的表达。图3 化合物5/31在THP-1细胞中对STING通路的激活和对IFN刺激的应答化合物31通过激活STING通路增强免疫应答STING信号的激活会刺激肿瘤微环境内宿主细胞的I型干扰素反应，促进抗原呈递和细胞毒性T细胞的招募。将化合物31与三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231孵育后取其基质，用于培养THP-1 Dual细胞。实验结果表明，化合物31可浓度依赖性的激活THP-1 Dual细胞的干扰素刺激应答原件荧光酶报告子，与化合物31在MDA-MB-231中的抑制活性表现一致。图4 化合物31增强了TME中由cGAMP-STING信号介导的免疫应答化合物31对肿瘤生长和转移的抑制作者在4T1三阴乳腺癌小鼠模型中验证了化合物31的抗肿瘤能力。皮下注射给药50mg/kg或100mg/kg（因该化合物在口服和静注中生物利用度低，且半衰期短，所以更改给药方式，并提高剂量），可抑制肿瘤生长，且对小鼠体重无明显影响，说明化合物31毒性较小。并且化合物31可显著降低肿瘤肺转移结节数量，说明其也有抑制肿瘤转移的能力。图5 化合物31抑制TNBC小鼠肿瘤生长和肿瘤转移总结在本研究中，作者以之前报道的一种抑制剂（4,QS1）为起点，采用骨架跃迁和锌结合基团置换策略设计了一类新型ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂。通过对骨架和linker进行优化，进一步完善了ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂，最终发现了一种高活性、高选择性的化合物31。化合物31在ENPP1酶活性实验中表现出显著的抑制活性，IC50=0.09 nM，在MDA-MB-231细胞抑制实验中的IC50值为8.8 nM。此外，化合物31还对其他磷酸二酯酶（包括ENPP3和PDE4A）表现出显著选择性。根据ENPP1在STING通路中的已知作用，用化合物31处理可有效提高THP-1细胞中TBK1和IFR3等下游信号蛋白的磷酸化水平，并显著上调IFNB1和CXCL10的表达水平。此外，化合物31对 THP1-Dual 细胞中ISRE报告器的激活具有剂量依赖性，证明了其对STING通路的激活。在 4T1 TBNC小鼠模型中，皮下注射化合物31作为单一疗法可有效抑制肿瘤生长和转移。但化合物31口服吸收生物利用度低，半衰期短，作者正在进行进一步的结构优化和广泛的药代动力学评估。总之，这些研究结果不仅为进一步的药物开发提供了骨架新颖的先导化合物，而且证实了小分子ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂作为癌症免疫疗法的可行性。原文链接：https://pubs-acs-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1021/acs.jmedchem.3c02288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↓

【JMC】上海药物所徐石林/蒙凌华等报道一类ENPP1抑制剂ENPP1抑制剂，对肿瘤有效

【JMC】上海药物所徐石林/蒙凌华等报道一类ENPP1抑制剂 ENPP1抑制剂，对肿瘤有效