1、PARPPARP抑制剂研究进展抑制剂研究进展 徐度建徐度建 2015.6 2015.6细胞毒药物细胞毒药物定义：以定义：以DNA、RNA和微管蛋白等对细胞死攸关的共有组分为和微管蛋白等对细胞死攸关的共有组分为靶点靶点 特点：当前肿瘤治疗药物的主体，特点：当前肿瘤治疗药物的主体，同时作用于肿瘤细胞和正同时作用于肿瘤细胞和正常细胞常细胞,对实体瘤疗效差、毒副作用大、耐药性对实体瘤疗效差、毒副作用大、耐药性分子靶向药物分子靶向药物定义定义：靶向于正常细胞和肿瘤细胞中差别巨大的调控细胞增殖生靶向于正常细胞和肿瘤细胞中差别巨大的调控细胞增殖生长长 的关键分子及其信号转导通路的抗肿瘤药物的关键分子及其信号
2、转导通路的抗肿瘤药物特点：当前肿瘤药物研发的主要方向，特异作用于肿瘤细胞，选特点：当前肿瘤药物研发的主要方向，特异作用于肿瘤细胞，选择择 性高、毒性低性高、毒性低细胞毒药物细胞毒药物vs分子靶向药物分子靶向药物2分子靶向抗肿瘤药物主要分类分子靶向抗肿瘤药物主要分类DNA损伤修复系统损伤修复系统 泛素化泛素化-蛋白酶体系统蛋白酶体系统 表观遗传修饰系统表观遗传修饰系统肿瘤免疫治疗肿瘤免疫治疗肿瘤代谢肿瘤代谢 细胞信号转导细胞信号转导 蛋白酪氨酸激酶 丝/苏氨酸蛋白激酶 肿瘤新生血管生成肿瘤新生血管生成 胞外基质胞外基质 细胞周期细胞周期细胞凋亡细胞凋亡DNADNA损伤修复系统损伤修复系统化疗是恶
3、性肿瘤的主要治疗手段之一,其主要通过破坏肿瘤细胞DNA以达到杀死肿 瘤细胞的目的肿瘤细胞可以通过DNA修复途径修复受损DNA,提高自身生存能力,增强自身对化疗药物的耐受性聚腺苷二磷酸核糖聚合酶聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）p聚腺苷二磷酸核糖合成酶(PARS)或聚腺苷二磷酸转移酶(PADPRT) , 是细胞核酶核酶的一种基本组成部分PARP-1PARP-2PARP-3Vault-PARPTankyrases ( TANK-1, TANK-2 ,和TANK-3)等亚型PARP-1主要功能区域主要功能区域相对质量为46KD的酶分子的N端部分,大量碱性氨基酸,包括DNA结合区域(有两个“锌指”结构
4、)和核酸定位区域,这个区域通过锌指结构识别DNA的损伤一个22kD的中心自修饰区域,包含15个高度保守的谷氨酸残基,被认为是自身聚腺苷二磷酸核糖化的靶位.靠近羧基端含有与DNA修复有关的乳腺癌易感蛋白C端模序（BRCT），BRCT可以介导DNA修复蛋白和细胞检查点蛋白之间的相互作用。 54kD的C端区域,包括NAD+的结合位点和合成聚腺苷二磷酸核糖的催化位点PARP生理功能生理功能当DNA的双链或单链由于辐射、氧化剂和烷基化药物等作用出现断裂时, PARP的活性会显著增强。一旦被激活, PARP迅速消耗大量NAD+,将其转化为烟酰胺和聚ADP-核糖聚ADP-核糖被用来合成聚腺苷 二磷酸核糖,导
5、致PARP的自身修饰。接着聚腺苷二磷酸核糖水解酶(PARG)被激活,将聚腺苷二磷酸核糖从PARP上移除,使得PARP-1重新活化,继续转化NAD+PARP的生理功能的生理功能在PARP介导的多腺苷二磷酸核糖代谢过程中, NAD+通过氢键与PARP相结合, 并在PARP的作用下裂解成烟酰胺和ADP核糖, 而烟酰胺作为PARP催化NAD+裂解的产物之一，其本身也能抑制PARP。因此, 早期的PARP抑制剂多以烟酰胺为基础发展而来8PARP抑制剂抑制剂典型的PARP1抑制剂都有共同的与PARP1与Gly863 -NH2和Ser904 -OH分别有氢键作用,母核上甲酰胺基团的-NHGly863的-C(
6、=0)-也会产生氢键,此外,芳香母核与Tyr907和Tyr889的苯环产生共轭苯并咪唑类苯并咪唑类2-位取代基为环烷基胺或芳香胺时具有较好的活性，可能是因为胺基与Glu-763发生结合，而环烷基与芳基与Tyr-889通过范德华力作用进一步加强其作用NU108516(Ki = 6 nM, ) 先导化合物，但是该先导化合物仍然存在水溶性差的问题。为了解决水溶性问题， 以及提高结构的新颖性， 酰胺键被固定在六元环或者七元环结构中Pfizer Rucaparib （AG 014699） Phase 310Veliparib(ABT-888)为了提高先导物的水溶性和细胞活性, 用2-脂肪胺替代的2-苯基
7、,成功地得到一系列具有优良酶活性和细胞活性的小分子，A 620223体内试验表明, 具有良好的活性与药物代谢性质。但是在孕鼠体内, 被发现有严重的胚胎致死性,因而阻止了该化合物进入临床2-偕二甲基苯并咪唑-4-甲酸胺类小分子，不但活性很好,还具有极好的水溶性对细胞色素P450s几乎无抑制作用然而,它的半衰期很短，生物利用度低利用前述化合物的2-环胺基和2-季碳取代基，活性与药物代谢性质俱佳的化合物veliparib(ABT-886)，(R)-veliparib具有更好的口服生物利用度11菲啶酮类菲啶酮类Inotek 公司合成了一系列治疗缺血的菲啶酮类 PARP-1 抑制剂。在 2 位引入叔胺得
8、到化合物 PG34，有效地改善了水溶性三环的大平面性使其倾向于插入DNA造成DNA损伤,因此Intoek制药公司将环戊环并以破坏其大平面性,但PARP1酶活性和细胞活性几乎完全消失8位引入较小基团时活性提高10倍,如-F,-N02, -NH2,引入较大基团时活性会逐渐下降甚至完全消失。9位磺酸基取代后可显著提高酶活性,磺酸基和末端吗琳中间连接链的亚甲基数目对PARP1的酶活性有重要作用末端吗琳的引入使得酶活性至少提高3000倍,细胞活性提高300倍IN01001被终止用于胖瘤治疗,因为自身的骨髄抑制作用及合用 时肝转氨酶的提高12菲啶酮类菲啶酮类Guilford 医药公司也合成了一系列3位取代
9、的菲啶酮类PARP-1抑制剂。通过对菲啶酮的结构改造得到溶解性和活性都很好的化合物，其中氟原子增加了化合物的分子活性考虑到结构新颖性，将一个苯环变成哌啶有较好的活性， 在过氧化氢诱导的细胞毒试验中表现出良好的细胞效力，但是血脑屏障透过能力差GPI 16539具有较好的水溶性和血脑屏障透过能力。尽管在临床前研究中该药拥有良好的抗炎症效果，但是却从未进入临床试验。13喹唑酮类喹唑酮类Guilford 医药公司由二氢喹唑啉改造而成的 GPI6150的溶解性很差 合成了一系列三环和四环的结构， 并且利用 PARP-1的亲水口袋，在 GPI6150氧原子的对位引入极性基团Eisai E7016 口服有效
10、，并且可以透过血脑屏障。在白血病老鼠模型中，E7016 与顺铂联用表现出显著的化学增效活性和神经保护作用。目前该药已经处于一期临床研究中。14喹唑酮类喹唑酮类KuDOS/Maybridge 公司通过高通量筛选，得到酞嗪酮类先导化合物先导化合物 本身活性较弱，对其侧链苯环 3-位用酰胺、4-位用氟原子进行取代后，能够显著增加其抑制活性，4位引入F原子可提高化合物的细胞通透性,可能的原因是3-(C=0)-和4-F之间产生相斥的偶极-偶极作用。该作用限制了3-(C=0)的自由旋转,降低了分子熵。哌嗪进行酰化后，得到口服效果较好的olaparib15Olaparib的合成路线的合成路线Olaparib
11、16喹唑啉酮喹唑啉酮FujisawaFujisawa希望找到具有神经保护作用的 PARP-1 抑制剂通过高通量筛选,找到先导化合物。但是没有理想的 PARP-1 抑制活性，而且透过血脑屏障能力较差经过一系列改造最终得到化合物，至今还未上临床17吡咯骈咔唑类吡咯骈咔唑类7位的 基不可或缺。从分子对接结果表明7-C(=0)与Ser904和Gly863形成两个重要氢键,6-NH与Gly863间也有氧键相连。同 时,Tyr896和Tyr907与化合物18的B环和D环n-n共辄,C环-NH-与Glu988的TyrC(=0)有关键氢键作用,环戊环(E环)在由Lys861侧链,Ala898,Tyr861和A
12、sn987残基组成的疏水空腔中酶活性结果表明,E环对活性来说不可或缺,替换为其它烷基,环己基,呋喃环或芳香环基团都导致活性显著下降甚至完全消失C环的N被0或S取代、被甲基化或甲酰化后,化合物的PARP1抑制活性下降20倍甚至完全消失。该药作为单独抗癌药，和与替莫唑胺联合用药的一期临床研究Cephalon 生物公司利用高通量筛选，发现吡咯骈咔唑结构吲唑吲唑化合物的血浆清除率很高，归因于4位亚甲基被氧化，同位素放射标记实验表明大部分的化合物被细胞色素P450S代谢为苯甲酸。因此将末端的水溶性链状胺替换为环状胺,通过增加空间位阻来阻止被氧化,是提高代谢稳定性的好方法,代表性小分子为化合物MK4827
13、MK4827 （S）型异构体,相比（R）型具有更高的细胞活性。MK4827在体内的药代动力学特征良好,展现出可接受的血浆清除率28 (mL/min)/kg,半衰期t1/2= 3.4 h, 口服利用度F =65%19Iniparib （BSI-201）Iniparib唯一的非竞争性PARP1抑制剂，产生的亚硝基代谢物通过对 PARP 酶锌指结构的共价修饰，不可逆的抑制了 PARP 的活性。它不会抑制 PARP-2，因为后者没有锌指结构(通常典型的可逆抑制是通过与 NAD+结合部位的相互作用实现的其对123例三阴性乳腺癌患者使用BSI-201联合吉西他滨或卡配他滨期临床试验发现BSI-201使疾病
14、控制率、无进展生存期及总生存期均显著提高且未有不良反应增加随后Iniparib在临床期实验中屡屡受挫，在治疗已发生转移的三阴性乳腺癌患者（mTNBC）中，phase IIIPARP必须甲酰胺氧化PARP锌必须位点有利硝基还原20Summary21作为一个 新型的抗肿瘤 治疗 靶点 , 针对 P ARP-1 抑制剂的研究已取得了巨大的进步 , 尤其是在 三阴性乳腺 癌和晚期卵巢癌等难治 癌症治 疗上 的成果更加引人注目 , PARP-1 抑制剂也必将在抗肿瘤药物 市场上占据一席之地 目前已有12个PARP1小分子抑制剂进入临床,一方面与放疗或化疗药物联用,如抗代谢药物(吉西他滨),烷化剂(替莫唑胺,顺铂)或有丝分裂阻断剂(紫杉醇)。另一方面单独使用,选择性地用于HR缺陷患者随着针对PARP 家族中其他 蛋白 ( 如 Tankyrase1等) 的 研究逐 步深入 ,在 PARP-1 抑制剂研究的基础上, 该类蛋白也可能成为新 的潜在药物作用靶点 , 进而为抗肿瘤药物研究开辟全新的领域
