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第一代亞型選擇性PDHK1共價抑制劑

來源: X-MOL 2017-08-21 11:47:35

丙酮酸脫氫酶激酶（PDHK）是一種存在于線粒體內的激酶，能夠磷酸化并抑制丙酮酸脫氫酶復合物（PDC）產(chǎn)生，是葡萄糖代謝從線粒體氧化向無氧糖酵解轉化的關鍵調控酶。PDHK有四個亞型，分別為PDHK1-4，其中PDHK1與癌癥的惡性程度緊密相關。迄今，主要有三種不同抑制機制的PDHK抑制劑報道，包括硫辛酸口袋結合的抑制劑（AZD7545和Nov3r）、N末端的螺旋束結合的變構抑制劑（DCA）、ATP競爭型抑制劑（Radicicol）。盡管報道的PDHK抑制劑數(shù)量逐年上升，但抑制的作用機制依然沒有突破上述三種類型，且針對這一靶點還沒有相關的上市藥物。因此，開發(fā)全新作用機制的PDHK抑制劑具有重要的創(chuàng)新性和應用價值。

華東理工大學的李劍教授團隊與中科院上海藥物研究所的黃敏、耿美玉、羅成研究員合作，針對李劍自建的老藥庫（約1400種上市藥物），采用基于分子靶標PDHK抑制活性的高通量篩選實驗，成功發(fā)現(xiàn)了一個保護性殺菌劑老藥福美雙，具有強效的PDHK1抑制活性（IC50 = 0.113 ± 0.060 μM）。他們以福美雙類似物JX06 （IC50= 0.059 ± 0.013 μM）為靶向化學探針，開展了詳細的抑制作用機制研究，首次發(fā)現(xiàn)探針分子JX06是一類全新作用機制的PDHK共價抑制劑，通過二硫鍵共價結合到PDHK1的一個保守的半胱氨酸殘基（Cys240），導致識別并結合到PDHK1的ATP結合域（催化域）附近的一個疏水性區(qū)域（口袋）。JX06與Cys240共價結合后通過范德華力誘導Arg286構象發(fā)生變化，阻礙ATP進入到PDHK1的催化口袋，從而影響PDHK1的酶催化活性，發(fā)揮酶抑制作用。盡管探針分子JX06通過形成二硫鍵發(fā)揮激酶抑制作用，但它對其余323種常見激酶的選擇性非常好，而且表現(xiàn)出中等的體內抗腫瘤藥效，作為第一代PDHK1共價抑制劑表現(xiàn)出良好的成藥潛力。該研究的重要應用價值還在于：解釋了一個長期模糊不清的靶向腫瘤代謝有效性不佳的問題，即是否存在一個對糖酵解調控更加敏感的腫瘤細胞亞群。研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸率（ECAR）與耗氧率（OCR）的比值是一個重要的參數(shù)，可以作為腫瘤細胞是否對PDHK1抑制劑敏感的判定標準。ECAR/OCR > 0.5的腫瘤細胞對PDHK1抑制劑特異性敏感，導致ROS的增加和明顯的細胞凋亡現(xiàn)象。這為基于腫瘤代謝的精準治療和PDHK1抑制劑的臨床發(fā)展提供了全新的理論基礎（Cancer Res., 2015, 75, 4923-4936）。

在推進JX06臨床前研究的過程中，作者發(fā)現(xiàn)單獨應用PDHK1抑制劑僅表現(xiàn)出中等強度的體內抗腫瘤藥效，并通過測試共價抑制劑與靶標結合的kinact/Ki值，證實JX06對PDHK亞型的選擇性較差，考慮到PDHK1-4具有不同的組織分布和生理功能，非選擇性限制了JX06的藥物開發(fā)。基于此，李劍與黃敏繼續(xù)合作，開展了第二代PDHK1共價抑制劑的研究，設計合成了近100個JX06新結構衍生物（PCT/CN2016/073384），從中發(fā)現(xiàn)了安全性和選擇性全面改進的第二代候選化合物3a （JX27），該化合物表現(xiàn)出對PDHK2、3和4分別超出42倍、46倍和~100倍的選擇性。羅成等通過分子對接模擬出3a與PDHK1-4的相互作用模式，綜合考慮3a與口袋的契合程度以及與共價反應位點處的Cys殘基距離，間接證實了3a特異性抑制PDHK1的共價機制。

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