50億美元背后，如何開發(fā)出更好的CDK抑制劑？

文 | 藥瘋
持續(xù)的增殖是腫瘤細胞的一個重要特征，因此阻滯腫瘤細胞周期，便成為了控制腫瘤發(fā)展的重要手段。細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK），作為參與細胞周期調(diào)節(jié)的關鍵激酶，圍繞該家族的抑制劑開發(fā) ，已成為近年來腫瘤領域藥物開發(fā)的重要分支，如較為成熟的CDK4/6抑制劑Palbociclib——2020年全球銷量就已＞50億美元。那么，圍繞整個CDK家族抑制劑的開發(fā) ，自然成為了藥物研發(fā)的大熱門。本文將綜述CDK抑制劑的最新藥物開發(fā)進展。
01CDK家族簡介
CDK ，屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶家族，目前已報道有20個不同的家族亞型，均含有一段PSTAIRE的同源序列，并通過該序列與相應的調(diào)節(jié)亞基-細胞周期蛋白（cyclin）結(jié)合形成有活性的異源二聚體，參與轉(zhuǎn)錄、代謝、神經(jīng)分化和發(fā)育等生理過程。
依據(jù)功能分類：

一類CDK參與細胞周期調(diào)控，主要包括CDK1、CDK2、CDK4、CDK6等；
一類CDK參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) ，主要包括CDK7、CDK8、CDK9、CDK10、CDK11等。

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圖片來源：《藥學進展》
在腫瘤細胞中， cyclin過表達或過度活化、CDKI活性被抑制、上游分裂信號持續(xù)激活等都會引起CDK的活性改變，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。由于CDK活性為細胞分裂所必需，而在腫瘤細胞中又常有CDK活性增強，因此長期以來， CDK一直被認為是抗腫瘤及其他增殖失調(diào)疾病藥物研發(fā)的較好靶點。當前，已獲批上市的CDK抑制劑主要為CDK4/6抑制劑，其他亞型已有眾多進入到臨床開發(fā) 。 （PS：全球近1/3的CDK抑制劑臨床試驗是關于CDK4/6開展的，詳見下圖）

【50億美元背后，如何開發(fā)出更好的CDK抑制劑？】

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圖片源：Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters
參考：doi.org/10.1016/j.bmcl.2019.126637
02CDK家族抑制劑開發(fā)策略
過去的10年， CDK抑制劑的開發(fā)取得了巨大的進展。該領域藥物的發(fā)現(xiàn) ，除了可逆ATP競爭/非競爭抑制劑，還發(fā)展了共價結(jié)合形式的不可逆ATP競爭抑制劑、可逆/不可逆的變構(gòu)抑制劑、CDK降解等多種途徑的藥物開發(fā) ，為該領域的藥物發(fā)現(xiàn)提供了眾多進展性的思路。
最早開發(fā)的CDK抑制劑為泛CDK抑制劑，如flavopiridol、seliciclib 。但由于多靶點活性導致了療效和安全性存在了矛盾，從而大大限制了臨床開發(fā) ，后也因此逐漸發(fā)展為更具選擇性的抑制劑，如milciclib、dinaciclib、CYC-065、AT751978 。
標準ATP口袋外部半胱氨酸和賴氨酸殘基的存在，將研究者的注意力轉(zhuǎn)移到了共價抑制劑的開發(fā) ， 2017年首個CDK共價抑制劑SY-136585進入了臨床研究。而對于非競爭性ATP抑制劑，雖有部分報道，但該領域的進展相對還是緩慢。另一類藥物，擬肽類近年來略開始發(fā)力，如MM-D37K已進入臨床試驗，關注度相對較高。再一類就是CDK靶向蛋白降解，如近年來逐漸被驗證的PROTAC或ADC藥物，也正在逐漸顯示優(yōu)勢，如針對CDK11開發(fā)的的ADC 。

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圖2.1 CDK抑制劑作用模式
圖片源：Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters
03變構(gòu)&共價&降解&可逆
☆ 變構(gòu)抑制劑
當前主要還是處于臨床前階段。通常，在充滿ATP競爭性可逆或不可逆抑制劑的領域中，需要提高藥效來提升品種競爭力；很少有通過CDK的靶向變構(gòu)位點來進行上述提效工作。 acrylamide-1 ，可以共價變構(gòu)鍵合野生型CDK2的半胱氨酸位點，但不能作用突變型CDK2（Cys177A）；且晶體學證明acrylamide-1共價于半胱氨酸177 ，而配體結(jié)合到與CDK結(jié)合界面相鄰的淺口袋中，與色氨酸和蛋氨酸相互作用。

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☆ 共價抑制劑
共價結(jié)合的CDK抑制劑，絕對為近年來開發(fā)的熱點，通常可實現(xiàn)更高的活性和選擇性，從而導致更持久的治療效果，并可能減輕嚴重的副作用。 2014年， THZ1被開發(fā)為CDK家族的第1個共價抑制劑，其具有CDK7/12/13的抑制效果，在體外和體內(nèi)均抑制了依賴于致癌SEs的腫瘤類型，例如骨肉瘤，食道鱗狀細胞癌，成人T細胞白血病， MYCN擴增型神經(jīng)母細胞瘤，黑色素瘤或小細胞肺癌；當然，作用位點仍然為丙烯酰胺與半胱氨酸。通過進一步的SAR優(yōu)化，得到了化合物THZ531 ，也由此顯著提升了對CDK12/13的活性和選擇性。