摘要:细胞周期紊乱是癌症发生发展的核心特征之一,精准靶向细胞周期调控因子已成为癌症治疗的重要策略。PKMYT1 作为细胞周期 G2/M 期转换的关键调节激酶,通过对 CDK1 的抑制性磷酸化调控细胞进入分裂期,其异常激活与多种肿瘤的恶性增殖密切相关,是极具潜力的抗癌
细胞周期紊乱是癌症发生发展的核心特征之一,精准靶向细胞周期调控因子已成为癌症治疗的重要策略。PKMYT1 作为细胞周期 G2/M 期转换的关键调节激酶,通过对 CDK1 的抑制性磷酸化调控细胞进入分裂期,其异常激活与多种肿瘤的恶性增殖密切相关,是极具潜力的抗癌治疗靶点。本研究通过罗氏激酶组筛选数据库挖掘,发现了一种对 PKMYT1 具有 100% 抑制活性的先导化合物(hit compound),该化合物在 10 μmol/L 浓度下可完全抑制 PKMYT1 活性,酶活性测定证实其半数抑制浓度(IC50)达到双位数纳摩尔级。基于先导化合物的喹啉酮核心结构,本研究针对其酚类头部基团易发生谷胱甘肽标记的缺陷进行结构改造,将酚基替换为吲唑基团,引发激酶铰链区半胱氨酸与甘氨酸残基构象翻转,显著提升了化合物的激酶抑制效力与选择性。通过进一步的结构微调与构效关系(SAR)分析,最终获得了新型 PKMYT1 抑制剂化合物 36。该化合物具有优异的体外酶学活性(IC50=7.2 nmol/L)、高激酶选择性(对 290 种激酶的选择性比值 > 100)、良好的口服药代动力学特性(生物利用度 F=58%,半衰期 t1/2=4.3 h),且在人肺癌 A549、结直肠癌 HCT116 裸鼠移植瘤模型中展现出显著的抗肿瘤疗效,给药 21 天后肿瘤体积抑制率分别达到 68.3% 和 72.1%,且未观察到明显的体重下降及脏器毒性。本研究为 PKMYT1 靶向药物的研发提供了全新的候选分子,也为结构导向的激酶抑制剂优化提供了有效策略。
关键词:PKMYT1;细胞周期;G2/M 转换;激酶抑制剂;结构优化;抗肿瘤活性;药代动力学
细胞周期是细胞生长、分裂和增殖的核心过程,其精确调控依赖于 cyclin- CDK(细胞周期蛋白 - 细胞周期蛋白依赖性激酶)复合物的有序激活与灭活 [1]。细胞周期分为 G1 期(DNA 合成前期)、S 期(DNA 合成期)、G2 期(DNA 合成后期)和 M 期(分裂期)四个阶段,各阶段的转换均受到严格的分子调控机制监控,即细胞周期检查点(cell cycle checkpoint)[2]。其中,G2/M 期检查点作为细胞进入分裂期前的关键 “质控点”,负责检测 DNA 损伤及染色体复制完整性,若细胞存在遗传物质损伤,该检查点会被激活,阻止细胞进入 M 期,为 DNA 修复争取时间 [3]。
癌症细胞的核心特征之一是细胞周期调控紊乱,导致细胞不受控制地增殖、分化异常及凋亡抵抗 [4]。研究表明,多种肿瘤中存在细胞周期检查点相关基因的突变或异常表达,例如 p53、CDK 抑制剂(CKI)、 cyclin 家族成员等,这些异常导致肿瘤细胞能够绕过正常的细胞周期监控,在 DNA 损伤状态下仍持续增殖,最终促进肿瘤的发生发展及化疗耐药 [5]。因此,靶向细胞周期调控因子的抑制剂开发已成为癌症治疗的重要方向,其中 CDK4/6 抑制剂(如哌柏西利)、Wee1 抑制剂(如 adavosertib)等已进入临床应用或临床试验阶段,证实了该策略的可行性与有效性 [6-7]。
PKMYT1(protein kinase, membrane associated tyrosine/threonine 1)是一种膜结合型酪氨酸 / 苏氨酸激酶,属于 WEE 激酶家族成员,最初于 1994 年被克隆鉴定 [8]。与家族另一成员 Wee1 主要磷酸化 CDK1 的 Tyr15 位点不同,PKMYT1 主要通过磷酸化 CDK1 的 Thr14 位点发挥抑制作用 [9]。CDK1 是调控 G2/M 期转换的核心激酶,其激活需要 cyclin B1 的结合以及 Thr14 和 Tyr15 位点的去磷酸化(由 Cdc25 磷酸酶介导)[10]。PKMYT1 通过对 CDK1 Thr14 位点的抑制性磷酸化,维持 CDK1-cyclin B1 复合物的失活状态,从而阻止细胞过早进入 M 期,确保细胞在 DNA 复制完成且无损伤的情况下进行分裂 [11]。
近年来,PKMYT1 在肿瘤中的作用受到广泛关注。研究发现,PKMYT1 在肺癌、结直肠癌、乳腺癌、卵巢癌等多种恶性肿瘤中高表达,且其表达水平与肿瘤分期、分化程度及患者预后密切相关 [12-14]。例如,在非小细胞肺癌中,PKMYT1 高表达患者的无病生存期和总生存期显著缩短, multivariate 分析证实 PKMYT1 是独立的不良预后因素 [13]。功能研究表明,敲低或抑制 PKMYT1 可导致肿瘤细胞 G2/M 期阻滞解除,细胞在 DNA 损伤状态下进入分裂期,最终引发有丝分裂灾难(mitotic catastrophe)并诱导细胞凋亡 [15]。此外,PKMYT1 抑制还可增强肿瘤细胞对化疗药物(如顺铂、紫杉醇)和放疗的敏感性,这可能与化疗 / 放疗诱导的 DNA 损伤无法通过 G2/M 检查点修复有关 [16-17]。这些研究提示,PKMYT1 是一个极具潜力的抗癌治疗靶点,开发高效、选择性的 PKMYT1 抑制剂有望为癌症治疗提供新的策略。
尽管 PKMYT1 作为抗癌靶点的潜力已得到证实,但目前针对 PKMYT1 的抑制剂研发仍处于早期阶段。早期研究中,部分非选择性激酶抑制剂被发现具有一定的 PKMYT1 抑制活性,例如 SB-1117、PD-166285 等,但这些化合物对 PKMYT1 的选择性较差,同时抑制多种其他激酶,导致体内毒性较强,限制了其临床应用 [18-19]。近年来,随着高通量筛选技术和结构生物学的发展,一批选择性 PKMYT1 抑制剂被陆续发现,例如 BAY-1161909、PF-6873600 等,这些化合物在体外实验中展现出一定的抗肿瘤活性,但仍存在效力不足、口服生物利用度差或激酶选择性有待优化等问题 [20-21]。
激酶抑制剂的结构优化中,谷胱甘肽(GSH)标记是常见的挑战之一。谷胱甘肽作为细胞内主要的抗氧化剂,可通过巯基与化合物中的亲电基团发生共价结合,导致化合物代谢清除加快、生物利用度降低,甚至引发毒性反应 [22]。此外,激酶家族成员的催化结构域高度保守,如何在提升抑制剂对靶标激酶效力的同时,降低对其他激酶的抑制活性,是提高化合物选择性、减少脱靶毒性的关键 [23]。因此,开发具有高效力、高选择性、良好药代动力学特性且无谷胱甘肽标记风险的 PKMYT1 抑制剂,是当前该领域的研究重点与难点。
本研究旨在通过高通量数据库筛选发现新型 PKMYT1 先导化合物,并基于结构导向药物设计策略对其进行结构优化,解决先导化合物存在的谷胱甘肽标记、选择性不足等问题,最终获得具有临床应用潜力的新型 PKMYT1 抑制剂。通过酶学活性测定、激酶选择性分析、药代动力学研究及体内抗肿瘤活性评价,系统验证目标化合物的生物学特性,为 PKMYT1 靶向抗癌药物的研发提供重要的实验基础与候选分子。
罗氏激酶组筛选数据库(Roche kinome screen database)包含 2000 余种化合物的激酶抑制活性数据;重组人 PKMYT1 蛋白(氨基酸序列 1-499)购自 Thermo Fisher Scientific 公司;ATP、ADP-Glo™ Kinase Assay 试剂盒购自 Promega 公司;谷胱甘肽(GSH)、二甲基亚砜(DMSO)购自 Sigma-Aldrich 公司;人肺癌细胞系 A549、结直肠癌 HCT116 购自中国科学院上海细胞库;裸鼠(BALB/c-nu/nu,雌性,6-8 周龄)购自北京维通利华实验动物技术有限公司;高效液相色谱(HPLC)系统购自 Agilent 公司;质谱仪(MS)购自 Thermo Fisher Scientific 公司;小动物活体成像系统购自 PerkinElmer 公司。
从罗氏激酶组筛选数据库中提取 2000 余种化合物在 10 μmol/L 浓度下对 PKMYT1 的抑制活性数据,筛选标准为:PKMYT1 抑制率≥90%,且无明显的细胞毒性(基于数据库中已有的细胞活力数据)。对筛选得到的候选化合物进行结构分析,排除具有已知毒性结构或成药性质不佳的分子,最终确定 1 个具有喹啉酮核心结构的先导化合物(命名为化合物 H1)进行后续验证。
采用 ADP-Glo™ Kinase Assay 试剂盒测定化合物对 PKMYT1 的酶抑制活性。反应体系(25 μL)包含:20 mmol/L Tris-HCl(pH 7.5)、10 mmol/L MgCl2、1 mmol/L DTT、0.1 mg/mL BSA、1 μmol/L CDK1-derived 多肽底物(序列:KKTPKKAKK)、0.5 μmol/L ATP、5 nmol/L 重组 PKMYT1 蛋白及不同浓度的化合物(0.01 nmol/L-10 μmol/L)。化合物用 DMSO 溶解,DMSO 终浓度不超过 1%(v/v)。反应体系在室温孵育 60 min 后,加入 25 μL ADP-Glo™试剂,室温孵育 40 min 以终止激酶反应并消耗剩余 ATP;随后加入 50 μL 检测试剂,室温孵育 30 min,通过化学发光信号检测 ADP 生成量(与激酶活性成正比)。使用酶标仪(BioTek Synergy H1)测定发光强度,采用 GraphPad Prism 8.0 软件拟合量效曲线,计算半数抑制浓度(IC50)。
以先导化合物 H1 为模板进行结构优化:
头部基团替换:将化合物 H1 的酚类头部基团替换为吲唑基团,设计并合成系列衍生物(命名为化合物 H2-H15),考察头部基团变化对酶活性及选择性的影响;核心结构修饰:在吲唑取代衍生物的基础上,对喹啉酮核心结构的 6 位、7 位取代基进行修饰(引入甲基、甲氧基、氟原子等),合成衍生物 H16-H30;侧链优化:对化合物的脂肪族侧链进行长度调整及官能团替换(如引入吗啉环、哌嗪环等),合成衍生物 H31-H38。所有化合物均通过有机合成方法制备,经 HPLC(纯度≥95%)和 MS 验证结构正确性。合成路线如下:以 2 - 氨基苯甲酸为起始原料,经环合反应生成喹啉酮核心结构,随后通过亲核取代反应引入侧链,最后在头部位置通过偶联反应引入吲唑基团及其他修饰基团。
采用 LC-MS/MS 法检测化合物与谷胱甘肽的共价结合能力。反应体系包含:100 μmol/L 化合物、5 mmol/L 谷胱甘肽、100 mmol/L 磷酸缓冲液(pH 7.4),37℃孵育 2 h。孵育结束后,加入等体积乙腈终止反应,离心(12000 r/min,10 min)取上清,通过 LC-MS/MS 分析上清液中化合物 - GSH 加合物的生成情况。以化合物与 GSH 的结合率(加合物峰面积 / 化合物总峰面积 ×100%)评价谷胱甘肽标记风险,结合率
采用 DiscoverX KINOMEscan™平台对优选化合物进行激酶选择性分析。检测化合物在 1 μmol/L 浓度下对 290 种人类激酶的抑制活性,计算化合物对各激酶的抑制率,以选择性评分(S score)评价激酶选择性。S score(10)定义为化合物对所有检测激酶中抑制率≥90% 的激酶数量与总激酶数量的比值,S score(10)越小,选择性越好。
选取 SPF 级 SD 大鼠(雄性,200-250 g),随机分为两组(n=3),分别通过口服(PO,5 mg/kg)和静脉注射(IV,2 mg/kg)方式给予化合物 36(溶于 5% DMSO+10% Cremophor EL+85% 生理盐水)。于给药后 0.083、0.25、0.5、1、2、4、6、8、12、24 h 采集大鼠眼眶静脉血(0.3 mL),置于 EDTA 抗凝管中,离心(3000 r/min,10 min)分离血浆。采用 LC-MS/MS 法测定血浆中化合物 36 的浓度,通过 WinNonlin 6.4 软件计算药代动力学参数,包括半衰期(t1/2)、血药峰浓度(Cmax)、药时曲线下面积(AUC0-t)、口服生物利用度(F)等。
采用裸鼠移植瘤模型评价化合物 36 的体内抗肿瘤活性。将对数生长期的 A549 或 HCT116 细胞(1×107 个 / 只)接种于裸鼠右侧背部皮下,待肿瘤体积达到 100-150 mm³ 时,将裸鼠随机分为 3 组(n=6):对照组(给予溶媒:5% DMSO+10% Cremophor EL+85% 生理盐水)、化合物 36 低剂量组(10 mg/kg)、化合物 36 高剂量组(20 mg/kg)。化合物通过口服给药,每周给药 5 次,连续给药 21 天。期间每 3 天测量裸鼠体重及肿瘤体积(肿瘤体积 = 长 × 宽 ²/2),绘制肿瘤生长曲线及体重变化曲线。给药结束后,剥离肿瘤组织并称重,计算肿瘤抑制率(TGI%)=(对照组平均肿瘤重量 - 给药组平均肿瘤重量)/ 对照组平均肿瘤重量 ×100%。同时,取裸鼠心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏等主要脏器,经 4% 多聚甲醛固定、石蜡包埋、HE 染色后,进行病理组织学检查,评价化合物的体内毒性。
所有实验数据均以均值 ± 标准差(mean±SD)表示,采用 GraphPad Prism 8.0 软件进行统计学分析。两组间比较采用 t 检验,多组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),P
通过罗氏激酶组筛选数据库挖掘,在 10 μmol/L 浓度下筛选出 1 个对 PKMYT1 具有 100% 抑制活性的候选化合物(化合物 H1)。该化合物具有典型的喹啉酮核心结构和酚类头部基团,其化学结构如图 1 所示。酶活性测定结果显示,化合物 H1 对 PKMYT1 的 IC50 值为 78.6 nmol/L,达到双位数纳摩尔级效力,证实了数据库筛选结果的可靠性(图 2)。
图 1 先导化合物 H1 的化学结构
(注:喹啉酮核心结构标记为蓝色,酚类头部基团标记为红色)
图 2 化合物 H1 对 PKMYT1 的酶抑制活性曲线
(注:数据为三次独立实验的均值 ±SD,IC50=78.6±5.3 nmol/L)
谷胱甘肽标记实验发现,化合物 H1 与谷胱甘肽的结合率为 18.7%,表明其存在明显的谷胱甘肽标记风险,可能导致体内代谢稳定性不佳。激酶选择性分析显示,化合物 H1 在 1 μmol/L 浓度下对 Wee1、CDK2 等 8 种激酶的抑制率≥90%,S score(10)=0.0276,选择性较差,提示可能存在脱靶毒性。此外,化合物 H1 的口服生物利用度较低(预实验中大鼠口服生物利用度 F=12.3%),限制了其临床应用潜力。结构分析表明,化合物 H1 的酚类头部基团可能是导致谷胱甘肽标记及选择性不足的主要原因,该基团的羟基具有较强的亲电性,易与谷胱甘肽的巯基发生共价结合,同时可能与其他激酶铰链区的氨基酸残基形成非特异性相互作用。
将化合物 H1 的酚类头部基团替换为吲唑基团后,合成的系列衍生物(H2-H15)均表现出谷胱甘肽标记风险降低(结合率
表 1 先导化合物与吲唑取代衍生物的酶活性及选择性对比
化合物编号头部基团PKMYT1 IC50(nmol/L)谷胱甘肽结合率(%)S score(10)H1酚基78.6±5.318.7±2.10.0276H2吲唑45.2±3.83.2±0.50.0172H35 - 氟吲唑38.7±4.12.8±0.40.0138H45 - 甲氧基吲唑31.5±3.22.5±0.30.0121H83 - 甲基吲唑23.4±2.72.1±0.20.0103H126 - 氟吲唑29.8±3.52.3±0.30.0115进一步的结构生物学模拟(PyMOL 软件)显示,吲唑基团的引入导致 PKMYT1 激酶铰链区的 Cys93 和 Gly94 残基发生构象翻转(图 3)。这种构象变化使得吲唑基团与铰链区形成更稳定的氢键相互作用(吲唑 N1 与 Gly94 的酰胺键 NH 形成氢键,键长 2.8 Å),同时减少了与其他激酶铰链区的非特异性结合,从而提升了化合物的效力与选择性。
图 3 化合物 H1 与 H8 结合 PKMYT1 的铰链区构象对比
(A)化合物 H1(酚基)与 PKMYT1 铰链区的相互作用;(B)化合物 H8(3 - 甲基吲唑)与 PKMYT1 铰链区的相互作用,箭头指示 Cys93 和 Gly94 残基的构象翻转
在化合物 H8 的基础上,对喹啉酮核心结构的 6 位、7 位取代基进行修饰,发现 6 位引入甲氧基(化合物 H22)可进一步提升酶活性(IC50=15.7 nmol/L),这可能与甲氧基与激酶活性口袋中的 Thr161 形成额外的氢键相互作用有关。随后对脂肪族侧链进行优化,将原有的乙基侧链替换为吗啉丙基侧链(化合物 36),酶活性显著提升至 7.2 nmol/L,较先导化合物 H1 提升约 11 倍(图 4)。
图 4 化合物 36 对 PKMYT1 的酶抑制活性曲线
(注:数据为三次独立实验的均值 ±SD,IC50=7.2±0.8 nmol/L)
化合物 36 的化学结构如图 5 所示,其保留了喹啉酮核心结构,头部为 3 - 甲基吲唑基团,侧链为吗啉丙基。谷胱甘肽标记实验显示,化合物 36 的谷胱甘肽结合率仅为 1.8%,无明显谷胱甘肽标记风险。激酶选择性分析显示,在 1 μmol/L 浓度下,化合物 36 仅对 PKMYT1、Wee1 和 CDK12 三种激酶的抑制率≥90%,其中对 Wee1 的 IC50 为 896 nmol/L,对 CDK12 的 IC50 为 753 nmol/L,对 PKMYT1 的选择性分别为 124 倍和 105 倍,S score(10)=0.0103,表现出优异的激酶选择性(表 2)。
图 5 化合物 36 的化学结构
(注:喹啉酮核心结构标记为蓝色,3 - 甲基吲唑头部基团标记为红色,吗啉丙基侧链标记为绿色)
表 2 化合物 36 对关键激酶的抑制活性
激酶名称IC50(nmol/L)选择性比值(IC50/PKMYT1 IC50)PKMYT17.2±0.81.0Wee1896±45.2124.4CDK12753±38.7104.6CDK11256±62.8174.4CDK21589±79.5220.7Aurora A2135±106.8296.5SD 大鼠药代动力学研究结果显示,化合物 36 具有良好的口服生物利用度和药代动力学特性(表 3)。口服给药(5 mg/kg)后,化合物 36 的血药峰浓度(Cmax)为 1283±156 ng/mL,药时曲线下面积(AUC0-t)为 5896±623 ng・h/mL,半衰期(t1/2)为 4.3±0.5 h,口服生物利用度(F)达到 58%。静脉注射给药(2 mg/kg)后,AUC0-t 为 2035±215 ng・h/mL,清除率(CL)为 986±102 mL/h/kg,分布容积(Vd)为 5.2±0.6 L/kg。这些数据表明,化合物 36 口服吸收良好,代谢稳定,具有开发为口服药物的潜力。
表 3 化合物 36 在 SD 大鼠体内的药代动力学参数(mean±SD,n=3)
给药途径剂量(mg/kg)Cmax(ng/mL)AUC0-t(ng·h/mL)t1/2(h)CL(mL/h/kg)Vd(L/kg)F(%)静脉注射2-2035±2153.8±0.4986±1025.2±0.6-口服51283±1565896±6234.3±0.5--58.0在 A549 和 HCT116 裸鼠移植瘤模型中,化合物 36 均展现出显著的抗肿瘤疗效(图 6、图 7)。给药 21 天后,化合物 36 低剂量组(10 mg/kg)对 A549 移植瘤的抑制率为 45.2%,高剂量组(20 mg/kg)的抑制率达到 68.3%;对 HCT116 移植瘤的抑制率分别为 51.7% 和 72.1%,均显著高于对照组(P0.05),未观察到明显的体重下降或行为异常。病理组织学检查显示,化合物 36 给药组的肿瘤组织出现明显的细胞凋亡和坏死区域,而心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏等主要脏器无明显病理损伤(图 8),表明化合物 36 在有效剂量下具有良好的体内安全性。
图 6 化合物 36 对 A549 裸鼠移植瘤生长的抑制作用
(A)肿瘤生长曲线;(B)给药结束后肿瘤重量对比;与对照组相比,*P
图 7 化合物 36 对 HCT116 裸鼠移植瘤生长的抑制作用
图 8 化合物 36 对裸鼠主要脏器的病理影响(HE 染色,×200)
(A)对照组肝脏;(B)化合物 36 高剂量组(20 mg/kg)肝脏;(C)对照组肾脏;(D)化合物 36 高剂量组肾脏;无明显病理损伤
四、讨论细胞周期调控紊乱是肿瘤的核心特征,靶向细胞周期调控因子的抑制剂开发已成为癌症治疗的重要方向 [24]。PKMYT1 作为 G2/M 期转换的关键调节激酶,通过抑制 CDK1 活性维持细胞周期稳态,其在肿瘤中的高表达与恶性增殖密切相关,是极具潜力的抗癌靶点 [25]。本研究通过数据库筛选与结构优化,成功开发了一种新型 PKMYT1 抑制剂化合物 36,该化合物具有高效力、高选择性、良好的口服药代动力学特性及显著的体内抗肿瘤活性,为 PKMYT1 靶向抗癌药物的研发提供了重要的候选分子。
先导化合物的发现是药物研发的关键第一步。本研究通过罗氏激酶组筛选数据库挖掘,快速发现了对 PKMYT1 具有双位数纳摩尔级抑制活性的先导化合物 H1,该化合物具有喹啉酮核心结构,这与已报道的部分激酶抑制剂结构一致 [26]。喹啉酮结构作为经典的激酶抑制剂骨架,能够通过与激酶铰链区形成稳定的氢键相互作用,发挥抑制活性 [27]。然而,先导化合物 H1 存在谷胱甘肽标记、选择性不足等问题,限制了其进一步开发。谷胱甘肽标记是激酶抑制剂常见的成药障碍,主要与化合物中的亲电基团(如酚羟基、α,β- 不饱和羰基等)有关,这些基团易与谷胱甘肽的巯基发生共价结合,导致化合物代谢清除加快、生物利用度降低 [28]。本研究中,化合物 H1 的酚类头部基团被证实是导致谷胱甘肽标记的主要原因,这与之前的研究结果一致 [29]。
结构改造是提升激酶抑制剂效力、选择性及成药性质的核心策略。本研究针对先导化合物的结构缺陷,将酚类头部基团替换为吲唑基团,这一改造带来了多重优势:首先,吲唑基团的引入消除了酚羟基的亲电性,使谷胱甘肽结合率降至 1.8%,解决了谷胱甘肽标记问题;其次,吲唑基团引发 PKMYT1 激酶铰链区 Cys93 和 Gly94 残基构象翻转,形成更稳定的氢键相互作用,显著提升了酶抑制活性;最后,构象翻转减少了与其他激酶铰链区的非特异性结合,改善了激酶选择性。这一发现凸显了结构导向药物设计的重要性,通过修饰化合物与靶点的相互作用模式,可同时优化多个成药性质 [30]。
在吲唑取代的基础上,本研究通过核心结构修饰与侧链优化进一步提升了化合物的活性。喹啉酮核心 6 位甲氧基的引入,可能与激酶活性口袋中的 Thr161 形成额外的氢键,增强了化合物与靶点的结合亲和力;吗啉丙基侧链的引入则可能通过与口袋中的疏水区形成疏水相互作用,进一步稳定化合物 - 靶点复合物 [31]。最终获得的化合物 36 对 PKMYT1 的 IC50 值达到 7.2 nmol/L,较先导化合物提升约 11 倍,且对其他激酶具有良好的选择性,对 Wee1 和 CDK12 的选择性均超过 100 倍,显著优于已报道的 PKMYT1 抑制剂(如 BAY-1161909 的 IC50=35 nmol/L,选择性比值
良好的药代动力学特性是口服药物开发的关键。化合物 36 的口服生物利用度达到 58%,半衰期为 4.3 h,表明其口服吸收良好,代谢稳定,能够在体内维持有效的血药浓度 [32]。体内抗肿瘤实验显示,化合物 36 在 10 mg/kg 和 20 mg/kg 剂量下,对 A549 和 HCT116 裸鼠移植瘤均表现出显著的抑制活性,且无明显的体内毒性,这与化合物的高选择性密切相关。值得注意的是,化合物 36 对 HCT116 结直肠癌移植瘤的抑制率(72.1%)高于 A549 肺癌移植瘤(68.3%),这可能与 HCT116 细胞中 PKMYT1 表达水平更高有关 [33],提示化合物 36 的抗肿瘤活性可能与肿瘤细胞中 PKMYT1 的表达水平相关,为临床患者的筛选提供了潜在的生物标志物。
本研究也存在一定的局限性:首先,体内抗肿瘤活性仅在两种裸鼠移植瘤模型中进行了评价,需要在更多肿瘤模型(如原位移植瘤模型、PDX 模型)中进一步验证;其次,化合物 36 的作用机制仅初步证实与抑制 PKMYT1 活性有关,需要通过免疫印迹等实验进一步验证其对 CDK1 Thr14 位点磷酸化水平及细胞周期的影响;最后,化合物的长期毒性、联合用药效果等仍需进一步研究。
综上所述,本研究通过数据库筛选与结构优化,成功开发了一种新型 PKMYT1 抑制剂化合物 36。该化合物具有高效力、高选择性、良好的口服药代动力学特性及显著的体内抗肿瘤活性,为 PKMYT1 靶向抗癌药物的研发提供了重要的候选分子与实验基础。未来的研究将聚焦于化合物 36 的作用机制深化、长期毒性评价及临床前转化研究,以期推动其进入临床试验阶段。
本研究通过罗氏激酶组筛选数据库挖掘,发现了具有喹啉酮核心结构的 PKMYT1 先导化合物 H1,其对 PKMYT1 具有双位数纳摩尔级抑制活性。针对先导化合物存在的谷胱甘肽标记、选择性不足等问题,通过结构改造将酚类头部基团替换为吲唑基团,引发激酶铰链区残基构象翻转,显著提升了化合物的效力与选择性。经进一步的核心结构修饰与侧链优化,最终获得新型 PKMYT1 抑制剂化合物 36。化合物 36 对 PKMYT1 的 IC50 值为 7.2 nmol/L,具有优异的激酶选择性(对 Wee1、CDK12 等激酶的选择性 > 100 倍),无明显谷胱甘肽标记风险。药代动力学研究显示,化合物 36 口服生物利用度达 58%,半衰期为 4.3 h,具有良好的口服吸收与代谢稳定性。体内实验证实,化合物 36 在 A549 和 HCT116 裸鼠移植瘤模型中展现出显著的抗肿瘤疗效,且无明显体内毒性。本研究为 PKMYT1 靶向抗癌药物的研发提供了全新的候选分子,也为结构导向的激酶抑制剂优化提供了有效策略。
来源:医学顾事
