摘要：近日，江西中医药大学王增涛教授团队在国际顶级药物化学期刊Journal of Medicinal Chemistry（5IF = 7.2）上发表了一篇题为“Targeting the “Undruggable”: Small-Molecule Inhibito
论文导语
近日，江西中医药大学王增涛教授团队在国际顶级药物化学期刊Journal of Medicinal Chemistry（5IF = 7.2）上发表了一篇题为“Targeting the “Undruggable”: Small-Molecule Inhibitors of Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) in the Spotlight in Cancer Therapy”的论文。该论文系统揭示了PCNA作为抗癌新靶点的潜力，并报道了该类抑制剂的结构特征和修饰策略。
研究背景：
癌症，这一极具威胁性的疾病，长久以来都是科学家们竞相研究的重点领域。其中，增殖细胞核抗原（PCNA）作为癌症启动与进展中的核心蛋白，其多功能性尤为引人注目。PCNA不仅参与调节细胞增殖、DNA修复与复制等多个生理过程，还作为生物标志物和治疗靶点，在癌症研究与治疗中发挥着重要作用。早期研究揭示，PCNA的缺失将导致小鼠胚胎致死，而K164R突变体亦无法弥补其在生殖与免疫功能上的缺失，进一步凸显了PCNA在DNA修复、细胞增殖及免疫反应中的不可或缺性。
细胞无节制的增殖是癌症的标志性特征，而PCNA正是这一恶性过程中的关键调节者。近年来，研究表明抑制PCNA能选择性地杀死肿瘤细胞，而对非恶性细胞及正常细胞生长无显著影响，这一发现为癌症治疗提供了新的思路。此外，PCNA在DNA修复与复制过程中的关键作用，也使其成为癌症研究的焦点，并为开发新型治疗策略提供了宝贵线索。
尽管PCNA在癌症研究中展现出巨大潜力，但由于缺乏已知的内源性小分子调节剂和可辨识的配体结合位点，它曾一度被视为“不可成药”的靶点。PCNA的结构特征，即其相对较小且浅的表面口袋，也为传统小分子靶点的发现带来了挑战。然而，随着ATX-101和AOH1996等针对PCNA的候选药物的涌现，PCNA作为药物靶点的可能性得到了新的证实。ATX-101已在多种肿瘤类型中展现出抗癌活性，并增强了现有疗法的疗效，目前已进入I期临床试验阶段，且表现出良好的安全性特征。而AOH1996则在癌细胞中展现出显著活性，几乎完全抑制了异种移植肿瘤的生长，且实验动物中未观察到明显毒性。
这些候选药物的突破性进展不仅引起了学术界和工业界的广泛关注，更为PCNA的应用和研究开辟了新的方向。PCNA在细胞增殖与DNA修复中的关键作用，使其成为干预癌症发展的理想靶点，为抗癌药物的研发提供了新机遇。本文深入探讨了小分子PCNA抑制剂在癌症治疗中的应用，不仅介绍了PCNA的功能及其与癌症的关系，还详细阐述了小分子抑制剂的结构修饰和发现策略。这些抑制剂的突破性成功为癌症治疗领域注入了新的活力，为未来研究和临床应用提供了广阔前景。
图1. PCNA结构域示意图和三维结构模型
靶向 PCNA 相互作用的小分子抑制剂：
（1）T2AA及其衍生物的发现
通过对S-T2AA骨架（具有酰胺取代基）进行SAR（结构-活性关系）分析，发现右侧酰胺片段可容纳多种取代基，包括烷基、甲磺酰胺基和六元杂环（见图2A）。此外，对酰胺侧链长度的修饰表明，侧链长度为一个碳原子（n=1）时活性最佳。对于左侧苯环，碘取代和非甲氧基化形式保持了强大的抑制活性。在这一系列化合物中，化合物45的抑制活性最强，其IC50值为1.9µM，Ki值为0.183µM。化合物45与PCNA（增殖细胞核抗原）的PIP-box空腔的结合方式与S-T2AA相似，两者的对接构象存在显著重叠（见图2B）。化合物45的酚基延伸至活性口袋内，并与GLN131残基形成了强烈的氢键相互作用。此外，二碘苯环上的两个碘取代基分别与GLY127和TYR250残基形成了两个卤键相互作用（见图2C）。这种“三点”结合模式确保了化合物45牢固地锚定在PCNA的PIP-box活性口袋内。
图2.(A)酰胺取代的S-T2AA衍生物的SAR分析；(B)化合物45和S-T2AA与PCNA PIP-box腔的结合(PDB代码:3VKX266); (C)化合物45与PCNA的分子对接图.
（2）AOH系列衍生物的开发
AOH系列化合物结构位点的修饰表明，用萘环取代右侧芳环是最佳的，而引入杂原子N会降低抑制活性(图3)。其次，当n = 0时，中心接头链长是理想的，并且接头上的R1基团作为小基团或氢进一步增强了抑制活性。此外，将A环的氨基连接到左侧B环的邻位有利于保持活性。当A环为苯环，R2为间甲氧基，R3为氢时，抑制活性显著提高。通过SAR分析，AOH1996被鉴定为保持高PCNA抑制活性的代表性化合物(图3)。
为了验证AOH系列化合物与PCNA的结合模式，研究人员对水溶性化合物AOH1160-1LE和AOH1996进行了热变性分析。分析结果显示，AOH1996和另一种相关化合物AOH1160-1LE分别使PCNA的熔点提高了1.5°C和0.5°C，这表明这些化合物与PCNA之间存在稳定的相互作用。这些结果表明，AOH1996通过稳定其与PCNA的结合，提高了其在体内的稳定性，从而增强了其潜在的治疗效果。然而，这些数据并未完全阐明这些化合物在动态环境中的行为。通过同步加速器数据收集，获得了AOH1160-1LE和更具水溶性的类似物AOH1996-1LE与PCNA的共晶结构。在这些结构中，观察到了四个PCNA亚基，其中三个属于同源三聚体环状结构。观察到三个AOH1160-1LE分子结合在每个PCNA环亚基的PIP-box空腔及其附近。这些化合物进一步与堆叠的PCNA亚基的PIP-box结合口袋相互作用。左侧分子与ASP232形成了氢键，而AOH1160-1LE分子以垂直于结合口袋的方向结合在PCNA同源三聚体的A链和B链上。右侧AOH1160-1LE分子与MET40形成了重要的氢键，其水溶性丙酸链与SER39形成了额外的氢键（见图4A）。AOH1996-1LE的晶体结构也揭示了三个结合分子（见图4B），并容纳了额外的甲氧基，导致其结合模式与AOH1160-1LE相似（见图4C）。化合物AOH1160-1LE和AOH1996-1LE在与PCNA结合时展现出独特的结构特征。尽管它们可能占据与T2AA相似的部分结合体积，但其结合机制与T2AA或T3的结合模式存在显著差异（见图4D）。
图4. AOH1160类似物与PCNA的相互作用。(A)三个AOH1160-1LE分子结合到PIP-box空腔; (B)描绘为球体的AOH1996-1LE有效地结合在每个PCNA环状亚基的PIP-box内核附近。(C)PCNA:AOH-1160-1LE和PCNA:AOH1996-1LE复合体的叠加图；(D)PCNA:T3和PCNA:AOH1160-1LE复合体的叠加图.
作者介绍：
通讯作者：王增涛，药学博士、博士后、教授、博士生导师，2021年入选国家人社部人才计划。兼任教育部论文评审专家、江西省科技厅重点项目验收专家、江西省科技厅项目评审专家库专家、中国民族医药学会分会常务理事等。主要研究方向为先导化合物发现与结构优化，主持多项国家级、省部级课题，包括国家自然科学基金、省重点项目、省自然科学基金等。在J. Med. Chem等国际期刊以第一作者（或通讯作者）发表SCI论文20余篇，申请发明专利10余项。同时担任J. Med. Chem.、Phytomedicine等TOP期刊审稿人，曾获Elsevier数据库国际期刊Phytomedicine（1区）“杰出审稿人”称号（前10%）。
第一作者：王甜甜博士，长期专注于创新药物的发现与开发，主要从事活性化合物的筛选和药效学评价工作，涵盖体外和体内的活性筛选、候选化合物的药效学药动学及其作用机制的研究。现兼任中国民族医药学会青年委员会委员、中国中医药信息学会常务理事等职务。在J. Med. Chem.，Eur. J. Med. Chem.等期刊上以第一作者（或通讯作者）发表SCI论文10余篇，申请发明专利5项。
原文地址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.4c00526
来源：陈沫岑与她的科学讲堂