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第一代亚型选择性PDHK1共价抑制剂

来源: X-MOL 2017-08-21 11:47:35

丙酮酸脱氢酶激酶（PDHK）是一种存在于线粒体内的激酶，能够磷酸化并抑制丙酮酸脱氢酶复合物（PDC）产生，是葡萄糖代谢从线粒体氧化向无氧糖酵解转化的关键调控酶。PDHK有四个亚型，分别为PDHK1-4，其中PDHK1与癌症的恶性程度紧密相关。迄今，主要有三种不同抑制机制的PDHK抑制剂报道，包括硫辛酸口袋结合的抑制剂（AZD7545和Nov3r）、N末端的螺旋束结合的变构抑制剂（DCA）、ATP竞争型抑制剂（Radicicol）。尽管报道的PDHK抑制剂数量逐年上升，但抑制的作用机制依然没有突破上述三种类型，且针对这一靶点还没有相关的上市药物。因此，开发全新作用机制的PDHK抑制剂具有重要的创新性和应用价值。

华东理工大学的李剑教授团队与中科院上海药物研究所的黄敏、耿美玉、罗成研究员合作，针对李剑自建的老药库（约1400种上市药物），采用基于分子靶标PDHK抑制活性的高通量筛选实验，成功发现了一个保护性杀菌剂老药福美双，具有强效的PDHK1抑制活性（IC50 = 0.113 ± 0.060 μM）。他们以福美双类似物JX06 （IC50= 0.059 ± 0.013 μM）为靶向化学探针，开展了详细的抑制作用机制研究，首次发现探针分子JX06是一类全新作用机制的PDHK共价抑制剂，通过二硫键共价结合到PDHK1的一个保守的半胱氨酸残基（Cys240），导致识别并结合到PDHK1的ATP结合域（催化域）附近的一个疏水性区域（口袋）。JX06与Cys240共价结合后通过范德华力诱导Arg286构象发生变化，阻碍ATP进入到PDHK1的催化口袋，从而影响PDHK1的酶催化活性，发挥酶抑制作用。尽管探针分子JX06通过形成二硫键发挥激酶抑制作用，但它对其余323种常见激酶的选择性非常好，而且表现出中等的体内抗肿瘤药效，作为第一代PDHK1共价抑制剂表现出良好的成药潜力。该研究的重要应用价值还在于：解释了一个长期模糊不清的靶向肿瘤代谢有效性不佳的问题，即是否存在一个对糖酵解调控更加敏感的肿瘤细胞亚群。研究发现产酸率（ECAR）与耗氧率（OCR）的比值是一个重要的参数，可以作为肿瘤细胞是否对PDHK1抑制剂敏感的判定标准。ECAR/OCR > 0.5的肿瘤细胞对PDHK1抑制剂特异性敏感，导致ROS的增加和明显的细胞凋亡现象。这为基于肿瘤代谢的精准治疗和PDHK1抑制剂的临床发展提供了全新的理论基础（Cancer Res., 2015, 75, 4923-4936）。

在推进JX06临床前研究的过程中，作者发现单独应用PDHK1抑制剂仅表现出中等强度的体内抗肿瘤药效，并通过测试共价抑制剂与靶标结合的kinact/Ki值，证实JX06对PDHK亚型的选择性较差，考虑到PDHK1-4具有不同的组织分布和生理功能，非选择性限制了JX06的药物开发。基于此，李剑与黄敏继续合作，开展了第二代PDHK1共价抑制剂的研究，设计合成了近100个JX06新结构衍生物（PCT/CN2016/073384），从中发现了安全性和选择性全面改进的第二代候选化合物3a （JX27），该化合物表现出对PDHK2、3和4分别超出42倍、46倍和~100倍的选择性。罗成等通过分子对接模拟出3a与PDHK1-4的相互作用模式，综合考虑3a与口袋的契合程度以及与共价反应位点处的Cys残基距离，间接证实了3a特异性抑制PDHK1的共价机制。

药物与医疗

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