Enitociclib

细胞周期蛋白（cyclins）与细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）在人类癌症中频繁发生失调，是重要的治疗靶点。除经典的细胞周期调控作用外，CDK/cyclin复合物还参与转录、基因组维持、表观遗传、代谢及免疫调节等多种致癌过程。解析CDK/cyclin的多面生物学功能，可为开发靶向策略及干预手段提供关键依据与理论支撑。尽管CDK4/6抑制剂的临床成功已证实CDKs是可成药的靶点，但针对其他CDKs及cyclins的研究仍需深入探索。本综述系统评述了CDK/cyclin生物学机制的最新进展及其在各类恶性肿瘤中的病理性失调特征，分析了从传统酶学抑制向邻近诱导调控的范式转变。研究人员重点探讨了蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）、HSP90介导的靶向嵌合体（HEMTAC）、疏水标签（HyT）、分子胶及自噬拴系化合物（ATTEC）等新兴技术，这些方法可实现CDKs或其cyclin伴侣的选择性清除。同时，综述总结了通过化学诱导邻近与转录/表观遗传调节剂，在不抑制酶活性的前提下重分布CDK复合物并重塑转录的策略。通过整合CDK/cyclin的基础生物学研究与靶向蛋白降解、激酶重编程的药理创新，本综述为CDK/cyclin研究领域提供了最新的路线图，拓展了CDK/cyclin靶向癌症治疗的前沿方向。1 引言 细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，从酵母到人类均是细胞周期的核心调控因子。CDK1（酵母中为Cdc2）及其cyclin伴侣的首次发现与表征由Leland H. Hartwell、R. Timothy Hunt和Paul M. Nurse完成，三人因此获得2001年诺贝尔生理学或医学奖。自首次分离人CDK1以来，人类基因组中已鉴定出21个CDK基因及数量更多的cyclin基因，后者主要作为CDK的二聚化伴侣及调节亚基。CDKs通常分为三大类：细胞周期调控型CDKs（如CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK6）、转录相关型CDKs（CDK7、CDK8、CDK9、CDK10、CDK11、CDK12、CDK13、CDK19）及非典型CDKs（包括CDK5、CDK14、CDK15、CDK16、CDK17、CDK18、CDK20）。近年研究证实，CDKs的功能远不止于细胞周期推进，还参与DNA复制、DNA修复、转录、RNA剪接、RNA多聚腺苷酸化、信号转导、翻译及免疫调节等过程，且存在不依赖激酶活性的功能。 CDKs及其伴侣cyclins在癌症中频繁失调。例如CDK4和CDK6是多种癌症的明确驱动因子，在脂肪肉瘤、食管腺癌、胶质母细胞瘤及乳腺浸润癌中常出现过表达或过度激活。泛癌分析显示，CDK2、CDK4、CDK6、CCND1/2/3及CCNE1/2的基因扩增在超过17%的癌症患者中存在，这些分子通过调控细胞周期（尤其是G1期向S期转换）促进肿瘤发生。此外，高通量遗传筛选表明，多数CDKs和cyclins是不同癌症类型细胞存活的必需因子，因此靶向这些蛋白已成为药物研发的核心方向。 目前已报道多种CDK抑制剂，作用机制包括竞争性抑制、变构抑制及共价结合。CDK4/6抑制剂palbociclib获批用于治疗激素受体阳性、人表皮生长因子受体2（HER2）阴性晚期或转移性乳腺癌，是CDK靶向治疗的里程碑。此后，ribociclib、abemaciclib、dalpiciclib、tibremciclib、lerociclib、fovinaciclib、trilaciclib等CDK4/6抑制剂，以及CDK2/4/6抑制剂culmerciclib、CDK2/4/6/9抑制剂bireociclib也相继获批。但dinaciclib、SNS-032等其他CDK抑制剂因剂量限制性毒性和靶点特异性不足，临床转化受阻。除传统小分子抑制剂外，靶向蛋白降解及亚细胞重定位策略正成为新型抗癌药物研发的重要方向。本综述基于CDK/cyclin在癌症中的生物学研究进展，整合其病理功能的新认知，追踪分子设计与药物研发的最新动态，概述了蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）、热休克蛋白90（HSP90）介导的靶向嵌合体（HEMTAC）、疏水标签（HyT）、分子胶、自噬拴系化合物（ATTEC）及重定位靶向嵌合体等前沿靶向策略，提出CDK靶向降解与重分布是下一代癌症治疗的两大新兴范式，并讨论了该领域的核心挑战、发展趋势及未来方向。 2 CDK/cyclin复合物的结构组织与调控机制 CDKs按功能分为三大类，反映了人类细胞对调控精度与复杂性的需求。Cyclins也分为三类：经典cyclins（cyclin A/B/D/E）、转录相关cyclins（cyclin C/H/K/L/Q/T）及非典型cyclins（如cyclin G/I/J/Y及CABLES1/2）。自首个CDK（CDK2）结构解析以来，大量结构研究揭示了CDK/cyclin复合物的结构组织与调控机制。 2.1 CDKs与cyclins的核心结构组织 人源CDKs均含约300个氨基酸的保守蛋白激酶催化结构域，即使存在不同的N端或C端延伸序列，该“催化核心”仍保持真核蛋白激酶的典型折叠：富含β折叠的N端叶（N-lobe）、富含α螺旋的C端叶（C-lobe），以及两叶之间的深裂隙（构成ATP结合口袋与催化口袋）。CDK激酶结构域N-lobe中的高度保守α螺旋（cyclin结合螺旋，CBH）是cyclin结合的关键区域，根据CBH基序可将CDKs分为PSTAIRE（CDK1/2/3）、PFTAIRE（CDK14/15）、PCTAIRE（CDK16/17/18）、PITSLRE（CDK11A/B）等亚群。CDK的C-lobe含长激活片段（T-loop或激活环），起始于保守的Asp-Phe-Gly（DFG）基序（镁离子定位环），终止于αF螺旋。T-loop中段序列多样性与柔性最高，通常含变构调控相关的磷酸化位点。T-loop下游的P+1环是底物残基骨架及磷酸化位点后残基侧链的停靠位点，Ala-Pro-Glu基序则通过分子内盐桥相互作用维持结构完整性与激酶活性。 与CDKs不同，cyclins整体序列同源性低，但均含1-2个cyclin盒结构域（CBDs）。每个CBD为紧凑的5α螺旋球状结构域，负责与CDK结合；若存在串联的C端CBD，则N端CBD承担CDK结合功能，C端CBD负责调控或底物停靠。部分缺乏经典CBD的cyclin样蛋白（如CDK5R1）通过类似折叠的替代结构域激活CDK伴侣。CBD表面存在疏水斑块，可识别并结合含RxL基序的CDK底物，这种短线性基序介导的cyclin-底物停靠是动态、上下文依赖性底物识别与调控的普遍机制。经典细胞周期调控cyclins与转录相关cyclins（如cyclin C/K/T）的CBD外序列差异显著，尤其是下游区域长度及二级结构取向不同，这可能是两者在功能复合物组装与底物结合上存在机制差异的基础。 2.2 CDK/cyclin复合物的经典激活机制 CDK的CBH与cyclin的CBD结合涉及大界面相互作用，可诱导CDK发生一系列构象变化，是其催化活性所必需的。单体CDK无活性，因T-loop阻塞游离激酶的催化裂隙入口。CDK通过cyclin结合、磷酸化、镁离子结合及与其他调节因子相互作用实现激活。 经典激活模型以CDK2/cyclin复合物研究为代表：cyclin伴侣的变构结合可解除催化裂隙的阻塞，部分激活激酶功能；同时重新定位DFG基序以结合镁离子，重组CDK催化裂隙形成ATP结合位点，并排列催化所需残基，使复合物具备催化能力。CDK的激活还与T-loop中保守苏氨酸残基的磷酸化协同发生，该过程由CDK激活激酶（CAK，由CDK7、cyclin H和MAT1组成的三聚体复合物）催化。CAK通过其CDK7亚基的C-lobe与CDK底物的C-lobe相互结合识别底物，辅以两者N-lobe的额外相互作用，形成类似头对头二聚体的假对称激酶-激酶界面。不同CDK/cyclin复合物的特性（如CDK T-loop的柔性）会影响CAK的底物偏好与磷酸化动力学。T-loop中磷酸化的苏氨酸残基作为结构枢纽，通过协调带正电残基重组活性位点，并固定T-loop构象以促进肽底物结合，磷酸化T-loop的精确构象决定了肽底物的取向，经典CDK底物基序为T/S-P-X-K/R。值得注意的是，CDK1的T-loop局部柔性更高，这种结构可塑性使其可识别超出经典基序的多样底物序列，并补偿其他CDKs的功能。CDK激活过程中ATP加载与cyclin结合的顺序会影响激活动力学，如CDK4/cyclin D激活缓慢，而CDK2/cyclin E激活迅速。 2.3 CDK/cyclin复合物的非经典激活机制 尽管CDK的两步激活模型（经典cyclin结合后T-loop磷酸化）得到了CDK2、CDK3及CDK9相关复合物研究的支持，但越来越多的研究揭示了CDK激活的替代机制，包括辅助蛋白结合（如CDK8/cyclin C/MED12、CDK16/cyclin Y/14-3-3、CDK7/cyclin H/MAT1、CDK4/cyclin D1/p27Kip1、CDK12/cyclin K/CDC73、CDK5/CDK5R1 p25片段）、cyclin N端参与（如CDK4/cyclin D）及有序T-loop磷酸化（如CAK对非CDK底物的活性）。因此，尽管CDK/cyclin相互作用是充分催化活性的普遍需求，但不同CDK/cyclin对的激活结构基础存在显著差异。进一步阐明CDK/cyclin激活的调控机制，将为开发靶向这些复合物的新型选择性治疗策略提供指导。 3 癌症基因组中CDKs及其伴侣cyclins的失调 基于cBioPortal平台的泛癌分析显示，多数CDK及cyclin家族基因存在拷贝数变异与体细胞突变。其中CDK3、CDK4、CDK6、CDK12、CDK14、CDK18、CCND1/2/3、CCNE1/2、CCNL1及CABLES1/2是癌症样本中扩增频率最高的基因，而CDK10、CDK19及CCNC在部分样本中发生缺失。CCND1、CDK4及CDK6扩增是实体瘤（如肉瘤、食管癌、头颈部鳞状细胞癌、乳腺癌）及造血系统恶性肿瘤（如淋巴瘤、白血病）中公认的致癌驱动事件，CDK4与MDM2共扩增是分化良好及去分化脂肪肉瘤的标志性基因组特征。癌症发生过程中特定CDK4/6及D型cyclin的选择性失调，可能反映了谱系特异性转录程序与环境因素影响下的上下文依赖性致癌易感性。 CDK12、CDK13、CDK14、CCNT1、CCNA1及CCNB3是突变频率最高的CDKs与cyclins。值得注意的是，截断突变、剪接位点突变及结构变异占CDK12突变的30%以上。CDK12在约3%-4%的浆液性卵巢腺癌及7%的转移性去势抵抗性前列腺癌中 recurrently 失活，与侵袭性增强及以广泛串联重复为特征的基因组不稳定性表型相关。CDK13在约4%的皮肤黑色素瘤中发生突变，激酶域富集显性负突变。热点突变包括CDK4（R24C/L/H/S、K22M/Q）及CCND1（P287S/T/L/R/H、T286I/A/R），其功能有待进一步解析。 此外，已报道多种促癌染色体易位，如BCOR::CCNB3融合是未分化圆细胞肉瘤亚型的频发事件，IGH::CCND1、IGH::CCND2或IGH::CCND3易位是B细胞恶性肿瘤的特征性改变。同时，近半数癌症患者存在CDK抑制蛋白编码基因（如TP53、RB1、CDKN2A、CDKN2B）的功能缺失性突变，共同导致CDK/cyclin通路在癌症中广泛失调。 4 CDKs与cyclins在癌症中的功能 CDK/cyclin是癌症中多功能信号枢纽，其功能涵盖细胞周期调控、转录调控、RNA加工、基因组维持、信号转导、表观遗传重塑、代谢重编程及免疫调节等致癌过程。明确其经典功能与不断拓展的功能复杂性，将为优化治疗策略与药理干预提供依据。 4.1 细胞周期调控型CDKs及其相关cyclins在癌症中的功能 细胞周期调控型CDKs调控细胞周期事件的时间顺序，尤其是DNA复制与有丝分裂进程。正常情况下，S期相关CDKs与M期相关CDKs调控不同底物池，S期CDKs无法驱动有丝分裂；但在蛋白磷酸酶1从中心体移除的情况下，S期CDKs可替代M期CDKs突破底物识别限制。 CDK1是细胞周期推进的必需因子，与cyclin A结合促进G2晚期进入有丝分裂，并参与检查点调控，确保DNA复制与修复完成后才进入有丝分裂。CDK1与cyclin B结合后磷酸化多种底物，促进染色体凝缩、核膜破裂及纺锤体组装。线粒体定位的CDK1/cyclin B1可磷酸化电子传递链复合体I的多个亚基，增强线粒体呼吸与ATP生成，为G2/M转换提供能量。CDK1/cyclin B1还通过磷酸化线粒体分裂调节因子DRP1/DNM1L调控线粒体稳态。在FLT3内部串联重复（FLT3-ITD）阳性急性髓系白血病中，稳定的CDK1/cyclin B1可导致酪氨酸激酶抑制剂耐药。此外，CDK1在G1/S转换中活跃，可与CDC7功能冗余促进S期进入，并可在Cdk2-/-小鼠中补偿CDK2的持续缺失。除细胞周期调控外，CDK1活性还可通过TWIST1等下游效应因子促进三阴性乳腺癌与肾上腺皮质癌的上皮-间质转化；但高温腹腔化疗中CDK1的过度激活可与WEE1抑制协同抑制卵巢癌。 CDK2是核心细胞周期调控因子，主要与cyclin E、cyclin A、cyclin B3及cyclin J二聚化。CDK2/cyclin E复合物促进DNA复制起始及G1晚期向S期转换。CDK2/cyclin A复合物通过磷酸化DNA复制、染色质凝缩及中心体成熟的关键蛋白，协调G1/S与G2/M转换。CDK2的致癌激活可诱导复制压力与DNA损伤，导致基因组不稳定与肿瘤发生。CCNE1扩增的癌症中，CDK2抑制可导致视网膜母细胞瘤蛋白（pRb）低磷酸化及治疗诱导的衰老，而PKMYT1（蛋白激酶，膜相关酪氨酸/苏氨酸1）抑制可通过合成致死效应激活CDK1并诱导过早有丝分裂。乳腺癌中，CDK2抑制可延缓并克服CDK4/6抑制剂的获得性耐药；反之，CDK4/6活性可促进细胞适应CDK2抑制剂并维持增殖程序。除细胞周期功能外，CDK2还参与多种激素受体的磷酸化激活，调节神经元与肌肉的分化程序；其活性还可通过E2启动子结合因子（E2F）介导的DNMT1表达，抑制内源性逆转录病毒RNA并触发I型干扰素（IFN）反应，进而通过增强肿瘤抗原呈递与细胞毒性T细胞浸润促进抗癌免疫。CDK2/cyclin J还可通过磷酸化巨噬细胞中FOXK1与DRP1/DNM1L，抑制糖酵解与线粒体活性氧生成，降低巨噬细胞先天免疫反应与代谢，间接促进抗癌免疫。目前多种选择性CDK2抑制剂已进入临床研究，在cyclin E过表达或CCNE1/2扩增的病例中显示出早期抗肿瘤活性。 CDK3主要与cyclin C、cyclin E1及CABLES1结合，促进细胞从G0期（静止状态）重新进入细胞周期及G1/S转换。蛋白酪氨酸磷酸酶非受体1型可与CDK3结合并去磷酸化其Tyr15残基，促进胶质母细胞瘤细胞周期推进。激活的CDK3可磷酸化pRb、TAZ（含PDZ结合基序的转录共激活因子）、转录因子（如JUN、ATF1、NFAT3）及转录调节因子（如NOTCH1胞内域）。异位CDK3可与MYC协同促进致癌性细胞生长；在结直肠癌中，CDK3通过激活激活蛋白-1诱导上皮-间质转化并增强转移。泛癌基因组数据显示CDK3与CCNC分别通过扩增与缺失发生失调，但CDK3/cyclin C在癌症中的精确功能及上述基因组缺陷的 consequences 有待进一步阐明。 CDK4与CDK6选择性结合D型cyclins（cyclin D1、D2、D3），其复合物通过调控限制点（R点）控制G1向S期转换。CDK4/cyclin D与CDK6/cyclin D复合物通过磷酸化灭活pRb及相关口袋蛋白p107/p130，释放E2F家族转录因子，激活cyclin E1/E2等S期调节因子，进而组装CDK2/cyclin E复合物，通过协调底物磷酸化推进S期转换。p53缺失不改变CDK4/6活性，但会增强CDK2依赖的p130磷酸化，使细胞在CDK4/6抑制下仍可重新进入细胞周期；同时抑制CDK4/6与CDK2可克服p53缺失并诱导衰老。除细胞周期调控外，CDK4/6还通过结合并磷酸化TSC2（Ser1452/Ser1217）将增殖与细胞生长偶联。近期研究显示，CDK4/6在间期R点之外也有重要功能：S期选择性阻断CDK4/6活性会降低CDK2活性与pRb磷酸化，导致细胞周期退出；G2期（DNA复制后）应激激活蛋白激酶（SAPKs）介导的CDK4/6失活可阻滞细胞周期进程，防止应激诱导的内复制（无分裂的异常DNA复制）。CDK4/6还具有免疫调节活性：CDK4/6抑制可激活癌细胞DNA损伤与内源性逆转录病毒，诱导炎症与IFN反应基因、cGAS-STING1信号通路、抗原呈递及免疫细胞相互作用，增加瘤内CD8+ T细胞浸润并抑制调节性T细胞，增强抗癌免疫。随着CDK4/6抑制剂的临床成功，其在癌症免疫中的作用为联合免疫检查点抑制剂治疗提供了依据。 除细胞周期调控外，CDK6还通过非经典功能调控癌症代谢与染色质/转录调控。CDK6/cyclin D3可磷酸化并抑制6-磷酸果糖激酶（PFK1）与丙酮酸激酶M2（PKM2），将糖酵解中间产物重定向至磷酸戊糖途径与丝氨酸途径，支持肿瘤生长。在BCR-ABL驱动的B细胞急性淋巴细胞白血病中，CDK6缺陷细胞需氧糖酵解需求增加，核CDK6的激酶与染色质调控活性是线粒体呼吸相关基因表达所必需的。CDK6可与核呼吸因子1（NRF1）竞争结合代谢基因靶点的启动子；还可与鸟类成红细胞增多症病毒E26致癌同源物（ETS）蛋白协同维持DNMT3B的染色质可及性与转录，拓展其对DNA甲基化的影响。CDK6的C端对其核转位至关重要，缺失该区域会降低其染色质占有率。核CDK6还可通过与JUN相互作用诱导促血管生成因子VEGFA，发挥不依赖激酶活性的功能。此外，TAK1与丝裂原激活蛋白激酶（MAPK/p38）可在IL-1刺激下促进CDK6核转位与染色质结合，核CDK6进一步与核因子κB（NF-κB/p65）相互作用，占据多种IL-1靶基因的增强子与启动子，表明CDK6可通过激酶依赖与独立机制招募至染色质并调控基因表达。 CDK4/6抑制剂领域进展迅速，palbociclib、ribociclib、abemaciclib、dalpiciclib、tibremciclib、lerociclib、fovinaciclib及trilaciclib已获批用于激素受体阳性、HER2阴性乳腺癌等靶向治疗；CDK2/4/6抑制剂culmerciclib与CDK2/4/6/9抑制剂bireociclib也获批用于同类适应症。CDK4选择性抑制剂是新的前沿方向，atirmociclib与BGB-43395等候选药物已进入临床研究。 4.2 转录相关型CDKs及其相关cyclins在癌症中的功能 转录相关型CDKs通过磷酸化DNA依赖性RNA聚合酶II（Pol II）RPB1亚基羧基端结构域（CTD）的YSPTSPS七肽重复序列，调控基因转录与转录偶联的RNA加工。 CDK7是兼具细胞周期推进与基因转录双重功能的激酶，与cyclin H、MAT1组成CAK复合物，作为催化亚基磷酸化其他细胞周期调控CDKs的T-loop以驱动有丝分裂。此外，CDK7还可磷酸化Pol II RPB1的CTD及多种转录相关CDKs的T-loop（如CDK9 Thr186、CDK12 Thr893、CDK13 Thr871）以促进转录。CDK7过表达与三阴性乳腺癌、肺癌及MYCN驱动的神经母细胞瘤等多种恶性肿瘤相关。CDK7激酶活性可促进Pol II从启动子逃逸，并释放转录起始因子与中介复合物；反之，CDK7抑制会导致Pol II在启动子区滞留，破坏转录稳态、超级增强子网络及基因组稳定性，进而触发抗肿瘤免疫并减弱治疗耐药。但选择性CDK7抑制剂YKL-5-124的研究显示，在实验条件下，靶向抑制CDK7活性对E2F表达程序的抑制作用强于对Pol II CTD磷酸化的影响；CDK7选择性降解剂JWZ-5-13虽可高效清除CDK7、MAT1与cyclin H，但仅表现出中等抗增殖活性，提示既往CDK7抑制剂（如THZ1）的部分效应可能源于脱靶抑制其他CDKs（尤其是CDK12/13）。目前CDK7抑制剂已进入高级临床阶段，SY-5609与samuraciclib的临床研究显示出积极结果，对CDK7生物学功能的深入认知强调了靶向CDK7的癌症治疗药物选择性的重要性。 CDK8及其旁系同源物CDK19是中介复合物激酶模块的可替代组分与调节亚基，需cyclin C与MED12激活，MED13则将预组装的激酶模块锚定至核心中介复合物。CDK8可在体内外磷酸化RPB1 CTD七肽重复序列的Ser2与Ser5，影响Pol II活性；其他代表性底物包括中介复合物亚基及E2F1、信号转导与转录激活因子、SMAD等转录因子。转录组分析显示，CDK8激酶活性是结肠癌细胞中基础及缺氧诱导的SLC2A1/3、HK1、ENO1/2、PKM等糖酵解基因表达所必需的；抑制CDK8可降低葡萄糖摄取与糖酵解，并使癌细胞对糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖增敏。代谢组学研究发现，CDK8/CDK19是核心代谢通路的上下文与细胞类型特异性调节因子；抑制CDK8/CDK19激酶活性可重塑IFNγ信号过度激活细胞的脂质代谢，上调具有抗炎活性的脂质。CDK8/19可能根据转录阶段对基因产生差异化调控，对超级增强子驱动的转录具有负调控作用，在白血病细胞中抑制CDK8/19可上调超级增强子相关基因的表达。在造血干细胞与急性髓系白血病中，CDK19通过抑制p53依赖的p21Cip1表达促进细胞增殖，其对造血干细胞增殖的调控效能优于CDK8。同时耗竭CDK8/19会损害细胞对佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯（PMA）、肿瘤坏死因子等多种刺激的基因转录激活反应。目前靶向CDK8/19-中介复合物小分子抑制剂romaciclib（SEL120）正在血液系统恶性肿瘤临床试验中评估，CDK8/19在癌症中的功能与成药性仍需更多研究阐明。 CDK9与cyclin T（T1、T2a、T2b）或cyclin K结合形成功能复合物，介导转录延伸、mRNA成熟及多种生理过程。CDK9/cyclin T复合物组成正性转录延伸因子b（P-TEFb），通过磷酸化Pol II RPB1 CTD驱动转录延伸。CDK9含ATP结合位点与含Thr186残基的T-loop，需CAK磷酸化该位点以激活P-TEFb。在BRD4、AFF1或AFF4蛋白引导下，P-TEFb定位于基因启动子，磷酸化RPB1 CTD的Ser2及雄激素受体（Ser81）等转录因子，促进Pol II暂停释放与有效转录延伸。破坏CDK9功能不仅损害转录延伸，还会影响RNA剪接与内源性逆转录病毒的表观遗传沉默，因此CDK9是“转录成瘾”癌症的已验证治疗靶点。此外，靶向CDK9可阻断治疗诱导的转录适应并诱导代谢转换：FLT3-ITD驱动的白血病细胞中，同时耗竭CDK9与抑制FLT3可通过减弱嘌呤合成与线粒体氧化磷酸化诱导合成致死；前列腺癌中，CDK9抑制可抑制氧化磷酸化与ATP生成，导致酰基肉碱积累，使细胞代谢向脂肪酸氧化依赖转变。目前多种CDK9选择性抑制剂已进入临床评估，enitociclib、SLS009及Zotiraciclib分别获得美国食品药品监督管理局授予的非霍奇金淋巴瘤、急性髓系白血病及胶质母细胞瘤孤儿药资格。值得注意的是，CDK9存在两种由可变启动子产生的亚型：42 kDa短亚型是主要表达形式，执行CDK9的一般转录功能；55 kDa长亚型在短亚型N端额外含117个氨基酸，主要定位于核仁，其通过结合Ku70及磷酸化CDC23（Ser588）参与DNA修复，选择性耗竭长CDK9亚型会显著损害喜树碱（DNA拓扑异构酶I抑制剂）处理后的DNA末端切除，使细胞对聚ADP核糖聚合酶（PARP）抑制敏感。现有CDK9靶向药物均抑制两种亚型，长CDK9亚型的 therapeutic 潜力尚未充分探索。 CDK10与伴侣cyclin Q（曾称cyclin M）形成激酶复合物，底物包括Pol II（RPB1 CTD Ser2）、MEPCE、U2AF2、SRRT、NPM1、HSF1、MYC、pRb、ETS2及PKN2等。T-loop Thr196磷酸化对CDK10/cyclin Q复合物组装非必需，但对其激酶活性至关重要；CDK1/cyclin B1与CDK5/CDK5R可磷酸化CDK10的Thr49、Thr172及Thr179位点，提示这些CDKs间存在潜在串扰。CDK10的 cellular 功能涉及正向调控G2/M期、转录、剪接及肌动蛋白动力学。CDK10是乳腺癌、肝癌、胆道癌、甲状腺癌、肺癌及胶质瘤的候选抑癌基因，其表达降低可导致内分泌治疗耐药并增强乳腺癌淋巴结转移。 CDK11A与CDK11B是序列同源性超过99%的同源基因，均与cyclin L结合，共同促进Pol II/中介复合物组装、基因转录及RNA剪接。目前已鉴定出多种CDK11亚型（如CDK11p110、CDK11p58），其功能仍需进一步明确。CDK11可维持着丝粒转录及复制依赖性组蛋白基因表达，并通过调控Pol II染色质占有率与新生RNA合成，在CDK9上游通过Pol II暂停-延伸检查点维持稳态与诱导的转录反应。CDK11 T-loop Thr595的磷酸化（可能由CDK7催化）对其与cyclin L及SAP30BP的活性复合物形成至关重要，该复合物可调控基因体区的剪接体活性。CDK11也被认为是“剪接相关CDK”，可结合并磷酸化多种剪接因子（如SF3B1），其功能受损会使剪接体阻滞于中间复合物B状态，导致内含子保留等RNA剪接缺陷。SCFFBXW7调控cyclin L1的泛素化与蛋白酶体降解，cyclin L1异常积累会缩短G2/M期并使细胞对CDK11抑制敏感。表型上，CDK11对脂肪肉瘤、骨肉瘤、食管鳞状细胞癌、黑色素瘤及神经母细胞瘤细胞的生长至关重要。已报道的CDK11抑制剂（如OTS964、OTS514、ZNL-05-044、化合物37）中，CDK11/PBK双抑制剂显示出良好的临床前抗肿瘤活性。 CDK12与CDK13和cyclin K形成复合物，磷酸化RPB1 CTD Ser2，通过招募剪接与多聚腺苷酸化因子协调Pol II延伸与转录偶联RNA加工。CAK对CDK12 T-loop Thr893的磷酸化是其全激活所必需。CDK13还可与cyclin T1结合磷酸化ZC3H14（多聚A外泌体靶向复合物组分），靶向提前终止的RNA进行清除。与经典的CDK9复合物不同，CDK12通过靶向PAF1（Pol II相关因子1）复合物中的LEO1（Ser608）表现出独特的底物特异性，该修饰通过稳定延伸复合物增强转录过程性。单独抑制CDK12或CDK13会激活DNA损伤反应（DDR）通路但不产生显著细胞毒性，而同时抑制两者会通过三种协同机制破坏转录稳态：提前切割与多聚腺苷酸化、基因内转录终止及广泛剪接失调，揭示了两者在维持转录保真度方面的关键功能冗余。CDK12通过抑制内含子多聚腺苷酸化，协调同源重组（HR）修复基因（尤其是BRCA1/BRCA2与ATR）的转录延伸与剪接保真度；基因消融CDK12会破坏该转录调控程序，导致HR介导的DNA修复能力受损、染色体不稳定积累，并对PARP抑制剂与铂类化疗药物产生选择性脆弱性。临床前研究显示，CDK12/13抑制剂可重现HR缺陷表型，并与PARP抑制剂产生协同效应。CDK12/13的基因或药理耗竭还可激活STING1信号通路，在同源肿瘤模型中与免疫治疗协同。这两种激酶介导了转录延伸 machinery 与核酸监视通路之间的关键功能串扰：CDK12通过调控DDR基因维持HR介导的基因组完整性，CDK13则通过激活核RNA监视与调控剪接因子招募维持转录组保真度。这种功能差异构成了合成致死范式，同时抑制两种激酶可揭示HR缺陷恶性肿瘤的治疗脆弱性，其机制涉及靶向破坏维持复制压力下蛋白稳态的转录偶联调控网络，有效利用DNA修复缺陷肿瘤的癌症特异性依赖。此外，CDK12对癌症代谢也有重要影响：CDK12缺陷的去势抵抗性前列腺癌表现为线粒体呼吸与ATP合成增强，ACSL4表达降低以逃逸铁死亡；CDK12过表达通过调控叶酸循环与丝氨酸合成通路代谢基因的表达，促进乳腺癌发生发展，并通过对二氢叶酸还原酶活性的靶向调控，使肿瘤对甲氨蝶呤化疗产生阳性反应。值得注意的是，CDK12与/或CDK13的功能具有疾病与上下文依赖性：部分携带CDK12功能缺失突变的人类肿瘤因DDR基因内含子多聚腺苷酸化增加表现出BRCAness表型，对PARP抑制剂与免疫治疗反应性增强；而CDK12双等位基因缺失定义了转移性去势抵抗性前列腺癌的免疫原性分子亚型（CDK12缺失与串联重复子表型），其新抗原与肿瘤浸润淋巴细胞水平更高，可能适用于免疫检查点抑制剂治疗。但该亚型缺乏HR缺陷的突变特征，与细胞模型中急性CDK12扰动表型不同，需区分CDK12遗传缺失塑造的疾病/上下文相关肿瘤生物学与急性药理抑制CDK12的后果。 4.3 非典型CDKs及其相关cyclins在癌症中的功能 CDK5、CDK14、CDK15、CDK16、CDK17及CDK18均属于癌症研究中关注较少的非典型CDKs。CDK5以其在中枢神经系统中的有丝分裂后功能著称，其在细胞周期或癌症中的作用研究较少。在有丝分裂后细胞中，CDK5由cyclin I、CDK5R2（p39及其剪切产物p29）及CDK5R1（p35及其剪切产物p25）激活，而cyclin D与cyclin E可拮抗CDK5与其激活剂的相互作用。小鼠β胰岛细胞表达异常CDK5激活剂p25可驱动胰腺神经内分泌肿瘤（约半数可能为胰岛素瘤）发生；通过24氨基酸肽（TP5）选择性抑制CDK5/p25复合物同时保留CDK5/p35功能，可在结直肠癌模型中发挥抗增殖活性，提示CDK5/p25偏向性致癌成瘾。此外，CDK5是人乳头瘤病毒（HPV）致癌蛋白E6的宿主靶点，CDK5抑制剂CP681301可干扰CDK5/E6复合物，抵消HPV阳性癌细胞的恶性表型，是HPV相关疾病潜在药物靶点。CDK5可上下文依赖性调控程序性死亡配体1（PD-L1）表达：髓母细胞瘤中，CDK5通过抑制PD-L1转录抑制因子IRF2与IRF2BP2，促进IFNγ诱导的PD-L1上调；肺癌中，CDK5通过泛素化-蛋白酶体通路维持PD-L1表达；而肝细胞癌中，CDK5磷酸化PD-L1 Thr290，通过分子伴侣介导的自噬促进其降解。CDK5的表达与活性受肿瘤微环境信号调控：高糖诱导其表达，右美托咪定则抑制肾癌细胞中CDK5表达；GDNF诱导的RET信号刺激髓样甲状腺癌中CDK5活性，而DYRK1A（与胶质母细胞瘤分化信号相关）则削弱其活性。有丝分裂进程中，CDK5 Ser159被磷酸化，与cyclin B1形成功能复合物以维持有丝分裂保真度；CDK5缺失会导致纺锤体过度稳定、滞后染色体及微核形成。CDK5还可与p21Cip1相互作用降低其稳定性。作为激酶，CDK5可磷酸化底物蛋白的S/TPXH/K/R基序丝氨酸或苏氨酸残基：葡萄糖饥饿时，CDK5磷酸化NOXA（佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯诱导蛋白1）Ser13以拮抗凋亡；高糖条件下，CDK5结合并磷酸化DRP1促进上皮-间质转化。CDK5还可通过磷酸化EZH2间接调控谷氨酰胺代谢，促进多梳抑制复合物2依赖的谷氨酰胺转运蛋白与三羧酸循环酶调控。其他CDK5底物包括ATM（Ser794）、波形蛋白（Ser56）、黏着斑激酶（FAK；Ser732）、MCM2（Ser27）、PRMT1（Ser307）、STAT3（Ser727）、PIKE isoform A（Ser279）、TRIM59（Ser308）、MYC（Ser62）、TPX2（Ser486）及ADD1（Thr724）等。通过催化关键信号分子磷酸化，CDK5可作为信号枢纽整合Hippo、STAT3、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、NOTCH及Wnt通路，如CDK5与LIMK1协同磷酸化β-catenin Ser191，促进其核转位及癌症转移中关键Wnt靶基因激活。因此，CDK5可促进细胞生长、侵袭、转移及免疫逃逸，是癌症治疗的潜在靶点。 CDK14与CDK15属于CDKs的PFTAIRE亚类（CBH含保守基序Pro-Phe-Thr-Ala-Ile-Arg-Glu），两者均与cyclin Y结合，也可与cyclin I较弱结合。CDK14在肺发育与修复中具有支持作用，还参与骨、脑、乳腺、食管、肺及卵巢恶性肿瘤的有丝分裂细胞周期与恶性进展。

从氘代药物到GLP-1R口服激动剂，一文读懂药物化学中最经典、最实用的分子优化策略 ------------------------------------------------ 生物电子等排体（Bioisostere）——这个听起来略显拗口的术语，自1951年由Friedman正式提出以来，已经成为药物设计和开发中最核心的策略之一。简单来说，它指的是在先导化合物中用一个原子或基团替换另一个原子或基团，在保持生物活性的同时，改善分子的理化性质和成药性。 近日，BMS（百时美施贵宝）的Yong-Jin Wu等三位资深药物化学家在药物化学权威期刊Journal of Medicinal Chemistry上发表了一篇题为"Application of Bioisosteres in the Design and Discovery of FDA-Approved Drugs and Advanced Clinical Candidates"的Perspective综述文章。该文系统梳理了57个FDA批准上市药物和18个进入后期临床的候选药物中生物电子等排体替换的成功案例，覆盖了从1-2个关键原子替换到骨架跃迁的各个层面，堪称近年来该领域最全面、最实用的综述之一。 核心观点：生物电子等排体替换绝非简单的"换原子"游戏。在先导化合物优化过程中，一次看似微不足道的1-2个原子替换，往往能解决potency、选择性、溶解度、代谢稳定性、血浆蛋白结合率、反应性代谢物等多维度问题，最终决定一个候选药物能否成功上市。 一、H、卤素和NO₂的生物电子等排体：1-2个原子的"四两拨千斤" 这一大类涵盖了仅通过1-2个关键原子替换就实现药物优化的经典案例，是生物电子等排体策略中最直观、也最常被使用的类别。 ① H→D：氘代药物——"动力学同位素效应"的巧妙利用 氘（D）取代氢（H）对分子的理化性质和药理活性影响极小，但由于动力学同位素效应（DIE）——C-D键断裂速率显著慢于C-H键——可以明显改变代谢谱。这一策略近年来催生了多款成功药物： Deutetrabenazine (2) 甲氧基H→D（6个D） 延长半衰期，减少给药频率 2017年FDA批准（亨廷顿舞蹈症） Deuruxolitinib (4) 环戊基H→D（8个D） 延长ruxolitinib半衰期 2024年FDA批准（斑秃） Deucravacitinib (5) 甲基H→D 阻断CYP450代谢，提高TYK2选择性 2022年FDA批准（银屑病） Deutivacaftor (7) 叔丁基甲基H→D 阻断CYP3A4氧化，t½从11h延长至16h 2024年FDA批准（囊性纤维化） ② H→F：氟取代——药物化学的"万能工具" H和F在体积上相近，但电负性差异显著。氟取代可增强代谢稳定性、提高结合亲和力、改善溶解度，甚至影响构象偏好。综述中列举了多个经典案例： Tezacaftor（8）和Lumacaftor（9）：消除反应性代谢物 苯并二氧戊环在体内可被CYP450代谢生成碳烯中间体，与血红素铁形成稳定的代谢中间体（MI）复合物，导致药物-药物相互作用；进一步释放的儿茶酚可氧化为邻醌，具有毒性风险。在tezacaftor和lumacaftor中引入两个氟原子形成2,2-二氟苯并二氧戊环，从根本上阻断了碳烯中间体的形成，同时保持活性不变。 Regorafenib（13）：一个F原子带来20倍活性提升 Sorafenib（12）和regorafenib（13）结构几乎完全相同，唯一区别是在中央苯环上增加了一个F原子。这个"多出来的"F增强了相邻脲基NH的酸性，使其成为更强的氢键供体，与VEGFR2中Glu885的羧基氧形成更强的氢键，使生化活性提高了约20倍。 Alpelisib（14）：CF₃取代一举三得 在PI3Kα抑制剂alpelisib的发现中，将叔丁基的一个甲基替换为CF₃，不仅提高了potency，还阻断了叔丁基的氧化代谢，显著降低了清除率，改善了药代动力学性质。共晶结构显示CF₃的一个F原子与Lys802的侧链胺形成了额外的氢键。 Bictegravir（15）：F取代改善溶解度与耐药性 在HIV整合酶抑制剂bictegravir的发现中，6位氟化使溶解度从34 μg/mL提高至87 μg/mL（pH 1），同时对HIV-1整合酶突变体G140S/Q148R的耐药fold shift也显著降低。结合手性中心翻转，最终获得了改善的体内外性质。 ③ F→Cl：Asciminib——卤素键的精准调控 Asciminib（16）是全球首个靶向ABL1豆蔻酰口袋的III型抑制剂，2021年获批用于CML。其前体化合物含有OCF₃基团，分子模拟显示将其中一个F替换为Cl（形成OCF₂Cl）可优化口袋内的结合。实验证实这一替换使potency提高了2倍。共晶结构揭示了Cl原子与Leu448骨架羰基氧之间形成的卤素键——C(sp3)-Cl···O角度接近理想的178.3°，距离3.3 Å。 ④ Cl→C≡CH：Erlotinib——炔基作为卤素生物电子等排体 Gefitinib（17）和erlotinib（18）是前两个获批的EGFR抑制剂，核心区别在于3-氯-4-氟苯基被替换为乙炔基苯基。在EGFR共晶结构中，氯原子通过卤素键与Leu788骨架酰胺羰基相互作用；而erlotinib中的弱酸性炔基氢则作为氢键供体与同一位置的Leu764骨架羰基氧形成氢键——炔基在此功能上等同于卤素生物电子等排体。 ⑤ OH→NH₂：JAB-21822——从Sotorasib的六步进化 JAB-21822（20）是从sotorasib（19）演化而来的KRAS G12C抑制剂，已完成II期临床试验。整个演化过程经历了六步生物电子等排体转换：C3→N/C、C6→F/Cl、OH→NH₂以及三次H/F替换。其中最关键的一步是将酚羟基替换为苯胺基（NH₂），解决了酚基葡萄糖醛酸化和渗透性不佳的问题。 ⑥ NO₂→Cl/CN：从氨氯地平到抗前列腺癌药物的迭代 硝基（NO₂）因其强吸电子性在药物中有特殊作用，但存在肝毒性风险。综述展示了硝基替换的两条成功路径： 路径一（NO₂→Cl）：Nifedipine（21）的硝基替换为氯原子，得到amlodipine（22）。后者引入乙醇胺侧链，末端伯胺作为氢键供体与Ser1011骨架酰胺氧形成氢键。这一改造使其半衰期显著延长，实现一日一次给药，成为全球最常用降压药之一，2006年峰值销售额达49亿美元。 路径二（NO₂→CN）：Flutamide（23）和nilutamide（24）的硝基可能导致特异质性肝毒性。将硝基替换为氰基后，肝毒性降低，抗雄激素活性保持。这一发现催生了第二代NSAA药物bicalutamide（25）、enzalutamide（26）和apalutamide（27）。 ⑦ NO₂→CF₃SO₂：Navitoclax——解决反应性代谢物问题 在BCL-2抑制剂navitoclax（28b）的发现中，前体化合物的硝基苯存在形成反应性代谢物的风险。将硝基替换为三氟甲基磺酰基（CF₃SO₂）后，不仅维持了与Tyr202的π-π堆积相互作用和与苯胺NH的分子内氢键，还显著改善了口服吸收和PK性质。 二、酰胺、酯和酸的生物电子等排体：官能团的"移花接木" 酰胺基团在上市药物中广泛存在，但其代谢不稳定性和渗透性问题常常成为优化的瓶颈。将酰胺替换为生物电子等排体可以改变构象、电子分布和极性，从而改善溶解度和PK性质。 ① 酰胺→磺酰胺：Dabrafenib Dabrafenib（29）是选择性BRAFV600E抑制剂，2013年获批用于BRAF突变黑色素瘤。先导化合物的苯甲酰胺基团细胞活性不佳，替换为苯磺酰胺后细胞抑制活性显著提升。共晶结构显示，磺酰胺NH（pKa~7）在生理条件下部分解离，与Asp594形成氢键；磺酰胺氧与Phe595形成另一氢键。 ② 酰胺→反向酰胺：Nilotinib Nilotinib（31）是基于imatinib（30）与ABL蛋白共晶结构理性设计的二代BCR-ABL抑制剂。通过将酰胺"翻转"（reverse amide），重新定向D环取代基的方向，使其能够与蛋白形成额外的结合相互作用。Nilotinib对野生型和耐药BCR-ABL细胞系的活性均显著优于imatinib，2021年销售额达21亿美元。 ③ 内酯→内酰胺：Ixabepilone Epothilone B（36a）是高效的微管稳定剂，但其内酯环在体内易被酯酶水解（半衰期仅20分钟）。将内酯替换为内酰胺得到ixabepilone（36），显著改善了跨物种的代谢稳定性。2007年获批用于转移性乳腺癌。 ④ 酸→四氮唑：Losartan——"沙坦类"药物的起点 Losartan（49）是首个口服非肽类AT1R拮抗剂，1994年上市。早期先导化合物——联苯羧酸——静注有效但口服效力大减。将羧基替换为四氮唑后，结合亲和力提高10倍，口服生物利用度达33%。这一突破开创了整个"沙坦类"降压药物家族。 ⑤ 酰胺→吡啶：Lenacapavir——"一年两针"的HIV革命性药物 Lenacapavir（43）是首个HIV-1衣壳蛋白（CA）抑制剂，2022年获批用于多重耐药HIV-1感染。其最remarkable的特征是超长效——每年仅需注射两次。在药物发现过程中，先导化合物的叔酰胺被环化为吡啶环，其中吡啶氮作为氢键受体与Asn57的酰胺NH形成关键氢键。Lenacapavir分子量高达968，含10个F原子（FDA批准药物中最多），是"突破类药规则"的经典案例。目前其一年一次注射剂型正在开发用于HIV预防（PrEP），在女性中已展现出接近疫苗级别的保护效果。 ⑥ 酯→噻二唑：Xanomeline——从槟榔碱到精神分裂症新药 Xanomeline（39）是M1毒蕈碱型乙酰胆碱受体激动剂，起源于槟榔中的天然产物arecoline（39a）。Arecoline的酯基易被羧酸酯酶水解。研究者尝试了一系列酯的生物电子等排体，其中3-烷氧基-1,2,5-噻二唑类化合物xanomeline活性最优且具有CNS穿透性。Xanomeline与外周限制性拮抗剂trospium chloride的固定组合Cobenfy于2024年获FDA批准，成为数十年来首个具有全新机制的精神分裂症治疗药物。 三、砜和磺酰胺的生物电子等排体：为溶解度而战 ① 砜→亚砜亚胺（Sulfoximine）：AZD6738和VIP152 亚砜亚胺在化学和构型上稳定，其S=NH基团可同时作为氢键供体和受体。在AZD6738（51，ceralasertib，ATR抑制剂）的发现中，将砜替换为亚砜亚胺使溶解度提高了82倍，同时保持了ATR抑制活性。在VIP152（52，CDK9抑制剂）的优化中，亚砜亚胺不仅改善了溶解度，还通过与Glu107骨架羰基的额外氢键使CDK9抑制活性提高2倍、CDK2选择性提高100倍。 ② 砜→氧化膦：Brigatinib和SY-5609 Brigatinib（54）是首个含氧化膦基团的上市药物，2017年获批用于ALK阳性NSCLC。其前体TAE684（54a）因1,4-二氨基苯环的生物活化产生反应性代谢物而具有毒性。将异丙基砜替换为二甲基氧化膦（DMPO）后，不仅消除了反应性代谢物，还使血浆蛋白结合率从99%降至66%，溶解度从15 μg/mL提升至337 μg/mL。 ③ 砜→双四氢呋喃（bis-THF）：Darunavir 在HIV蛋白酶抑制剂darunavir（56）的设计中，砜的两个氧原子被bis-THF的两个缩醛氧原子替代。这一替换引入了第二个氢键受体，使其能与S2口袋中Asp29'和Asp30'的两个残基同时形成氢键网络，带来了卓越的蛋白酶抑制活性和抗病毒效力。 四、苯环的生物电子等排体：降低亲脂性、提升成药性 苯环虽在上市药物中无处不在，但它是clogP的主要贡献者，降低Fsp3并影响MPO评分，还可能遭受氧化代谢。综述系统讨论了多种苯环替代策略： ① 苯环→吡啶：从Enzalutamide到Apalutamide Apalutamide（27）从enzalutamide（26）演化而来，将苯基替换为吡啶基。两个药物靶点活性相似，但apalutamide的皮疹发生率显著更高——这被归因于吡啶环上被CF₃双重激活的氰基充当了亲电弹头，与蛋白中的半胱氨酸残基反应引发免疫反应。这一案例警示我们：生物电子等排体替换有时会带来意想不到的副作用。 ② 苯环→吡啶酮：Doravirine和Olutasidenib Doravirine（63）是第三代NNRTI，2018年获批用于HIV-1感染。中央苯环被替换为吡啶酮，改善了PK性质。Olutasidenib（64）是mIDH1抑制剂，2022年获批用于复发/难治性AML。苯环替换为吡啶酮后，引入(S)-构型的α-甲基使potency提高2倍，溶解度提高100倍。 ③ 苯酚→哒嗪酮：Resmetirom——MASH领域的里程碑 Resmetirom（65）于2024年获FDA批准，成为首个用于MASH的THR-β选择性激动剂。其设计起点是甲状腺激素T3（65a），富含电子的苯酚被替换为缺电子的吡嗪酮杂环，提高了THR-β选择性。值得注意的是，T3和早期类似物在微核试验中呈基因毒性阳性，而resmetirom为阴性——生物电子等排体替换在此同时解决了选择性和安全性问题。 ④ 苯环→哌啶：Leniolisib和Glasdegib Leniolisib（68）是PI3Kδ抑制剂，2023年获批用于APDS。喹唑啉核心被部分饱和为四氢吡啶并嘧啶，显著降低了亲脂性。Glasdegib（69）是Hedgehog通路抑制剂，将中央苯环替换为哌啶，使clogD从4.48降至2.1，游离分数从不足1%提升至10-14%。 五、芳杂环的生物电子等排体：杂环之间的"角色互换" ① 噻唑→噻二唑：Fezolinetant Fezolinetant（73）是NK3受体拮抗剂，2023年获批用于更年期血管舒缩症状。5-未取代噻唑在体内可经环氧化-水解-开环生成反应性代谢物。替换为1,2,4-噻二唑后，hERG抑制降低了10倍以上。 ② 苯并呋喃→吲哚：Alectinib Alectinib（76）是二代ALK抑制剂，2015年首次获批。先导化合物的苯并呋喃替换为吲哚后potency提高17倍。吲哚NH引入了新的氢键供体相互作用，同时氮原子的给电子效应增强了乙烯基酰胺羰基的氢键受体能力。 ③ 氨基吡唑并嘧啶→4-酰胺基-5-氨基吡唑：Zanubrutinib和Pirtobrutinib Ibrutinib（83）是首个共价BTK抑制剂，但其氨基吡唑并嘧啶铰链区结合基团存在脱靶问题。在zanubrutinib（84）的发现中，双环铰链区结合基团被替换为单环的5-氨基吡唑-4-甲酰胺，通过分子内氢键模拟双环系统的氢键模式。Pirtobrutinib（85）则进一步优化，成为非共价可逆BTK抑制剂，为共价BTK抑制剂耐药患者提供了新选择。 六、饱和环的生物电子等排体：从构象控制到代谢阻断 ① 环己烷→双环[3.1.0]己烷：Lenacapavir的另一重优化 在lenacapavir的发现中，先导化合物的吲哚环导致显著的CYP450抑制。研究者最终设计了双环[3.1.0]系统——通过环丙烷化锁定三个亚甲基，并在剩余亚甲基上引入偕二氟，彻底阻断了代谢。共晶结构揭示：四氢吲唑以翻转构象结合，饱和环以半椅构象延伸到一个吲哚无法触及的相邻疏水亚口袋——从构象角度它并非严格的苯环生物电子等排体，而是开拓了新的结合空间。 ② 哌啶→吗啉缩醛：Aprepitant——降低碱性的艺术 Aprepitant（92）是NK1受体拮抗剂，2003年获批用于化疗引起恶心呕吐。先导化合物的哌啶（pKa = 5.3）对L型钙通道有较强亲和力。将哌啶中的CH₂替换为O形成吗啉缩醛（pKa < 3），显著降低了对钙通道的亲和力，口服效力提高了4倍。 ③ 哌啶→四氢吡喃：PF-07220060——tPSA的精妙调控 PF-07220060（93）是选择性CDK4抑制剂，目前处于III期临床。将磺酰胺哌啶替换为四氢吡喃后，tPSA降低了21%，膜渗透性提高了5倍。细胞活性下降幅度远小于生化活性——渗透性的改善部分补偿了potency的损失。 ④ 碳大环→醚大环：Repotrectinib——克服TRK耐药突变 Repotrectinib（96）是二代TRK抑制剂，2023年获批用于NTRK融合阳性实体瘤。将碳大环替换为醚大环后，减少了甲基与溶剂前沿突变残基Arg595的空间位阻。 ⑤ 四氢呋喃→噁唑烷酮：Lamivudine和Emtricitabine——"unnatural构型"的意外惊喜 Lamivudine（99）和emtricitabine（100）是重要的抗HIV核苷类似物。核糖3'位碳原子被替换为硫原子形成噁唑烷酮环，且构型为非天然的L-(-)-对映体。令人意外的是，L-构型抗病毒效力与D-构型相当，但对人线粒体DNA聚合酶的抑制更弱，安全性更好——颠覆了"活性核苷类似物必须为D-构型"的传统认知。 七、结论与展望：生物电子等排体的未来 综述核心启示：这篇66页的Perspective以75个药物案例，系统展示了生物电子等排体策略在解决先导化合物优化中多维度挑战方面的不可替代价值。从1-2个原子的精准替换到杂环骨架的整体跃迁，每一次成功的替换背后都是对分子识别、理化平衡和可开发性的深刻理解。 作者特别指出：生物电子等排体的效果具有强烈的上下文依赖性——同一个替换在不同分子、不同靶点环境中可能产生截然不同的结果。这使得最优生物电子等排体的识别本质上仍然是一个经验性和迭代性的过程。 前沿趋势：GLP-1R口服激动剂中的生物电子等排体 综述最后将目光投向了当前最火热的药物研发领域——口服小分子GLP-1R激动剂。2026年4月，orforglipron（104）获FDA批准，成为首个非肽类口服GLP-1R激动剂。对比orforglipron与竞争对手GSBR-1290（105）和ECC5004（106），可以清晰看到生物电子等排体策略的两大主题： 吲哚/伪环替换 含吲唑 含伪环 含吲唑 氮原子位移 吲哚核心 吲哚核心 吡咯并吡啶骨架 临床阶段 FDA批准（2026.4） II期临床 II期临床 这些差异化的设计选择，正是生物电子等排体策略在当代药物化学中的直接体现——不同的等排体选择带来了不同的分子性质和临床表现。 技术驱动的未来 展望未来，实验和计算技术的进步正在重塑生物电子等排体设计的范式： ·结构生物学：X射线晶体学和冷冻电镜的进步使研究者有信心在蛋白局部环境中应用与结构兼容的生物电子等排体修饰 ·计算工具：匹配分子对分析（MMPA）、基于相似性的片段替换、数据驱动的ADME预测等工具使候选等排体的优先级排序更加系统化 ·人工智能：机器学习和生成模型的引入有望加速等排体的发现和优化过程 但作者也提醒：无论计算工具多么先进，生物电子等排体设计的核心仍然是基于化学直觉的理性推理——这正是成功药物化学家的不可替代之处。 --------------------------------------------------------------------- 文献来源：Wu, Y.-J.; Chmiel, A. F.; Bronson, J. J. Application of Bioisosteres in the Design and Discovery of FDA-Approved Drugs and Advanced Clinical Candidates. J. Med. Chem. 2026, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5c03492 本文基于原文献的解读与评述，详细数据请参阅原文