近期《Nature Reviews Drug Discovery》发表综述,系统梳理小分子激酶调节剂的现代设计策略,对比正构抑制、别构调节、分子诱导接近三大核心技术,全面分析三类策略的机制、优势、局限、耐药、临床案例与未来方向。一、激酶药物发现的现状与挑战
激酶规模:人类激酶组包含约500种激酶(Manning et al., 2002),占人类基因的2%,调控约30%蛋白质组的磷酸化。
临床成就:截至2025年12月,FDA已批准100种小分子激酶抑制剂(全球超过130种),每年新增约5-10种(Roskoski, 2025;Mullard, 2025)。
未满足需求:尽管成功,大量疾病相关激酶(尤其假激酶、支架蛋白)仍难以靶向。
三大挑战:
选择性:ATP结合口袋高度保守,传统抑制剂易脱靶。
非催化功能:许多激酶通过支架或结构作用驱动疾病(如HER3、NEK7、IRAK4),ATP抑制剂无法阻断。
耐药性:靶向突变、旁路激活、谱系转化导致疗效衰减。二、激酶分类(Kinase classification)2.1 基于底物类型
蛋白激酶(Ser/Thr、Tyr、双特异性、非典型)
脂质激酶(PI3K、PIKfyve等)
碳水化合物激酶
其他小分子激酶2.2 基于序列进化(人类激酶组八大分支)
AGC、CAMK、CK1、CMGC、STE、TK、TKL、RGC。结构上,所有激酶共享一个双叶催化结构域,包含:
N叶:β-折叠 + C-螺旋(αC-helix)
C叶:α-螺旋丰富,含活化环(activation loop)和DFG基序(Asp-Phe-Gly)2.3 基于功能分类
临床获批的激酶抑制剂时间线三、激酶正构抑制剂(Orthosteric inhibitors)3.1 机制与结构基础
结合在ATP结合口袋,与ATP竞争,阻断磷酸转移。
典型的氢键与铰链区(hinge region)残基相互作用。
代表性药物:伊马替尼、吉非替尼、奥希替尼、palbociclib、ibrutinib等。3.2 实现选择性的工程策略3.2.1 利用守门员残基(gatekeeper)
激酶ATP口袋后部有一个保守残基,大小不同(小如Thr,大如Met)。
设计抑制剂适应小门残基而排斥大门残基可获得选择性。
经典应用:化学遗传学方法(Bishop et al., 2000)通过突变守门员创造“激酶敏感等位基因”。3.2.2 构象偏好
伊马替尼:结合“DFG-out”非活性构象,打开一个疏水后口袋。只有ABL、KIT、PDGFR等少数激酶能稳定采用此构象,因此伊马替尼选择性高(Schindler et al., 2000)。
结合动力学:两步骤诱导契合(induced-fit),解离慢(off-rate低),延长停留时间。3.2.3 共价抑制剂
机制:可逆识别 + 共价键形成(如丙烯酰胺与半胱氨酸反应)。
第一代BTK抑制剂伊布替尼:靶向Cys481,但也会抑制TEC家族(ITK、TEC)和部分EGFR家族,导致脱靶毒性。
第二代:阿卡替尼(acalabrutinib)使用反应性较低的丁炔酰胺,提高选择性。
耐药:C481S突变废除共价结合,催生非共价BTK抑制剂(如pirtobrutinib)。
高选择性案例:lirafugratinib (RLY-4008) 通过长时程分子动力学模拟发现FGFR1与FGFR2的P-loop动态差异,设计共价靶向FGFR2的Cys491,对FGFR1和FGFR4分别实现250倍和5000倍选择性(Schönherr et al., 2024; Subbiah et al., 2023)。
3.3 正构抑制剂的局限性
占有率驱动药理学:需持续高浓度维持抑制,停药后功能恢复。
临床要求:通常需>90%的靶点抑制(BRAF、BTK、EGFR等),导致高剂量和毒性。
共价抑制剂可延长停留时间,但新蛋白合成后需重新结合。
无法靶向非催化功能:
HER3(假激酶):作为EGFR的二聚化伙伴和底物,驱动耐药,抑制EGFR激酶活性不阻断HER3的支架功能(Sergina et al., 2007)。
NEK7:无激酶活性,作为NLRP3炎症小体组装支架,ATP抑制剂无效。
IRAK4:在Mydosome复合物中发挥支架作用,ATP抑制剂仅部分抑制通路。
耐药突变:
守门员突变:EGFR T790M(对吉非替尼耐药)、ABL T315I(对伊马替尼耐药)
溶剂前沿突变:ALK G1202R(对克唑替尼耐药)
P-loop突变:ABL G250E、Y253H
活化环突变:FLT3 D835Y
铰链区突变:ABL F317L
αC-螺旋突变:ALK F1174L
半胱氨酸突变:BTK C481S(共价抑制剂耐药)
靶向激酶的临床正构、变构及分子胶实例四、变构激酶调节剂(Allosteric modulators)4.1 定义与优势
结合于ATP口袋以外的位点(调控域、自抑制位点、蛋白-蛋白界面)
优势:更高选择性、可靶向非催化功能、可能绕过ATP位点耐药突变、减少脱靶毒性。
限制:最大效应(Emax)可能有限(天花板效应),部分变构调节剂曝光-响应平坦。4.2 代表性案例4.2.1 曲美替尼(Trametinib,MEK1/2变构抑制剂)
结合于MEK活化环附近的变构口袋,锁定非活性构态。
与支架蛋白KSR1形成复合物时,药物停留时间显著延长(Gilmartin et al., 2011)。
已获批用于BRAF突变黑色素瘤等。4.2.2 阿西米尼(Asciminib,ABL变构抑制剂)
结合于ABL的肉豆蔻酰口袋(myristoyl pocket),稳定非活性构型。
对T315I“守门员”突变有效,可克服ATP位点抑制剂(伊马替尼、达沙替尼等)耐药。
2021年获FDA批准用于CML(Wylie et al., 2017; Yeung et al., 2022)。4.2.3 雷帕霉素(Rapamycin)——变构与分子胶的交叉
结合FKBP12,形成的复合物再结合mTOR的FRB结构域,变构抑制mTORC1。
不抑制mTORC2,选择性独特(Saxton & Sabatini, 2017)。
既是变构抑制剂,也是原型分子胶。4.2.4 共价变构抑制剂
案例:AKT1(E17K)选择性抑制剂(Craven et al., 2025)。
E17K突变在PH结构域,破坏自抑制构象。
水杨醛衍生物与AKT1(E17K)形成共价键并螯合锌离子,实现对突变体的选择性抑制,避免对AKT2抑制所致高血糖。4.3 变构位点的发现方法
片段筛选:NMR、晶体学(Ludlow et al., 2015)
ATP位点掩蔽下的文库筛选:DEL、HTS(Iqbal et al., 2025)
共价/化学蛋白质组学(Backus et al., 2016; Ostrem et al., 2013)
生物物理:氢氘交换质谱(HDX)、LiP-MS、DSF(Krishnamurthy et al., 2025)
计算预测:PocketMiner(Meller et al., 2023)等深度学习工具。五、诱导临近策略(Induced proximity)5.1 基本原理
利用小分子强制拉近靶蛋白与效应蛋白,产生药理后果。
效应蛋白可以是E3泛素连接酶(降解)、磷酸酶(失活)、激酶(修饰)、支架蛋白(隔离)等。
历史原型:雷帕霉素(FKBP12→mTOR)、环孢素(cyclophilin→calcineurin)。5.2 诱导临近相比正构抑制的优势
选择性更高:利用非保守口袋或复合表面。
可靶向支架和非催化功能:降解可彻底消除支架功能。
事件驱动药理学:短暂结合即可持续效应(降解后需新蛋白合成恢复),允许间歇给药。
克服结合位点突变:降解绕过突变;RIPTAC可绕过ATP位点突变。
可靶向无口袋蛋白:分子胶通过复合表面识别新底物。
实现不同功能:招募不同效应酶实现降解、磷酸化、乙酰化等。六、蛋白降解靶向嵌合体(PROTACs)6.1 机制
同时结合靶蛋白和E3连接酶(常用CRBN或VHL),诱导泛素化及蛋白酶体降解。
催化型工作:一个降解剂分子可降解多个靶蛋白。6.2 BTK降解剂
关键数据:对C481S突变BTK有效,克服伊布替尼耐药;Nurix的NX-5948在CLL中显示快速持久缓解(Omer et al., 2025)。6.3 IRAK4降解剂(KT-474 / KT-485)
背景:IRAK4在Mydosome中发挥支架功能,ATP抑制剂(如zimilovseritib)在化脓性汗腺炎和类风湿关节炎中疗效有限(Kimball et al., 2024)。
KT-474:CRBN招募PROTAC,在外周血单核细胞中实现>90%降解,在病变皮肤中几乎完全消除IRAK4,抑制IL-6等细胞因子(Ackerman et al., 2023)。
临床:在化脓性汗腺炎中减少炎性病变,耐受良好。2025年Sanofi决定以下一代KT-485替代,预计2026年进入临床。
意义:可能成为首个在免疫领域取得概念验证的PROTAC。6.4 BRAF(V600E)降解剂(CFT1946)
靶向BRAF(V600E/K),克服二聚化和剪接变异导致的耐药。
2023年进入临床I期,部分缓解数据(Vieito et al., 2024)。
2025年5月C4 Therapeutics因战略调整终止开发,寻求合作伙伴。6.5 EGFR降解剂(CFT8919)
靶向L858R及C797S耐药突变(奥希替尼耐药)。
临床前对T790M/C797S双突变有效。2023年进入临床,通过授权合作在China开发。6.6 挑战与考量
靶点安全性:降解彻底消除蛋白,可能较抑制剂有更大毒性风险(如WEE1必需基因)。
理化性质:PROTAC分子量大(~800-1200 Da),需优化口服吸收和渗透性(Hornberger & Araujo, 2023)。
耐药:可通过E3连接酶下调、蛋白酶体饱和、degron突变等产生。
激酶PROTACs及分子胶降解剂的实例七、分子胶降解剂(Molecular glue degraders)7.1 机制
单价小分子(通常结合E3连接酶CRBN),重塑其表面,使其识别并降解新底物(neosubstrate)。
经典案例:沙利度胺及其类似物(来那度胺、泊马度胺)降解IKZF1/3,治疗多发性骨髓瘤。7.2 CRBN谷酰亚胺类分子胶的底物识别规律
G-loop degron:激酶N端β-发夹结构中的特定序列(如CK1α、WEE1、NEK7)。
亦有非G-loop degron(如ALK依赖D1389)。
内源性底物:C-末端环状酰亚胺(Asn/Gln自发环化),提示CRBN可能参与清除受损蛋白(Xu et al., 2025)。7.3 代表性案例7.3.1 CK1α降解剂:CC-91633 / BMS-986397(图4d)
来那度胺可降解CK1α但伴随IKZF1/3降解。
CC-91633:选择性降解CK1α(通过G-loop),避免IKZF1/3降解,在del(5q) MDS和AML中稳定p53,诱导凋亡(Mortensen et al., 2024)。
临床I期初步耐受良好。7.3.2 WEE1降解剂:BMS-986463
WEE1是G2/M检查点关键激酶,ATP抑制剂(如AZD1775)因毒性和耐药受限。
BMS-986463通过CRBN识别WEE1 G-loop,降解程度深于抑制,实现更持久肿瘤消退(Riggs et al., 2025)。
2024年进入临床I期(NCT06476808)。7.3.3 NEK7降解剂:MRT-8102
NEK7是假激酶,作为NLRP3炎症小体支架蛋白,无激酶活性。
MRT-8102(Monte Rosa):口服生物利用度,在人和小鼠巨噬细胞中降解NEK7,抑制IL-1β/IL-18释放(Wible et al., 2025)。
2025年进入临床I期(NCT07119125),但NEK7在灵长类中可能非必需,疗效可能依赖上下文。7.3.4 ALK降解剂:CM-701 / CM-486
靶向ALK融合蛋白,包括G1202R、L1196M等耐药突变。
识别非G-loop degron(D1389关键),突变该残基则降解消除。
CM-486具脑穿透性,用于CNS转移(Wang et al., 2025 AACR)。7.3.5 CDK2降解剂:MRT-51443等
CDK4/6抑制剂耐药常伴随cyclin E–CDK2激活。
MRT-51443:高选择性降解CDK2,与CDK4/6抑制剂+氟维司群协同,在ER+乳腺癌模型中诱导肿瘤退缩而非仅稳定(Gkountela et al., 2025 AACR)。
采用非G-loop的新degron界面。7.3.6 Cyclin K降解剂 → CT-7439 (samuraiciclib)
(R)-CR8:意外发现其结合CDK12并招募DDB1-CUL4复合物,导致cyclin K降解(Slabicki et al., 2020)。
CT-7439(Carrick Therapeutics):临床期分子,兼具CDK12抑制与cyclin K降解,下调DNA损伤应答基因,与PARP抑制剂协同(Bahl et al., 2025)。2023年IND获批,2024年进入临床I期。7.4 降解剂临床进展总结
BTK:多个PROTAC进入临床,BGB-16673进入III期
IRAK4:KT-474完成I期,升级至KT-485
CK1α、WEE1、NEK7、CDK2、cyclin K:分子胶降解剂处于I/II期
BRAF(V600E)降解剂终止开发;EGFR降解剂仍在早期
异二价与单价邻近诱导调节剂八、非降解性诱导临近策略8.1 雷帕霉素范式拓展:RapaLink-1 和 RapaBlock
背景:雷帕霉素选择性抑制mTORC1,但临床上对肿瘤效力不足。
RapaLink-1:双功能分子(分子量~1800 Da),包含:
mTOR ATP竞争性抑制剂(如INK128)
雷帕霉素类似物(结合FKBP12)
连接两个配体,同时占据ATP位点和FKBP12-FRB位点。
效果:停留时间显著延长,在胶质母细胞瘤模型中诱导肿瘤退缩(而传统抑制剂仅停滞)(Rodrik-Outmezguine et al., 2016; Zhang et al., 2022)。
RapaBlock:一个不能穿过血脑屏障的FKBP12配体。
在外周组织中占据FKBP12,阻止RapaLink-1锚定,减少全身毒性。
在脑内,RapaBlock无法进入,RapaLink-1仍可结合FKBP12,实现脑组织选择性mTOR抑制。
临床前模型中,RapaLink-1 + RapaBlock组合在有效抑制脑内肿瘤的同时,减轻外周mTOR抑制相关毒性(高血糖、免疫抑制等)。8.2 RIPTACs(Regulated Induced Proximity Targeting Chimeras)
原理:异双功能分子,一端结合肿瘤富集抗原(如突变p53、AR、HER2等),另一端结合必需蛋白(如PLK1、BRD4、CDKs等)。只有在肿瘤细胞中(靶蛋白高表达时)形成三元复合物,抑制必需蛋白,导致肿瘤细胞死亡;正常细胞因靶蛋白低表达而豁免。
类比:类似“细胞内抗体药物偶联物”。必需蛋白扮演“有效载荷”角色。
关键要求:肿瘤细胞中靶蛋白丰度需远超必需蛋白,确保选择性。
概念验证:
FKBP配体 + CDK抑制剂:在工程化表达FKBP12的细胞中实现约1000倍选择性杀伤(Raina et al., 2024)。
p53-01:结合突变p53(Y220C)的小分子与PLK1抑制剂偶联,在p53突变细胞中富集毒性(Sadagopan et al., 2025)。
HLD-0915(Halda Therapeutics):口服、靶向雄激素受体和BRD4的RIPTAC,在临床I期转移性去势抵抗前列腺癌患者中显示初步抗肿瘤活性(Hahn et al., 2025)。
耐药潜在机制:肿瘤抗原丢失或下调、必需蛋白突变或过表达、复合物形成所需化学计量失衡。
诱导邻近激酶调节剂的典型实例九、耐药性:所有模态的共同挑战9.1 以EGFR为范例的三种耐药类型
靶向突变:
第一/二代抑制剂(吉非替尼)→ T790M(守门员)
第三代(奥希替尼)→ C797S(共价结合失)
第四代抑制剂需应对双突变等复杂情况。
旁路信号激活:MET扩增、HER2/AXL激活、KRAS/BRAF突变。
谱系可塑性:EGFR突变肺腺癌转化为小细胞肺癌(SCLC),丧失EGFR依赖性(Marcoux et al., 2019)。9.2 不同模态的耐药特征
9.3 选择性 vs. 多药理学
历史上广谱激酶抑制剂(如索拉非尼、舒尼替尼)通过多靶点获得临床成功。
但无指导的广谱性增加风险(脱靶毒性、PK/PD复杂)。
推荐方法:明确最小必要靶点集,优先使用高选择性药物的合理组合,而非单分子多靶点(如BRAFi + EGFR抗体用于BRAF突变结直肠癌,CDK4/6i + 内分泌治疗用于乳腺癌)。十、未来方向10.1 扩展可药激酶组
当前100种抑制剂主要靶向TK、AGC、CMGC、CK1、TKL等少数家族,大量“暗激酶”无合适化学探针。
假激酶(如HER3、NEK7、MLKL)已通过诱导临近策略开始变得可药。10.2 激酶激活剂(Kinase activators)
激活有益激酶(如AMPK用于代谢疾病、Parkin用于神经保护)。
直接AMPK激活剂PXL770已进入II期临床(Cusi et al., 2021)。
仍需更多真正直接、选择性的激酶激活剂。10.3 生物分子凝聚体与“相感知”药物
激酶常在液-液相分离凝聚体中信号转导,影响底物选择性、催化速率和药物可及性(Sang et al., 2022)。
凝聚体可改变药物局部浓度、屏蔽活性位点。
未来可设计“相感知”分子,在特定凝聚体中富集或发挥作用。10.4 多模态融合与组合疗法
双功能分子:抑制+降解(如部分BTK降解剂仍保留抑制活性)
条件依赖性切换:某些分子胶在高浓度下可能同时抑制其他激酶
组合:
正构抑制剂 + 变构抑制剂(如ABL抑制剂 + asciminib)
抑制剂 + 降解剂(如CDK4/6抑制剂 + CDK2降解剂)
RIPTAC + 免疫检查点抑制剂(协同增强抗肿瘤免疫)
激酶药物研发的前沿机遇:研究人员已发现针对多种类别激酶的选择性小分子调节剂,这些激酶包括“暗激酶组”中的成员,以及那些化学调节剂仍难以鉴定的激酶(例如许多肿瘤抑制性激酶)。未来研发方向还包括新型邻近诱导剂、突变选择性抑制剂,以及克服耐药性的策略——这些策略适用于药理学已明确作用靶点及已用药治疗的激酶组。下图展示了美国食品药品监督管理局(FDA)批准的针对所列激酶家族及靶点的药物数量(数据截至2025年12月)。十一、结论
激酶药物发现正在从“靶向哪个激酶”转向“如何最佳调节它”。
正构抑制剂仍是基石,但受限于选择性、非催化功能和耐药。
变构调节剂提供更高选择性和绕过ATP位点突变的能力。
诱导临近策略(降解剂、分子胶、RIPTAC)彻底改变了药理学范式,实现事件驱动、催化型、可编程的功能干预。
耐药是所有模态的共同挑战,需要通过模态选择、合理组合和动态监测来管理。
未来10年,激酶药物将更加精确、条件依赖、多功能集成,有望覆盖更广泛的疾病(癌症、免疫、神经、代谢)。
https://doi.org/10.1038/s41573-026-01411-9