Abemaciclib

点击蓝字↑，关注我们 药研速览 2025年01月06日 Research Brief ·2025 近日（01.04.2025 Online），香港科技大学黄湧教授&深圳湾实验室陈杰安&蒋晨然&北京大学深圳研究院吴云东团队在国际顶级药物化学期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表了一篇题为“阐明细胞周期蛋白依赖性激酶4、6和9的结合选择性：开发高效且选择性的CDK4/9抑制剂”的研究论文。该研究聚焦于细胞周期依赖性激酶（CDK）家族中的CDK4、CDK6和CDK9，深入剖析了它们的结合选择性机制，并成功开发出一系列高效、高选择性的CDK4/9抑制剂。研究团队巧妙地运用了计算模拟、结构生物学分析以及化学合成等多学科交叉手段，揭示了CDK4与CDK6在αD-螺旋基序上的细微序列差异，为实现CDK4/9的精准靶向提供了关键“位点”。通过引入1,4-反式环己烷二胺侧链，设计出的先导化合物在体外展现出优异的选择性，并在体内药代动力学方面表现出色，为下一代CDK抑制剂的开发提供了宝贵经验和全新思路，有望在克服药物耐药性、增强疗效及降低不良反应等方面发挥重要作用，为肿瘤治疗领域带来新的希望。 图片来源：ACS 01 Background 研究背景 细胞周期依赖性激酶（CDKs）是一类关键酶，属于高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶家族，通过与细胞周期蛋白形成催化活性的异二聚体复合物，调控实体瘤的细胞周期进程，并控制凋亡、分化和增殖等重要过程。其中，CDK4及其近亲CDK6因在细胞周期的G1期和G1/S转换阶段的关键作用而被广泛研究。CDK4/6抑制剂，如帕博西尼、瑞博西尼和阿贝西利，已开发并获批用于癌症治疗。尽管CDK4/6抑制剂显示出治疗潜力，但其狭窄的治疗适应症和获得性耐药的发展令人担忧。最近的研究表明，与CDK4/6双重抑制剂相关的血液毒性可能是由于强烈的CDK6抑制所致。 CDK4/6 抑制剂虽有临床益处，但 CDK4 和 CDK6 对细胞生长的依赖性在不同肿瘤环境中有差异，如乳腺和骨骼谱系肿瘤细胞更依赖 CDK4，血液和淋巴谱系更依赖 CDK6，这凸显了靶向治疗时考虑肿瘤环境的重要性。血液恶性肿瘤中 CDK6 活性相关证据支持其疗效，但血液不良事件发生率与 CDK6 靶向程度有关，帕博西尼和瑞博西尼血液毒性风险高，阿贝西利因对 CDK4 选择性强可连续给药，开发选择性靶向 CDK4 且避开 CDK6 的抑制剂是策略，但面临挑战，因 ATP 结合区保守。联合靶向 CDK9 对接受 CDK4/6 抑制剂治疗的患者有潜在好处，可克服耐药、增强疗效、减少不良事件，Ribociclib已显示出相关能力和耐受性，CDK9 过表达与转移性乳腺癌患者对 CDK4/6 抑制剂耐药有关，开发 CDK4/9 抑制剂有前景。本研究用 MD 模拟揭示Ribociclib与 CDK 结合的分子复杂性，发现关键残基差异可实现 CDK4/9 对 CDK6 的高选择性，设计合成了化合物 1 并详细分析，最终识别出先导化合物 29，为设计更有效的 CDK 抑制剂提供了重要见解。 02 Drug Design 结合模式探究与药物设计 ①计算研究表明，Ribociclib 通过与CDK9不同的结合模式表现出与CDK4/6的强结合 研究团队运用计算模拟方法，结合分子对接、分子动力学（MD）模拟和分子力学/广义Born表面面积（MM/GBSA）分析，深入探究了Ribociclib与CDK4、CDK6和CDK9的结合模式。结果表明，Ribociclib与CDK4/6的结合模式与CDK9存在显著差异。首先，CDK4/6中的His495/His6100残基与Ribociclib的吡啶N原子通过水桥相互作用，而这一水桥在CDK4中更为常见，这可能是已批准抑制剂选择性靶向CDK4和CDK6的原因之一。其次，尽管保守的Asp残基与Ribociclib的相互作用较少，但由于αD-螺旋基序的序列差异，不同CDKs中形成了不同的蛋白质内氢键模式。具体而言，CDK6的αD-螺旋中的两个Thr残基（Thr6106和Thr6107）与Asp6104的侧链O原子形成了稳定的氢键，而CDK4中仅有一个类似的内螺旋氢键，CDK9中则不存在这样的氢键。这些氢键模式的差异使得CDK6的Asp6104侧链更贴近αD-螺旋，从而降低了与配体形成氢键的可能性。这些发现为设计新型选择性CDK4/9抑制剂提供了潜在的靶点和策略。 图片来源：ACS ②化合物1是一种合理设计的分子，可选择性靶向 CDK9，改善结合并减少对 CDK6 的抑制 受到计算模型的启发，研究团队设计了一种名为化合物1的分子，旨在提高对CDK9的结合能力，同时减少对CDK6的抑制。他们将Ribociclib的哌啶吡啶侧链替换为较小的反式1,4-二氨基环己烷基团，从而得到具有改良选择性的新骨架化合物1。通过与三种CDKs进行同样的计算协议，发现化合物1与CDK4/6的结合模式发生了显著变化：与CDK4/6中的His495/His6100的水桥相互作用减弱，与铰链区残基Val496/Val6101的氢键相互作用与Ribociclib相似，但与Cys9106的结合显著增强。此外，CDK6中的D-T-T簇的内螺旋相互作用阻止了化合物1与D-螺旋的紧密结合。进一步的模拟实验表明，CDK6中的Thr6106/Thr6107基序对Asp-配体相互作用起着关键作用，其存在削弱了Asp6104与配体的结合。化合物1的合成和体外激酶抑制活性评估结果证实了其对CDK4和CDK9具有优异的抑制作用，IC50值分别为15 nM和7.7 nM，且对CDK4/6和CDK9/6的选择性分别超过40倍和80倍，对其他CDKs的选择性也超过250倍。 图片来源：ACS ③CDK6和CDK9之间的结构差异有助于增强化合物1对CDK9的效力 为了阐明化合物1对CDK6和CDK9选择性抑制的分子机制，研究团队通过结构生物学方法获得了CDK9和CDK6与化合物1的共晶结构。分析共晶数据发现，化合物1的反式1,4-二氨基环己烷环与CDK9中的Phe9105发生疏水相互作用，且附近的一个环（Gly926-Gly931）充当“门卫”，使Phe930参与与化合物1的反式1,4-环己烷环的疏水相互作用，结合Ile925，这三个疏水残基在口袋出口处形成了一个疏水帽。相比之下，CDK6-化合物1结构中由于“开放的门”环（Glu618-Lys626）以及Tyr624（对应于Phe930）的无序侧链，缺乏这样的疏水帽。虽然CDK6中His6100的咪唑环与化合物1的环己基基团之间的疏水相互作用补偿了Ribociclib与His6100之间的水桥相互作用，但咪唑环中两个氮原子的存在不利于与化合物1形成更强、更广泛的疏水相互作用，从而阻止了疏水帽的形成。这些发现与MD模拟结果一致，表明CDK9中的Ile925和Phe9105与化合物1的结合亲和力比CDK6中的Ile619和His6100更强，导致化合物1在CDK9的结合口袋中比在CDK6中更深。 图片来源：ACS 03 Evaluation 结构修饰与活性评价 先导化合物29对CDK4/9表现出选择性并显示出改善的药代动力学特性 在化合物1展现出对CDK9的选择性抑制后，研究团队进一步探究了其SAR，通过改变化合物1的五个片段（A-E），独立评估每个片段的SAR。合成了一系列类似物，并以MCF-7细胞的细胞毒性GI50值为筛选标准，只有GI50值低于1 μM的分子才被选为进一步测试激酶抑制的候选物。在对区域A和B的影响进行研究后，发现化合物1中的环己烷基团和环戊烷基团对活性至关重要。随后对区域C的酰胺进行生物电子等排替换，并在区域D引入取代基，发现将酰胺替换为硫代酰胺（化合物9）可获得强效的细胞毒性和优异的CDK4/9结合亲和力，同时对CDK6具有高选择性。在区域E的自由NH2基团上引入取代基的研究中，发现引入4-哌啶基的类似物14和15虽然展现出与化合物1相似的激酶抑制和选择性，但细胞毒性仅为中等。而引入4-四氢吡喃基团得到的化合物16，以及在区域E引入较小环或非环碳链的化合物17、19、21和23，均展现出显著的细胞毒性和激酶活性及选择性。特别是化合物23和含有自由羟基的化合物29，不仅在细胞水平展现出优异的活性，还具有良好的酶学特性。在小鼠体内的药代动力学（PK）性质评估中，化合物29相较于化合物1和23，展现出更长的半衰期、更广泛的分布容积、更低的清除率和更高的AUC，因此被选为先导化合物进行进一步开发，其独特的CDK4/9选择性抑制特性，使其在抗癌治疗中具有潜在的差异化优势。 图片来源：ACS 总结 尽管CDK4/6抑制剂最初取得了成功，但CDK靶向治疗仍面临重大挑战，包括血液学毒性和获得性耐药性，这两者可能都与CDK6抑制有关。解决该问题的一种潜在方法是开发能够区分CDK4和CDK6的小分子抑制剂。然而，目前对CDK4和 CDK6之间选择性的分子机制尚不完全清楚。为应对这一挑战，本研究提出一种新方法，即利用分子动力学（MD）和成对能量分解，通过CDK4/6双抑制剂来确定CDK4和CDK6结合位点之间的细微差异。基于计算机模拟结果和结构生物学数据，研究人员开发并合成了一系列对CDK6结合较弱的强效 CDK4/9抑制剂。 研究在区分 CDK6与CDK4和CDK9方面的主要发现涉及 CDK6 中独特的D-T-T基序（Asp104、Thr106 和 Thr107），该基序与CDK4 和CDK9不同，在配体结合中起着关键作用。计算模型和 CDK6 - 化合物1复合物的晶体数据均表明，该基序形成的分子内氢键阻碍了与短尾配体的相互作用。相反，CDK4 和CDK9中的相应基序尽管离配体更远，但更易于与抑制剂形成氢键。 CDK4/6 中的 “守门员” 残基 His 和 CDK6 中独特的D-T-T 模式为合理设计选择性 CDK 抑制剂提供了重要前景。为此，研究人员提出用反式-1,4-二氨基环己烷基团取代ribociclib 中的氨基吡啶侧链，从而发现了化合物1。进一步的生物学实验表明，化合物1对MCF-7细胞具有显著的细胞毒性和对 CDK4/9 的卓越激酶选择性，对 CDK4 的选择性是 CDK6 的 41 倍。 研究人员将计算模拟方法和结构生物学分析相结合的策略指导了化合物1的化学优化，从而鉴定出一系列具有强效细胞毒性和对 CDK4/9 高选择性的类似物。其中，化合物29在体内表现出优异的药代动力学特性，如较长的半衰期、更广泛的分布（Vₛ）、较低的清除率和较高的 AUC，相比其类似物具有优势。与已批准的药物和该类药物中的其他领先药物的双重 CDK4/6 抑制活性不同，化合物29优先抑制CDK4和 CDK9而非CDK6。这种独特的选择性特征表明化合物 29 在各种癌症类型中可能具有不同的治疗潜力，因为其较弱的 CDK6活性可能引发与标准CDK4/6抑制剂不同的生物学效应。 参考来源： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.4c01686 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

Eli Lilly has turned to a biotechnology startup for help building its pipeline of cancer drugs, agreeing on Monday to purchase an experimental cancer drug from privately held Scorpion Therapeutics for as much as $2.5 billion.As part of the deal, Scorpion will spin out a new, independent company that will hold its other assets as well as inherit its employees. Lilly will take a minority stake in the new company, which will be owned by Scorpions current shareholders, among them Atlas Venture, Vida Ventures and Omega Funds.Current Scorpion CEO Adam Friedman will lead the new company along with other members of the startups management.The acquisition hands Lilly a medicine, dubbed STX-678, that is aimed at tumors driven to growth by mutations to a gene called PI3Ka. So-called PI3Ka mutations are among the most common drivers of cancer, affecting more than 160,000 people diagnosed each year with breast, gynecological and head and neck cancers in the U.S., according to Scorpion.A handful of medicines already available, like Novartis Piqray and AstraZenecas Truqap, as well as others in clinical development also target PI3Ka mutations.Scorpion has claimed its drug could be more selective and potent than existing PI3Ka inhibitors, which block normal, or wild-type, PI3Ka and as a result are tough to tolerate. Existing drugs also dont readily reach the brain tissue into which many solid tumors spread. Scorpion says its drug might overcome these limitations and has advanced the treatment into a Phase 1/2 trial in multiple tumor types, among them a common form of breast cancer.Scorpion has been collaborating with Pfizer to study STX-678 together with a so-called CDK4 inhibitor. Lilly sells a drug, called Verzenio, that similarly targets CDK4 alongside a related protein.The deal will expand a cancer drug division Lilly has poured considerable resources into as a complement to its lucrative metabolic disease business. Lilly acquired Loxo Oncology in 2019 and, since then, has used deals to buy into other areas of precision oncology such as radiopharmaceuticals and antibody-drug conjugates.Verzenio, which Lilly discovered and developed internally, has become the top-selling drug of its class, though much of Lillys revenue is derived from its diabetes and weight loss treatments. Lilly also has in its pipeline an internally developed PI3Ka inhibitor thats in Phase 1 testing.Lillys deal with Scorpion adds to an upward trend in private biotech M&A. The increase has coincided with a weakening market for initial public offerings, which as forced many mature startups to explore strategic options.Scorpion was co-founded in 2020 by Gary Glick, who helped the company raise nearly $300 million in venture funding before departingin 2021. Prior to Scorpion, Glick led Lycera, which inked a 2015 deal with Celgene, and IFM Therapeutics, which has spun off multiple companies that were acquired by Bristol Myers Squibb and Novartis.Glicks latest company, Odyssey Therapeutics, is developing treatments for inflammatory diseases. '