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【JMC】基于PROTAC的
NAMPT
降解剂用于阻断
NAMPT
的非酶致癌功能
2024-05-14
·
精准药物
导语图1. 基于PROTAC的NAMPT降解剂可同时阻断iNAMPT和eNAMPT的致癌功能(来源:J. Med. Chem.)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(
Nicotinamide
adenine
dinucleotide, NAD+)是许多酶促反应的辅助因子,也是许多消耗NAD+酶(
Nicotinamide
adenine
dinucleotide, NAD+)的底物。
烟酰胺磷酸核糖基转移酶(NAMPT)
是NAD+主要合成途径的限速酶。为了维持不可控的生长和增殖,
肿瘤
细胞比正常细胞更依赖于NAD+水平,这使得
肿瘤
细胞比正常细胞更容易受到
NAMPT
抑制剂的影响。基于此原理,很多
NAMPT
抑制剂被开发,而且有5个
NAMPT
抑制剂已经进入临床研究。虽然这些化合物在临床前研究中显示出纳摩尔级的细胞毒性,但在临床试验中的抗
肿瘤
效果并不令人满意。此外,还观察到剂量依赖性毒性,如
血小板减少症
。近年来研究表明,
NAMPT
除了以细胞内
NAMPT
(iNAMPT)这种形式存在外,还可以分泌到细胞外(eNAMPT),作为致癌细胞因子。多项研究报道,eNAMPT可以促进
肿瘤
细胞增殖、迁移、血管生成、和
肿瘤
微环境重塑。因此,eNAMPT已成为一个有希望的治疗靶点。传统的NAMPT小分子抑制剂之所以在临床实验中效果不佳,主要有以下几个原因:(1)
NAMPT
抑制剂起初对
NAMPT
的酶活性有很大的抑制作用,但细胞会进行反馈调节,通过合成更多的蛋白质
NAMPT
,导致对抑制剂的高需求。(2)传统的
酶抑制剂
不能拮抗eNAMPT的促
肿瘤
功能。(3)有严重的
血小板减少
副作用。因此,迫切需要或开发具有新颖作用机制(MOA)的化合物。前沿科研成果基于PROTAC的
NAMPT
降解剂用于阻断
NAMPT
的非酶致癌功能2024年4月30号,
广西师范大学
梁宏、刘洋汉团队在Journal of Medicinal Chemistry上发表了题为“Design of FK866-Based Degraders for Blocking the Nonenzymatic Functions of
Nicotinamide
Phosphoribosyltransferase”的文章。在这篇文章里,作者开发了一系列基于FK866的靶向
NAMPT
的PROTACs,并确定了LYP-8是一种有效的
NAMPT
降解剂,它可以同时降低iNAMPT和eNAMPT的表达水平。更重要的是,与临床候选药物
FK866
相比,LYP-8在小鼠中表现出更优越的疗效和安全性。这项研究强调了将PROTACs作为一种优越的策略来同时干扰
NAMPT
的酶促功能(iNAMPT)和
NAMPT
的非酶促功能(eNAMPT)的重要性和可行性,这是传统
NAMPT
抑制剂难以实现的。1、
NAMPT
-PROTAC的合理设计作者选用抑制剂FK866为
NAMPT
配体。分析FK866和
NAMPT
的共晶结构可知:苯环处于溶剂暴露区域(图2A),可以作为Linker连接合适的位点。E3连接酶的配体选用了CRBN配体(
Pomalidomide
或
Lenalidomide
)和
VHL
配体(VHL032)。通过优化不同Linker基团和E3 配体的组合,设计合成了一系列靶向降解
NAMPT
的PROTACs(如图2B-C所示)。图2.
NAMPT
-PROTAC的合理设计(来源:J. Med. Chem.)2、
NAMPT
-PROTAC的构效关系研究。作者共设计合成了37个NAMPT-PROTAC分子。系统研究了linker的长度,linker的种类(烷烃、PEG、含三氮唑、水溶性的构象限制环状),以及不同的E3配体的组合,对NAMPT-PROTAC降解活性的影响。随后作者在SKOV-3细胞中评估了所合成化合物对NAMPT的降解效率,结果表明这些化合物展现出不同的降解特征,具有明显的SAR。其中D-30(LYP-8)和D31(LYP-11)的降解效率最优,在0.5 μM浓度下,对iNAMPT的降解率分别达到了97%和95%。3、优选化合物LYP-8和LYP-11的浓度依赖降解和时间依赖降解。鉴于LYP-8和LYP-11在初步Western blotting筛选中展现出来的优秀的降解能力,作者进一步对其进行了广泛的生物学评价。首先是在多种细胞系中进行了浓度依赖的降解实验。LYP-8在SKOV- 3、MKN-45和CT-26细胞中的DC50值分别为26、6.8和520 nM(图3A−C)。LYP-11在SKOV-3、MKN-45和
CT-26
细胞中表现出等效的iNAMPT降解,DC50值分别为25、6.4和920 nM。这两种化合物都表现出优于阳性对照A7的效果。然后又做了时间依赖的降解实验,表明LYP-8和LYP-11对NAMPT的降解是时间依赖的,在50 nM浓度下,2小时的时候就观察到了降解,在24小时内实现了完全的降解。图3. 优选化合物LYP-8和LYP-11的对NAMPT的浓度依赖和时间依赖降解(来源:J. Med. Chem.)4、优选化合物LYP-8和LYP-11的降解机制及对eNAMPT的降解。此外,作者还验证了LYP-8和LYP-11降解
NAMPT
是依赖于
VHL
以及蛋白酶体的,即LYP-8和LYP-11通过与
NAMPT
和
VHL
形成三元复合物而诱导
NAMPT
降解(图4A−C)。考虑到NAMPT是NAD+合成过程的限速酶,作者在SKOV-3细胞中评价了LYP-8和LYP-11对NAD+水平的影响。结果表明,100 nM LYP-8和LYP-11就能显著抑制NAD+水平,其抑制效果与FK866基本相当(图4D−F)。鉴于eNAMPT在
肿瘤
发展多种阶段均发挥了重要功能。作者进一步通过免疫印迹分析评估分泌的eNAMPT水平,在LYP-8处理后eNAMPT显著下降,而FK866处理后,两种细胞系中eNAMPT的表达略有增加而非减少(图4G)。图4. 优选化合物LYP-8和LYP-11的降解机制和对eNAMPT的降解(来源:J. Med. Chem.)5、优选化合物LYP-8的药代动力学评价。作者在大鼠体内对LYP-8进行了PK研究。PK数据(图5)显示其Cmax为147.3 ng mL-1, Tmax为1小时。曲线下面积AUC为919 ng/mL。它具有良好的体积分布(Vz/F = 483.42 L kg-1)和22小时的消除半衰期(T1/2)。值得注意的是,
FK866
的半衰期(T1/2)约为20分钟。PK研究表明LYP-8是一种适合体内研究的化合物。图5. 优选化合物LYP-8的药代动力学参数(来源:J. Med. Chem.)6、优选化合物LYP-8的体内抗
肿瘤
活性和安全性评价鉴于eNAMPT在诱导免疫抑制微环境中起着重要作用,因此需要在具有完整免疫系统的小鼠模型中测试化合物。因此,作者利用
CT-26
荷瘤免疫小鼠模型来评估LYP-8的体内治疗潜力。
FK866
用做阳性对照。结果表明,相比于对照组,LYP-8能够显著抑制
肿瘤
体积的增长(图5A)。而且LYP-8在体内也实现了对NAMPT的降解(图5B)。接下来,作者评估了药物治疗小鼠的
炎症
反应。LYP-8治疗的小鼠显示出较低的促炎细胞因子表达,如
白细胞介素-6(IL-6)
和
肿瘤坏死因子-α
,
TNF-α
(图5E)。综上所述表明LYP-8在体内安全有效。图6. 优选化合物LYP-8的体内安全性、有效性评价(来源:J. Med. Chem.)总结总的来说,作者开发了一系列靶向
NAMPT
的降解剂,其中
RP
OTAC LYP-8综合表现最优。该化合物能够通过PROTAC的作用模式实现对iNAMPT的降解,从而进一步阻断eNAMPT的非酶依赖的致癌功能。而且和已经处于临床二期研究的
NAMPT
抑制剂FK866相比,LYP-8在体内显示出更有效的
肿瘤
抑制能力、更好的安全性以及更优秀的药代动力学性质。该研究提供了一种可同时阻断iNAMPT和eNAMPT致癌功能的策略,也进一步体现了PROTAC在靶向癌蛋白非酶依赖的致癌功能的优势。作者简介刘洋汉,2009年本科毕业于
四川大学
。2014年获
中国科学院大学
药物化学博士学位。2016年8月至2020年7月在美国密歇根大学安娜堡分校药学院做博士后,合作导师是Nouri Neamati教授,现任J. Med. Chem.的副主编。2020年9月入职
广西师范大学
化学与药学学院。自独立工作以来,近三年(2022-present)已经以通讯作者或第一作者在J. Med. Chem., Eur. J. Med. Chem.等期刊上发表了五篇论文。国家自然科学基金委化学部通讯评审专家。先后获得五项国家级和省级基金项目资助。主要从事“活性先导化合物的发现与结构优化”的药物化学研究。以“基于生物靶点关键氨基酸的合理药物设计”为技术手段,设计合成了多种小分子抑制剂和降解剂。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↓
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