靶向降解ALK的PROTACs的研发及其体内抗肿瘤活性研究

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间变性淋巴瘤激酶(ALK)是一种受体酪氨酸激酶。ALK及其融合蛋白的过表达常见于各种恶性肿瘤(如非小细胞肺癌、弥漫性大B细胞淋巴瘤等),并且在正常成人组织中很少表达,因此,靶向ALK的治疗成为一种高效低毒的治疗策略。目前,FDA已经批准5种ALK小分子抑制剂用于治疗ALK阳性的非小细胞肺癌,尽管这些ALK抑制剂在临床应用中显示了良好的疗效,但随着时间的推移,耐药性以及脑转移等一系列严峻的挑战依然会出现。靶向蛋白降解技术突破了传统抑制剂必须持续占据蛋白活性位点才能发挥抑制作用的局限性,不易发生耐药性。PROTACs(PROteolysis TArgeting Chimeras,蛋白降解靶向嵌合体)分子是典型的双功能分子,一端是靶向目标蛋白的配体,另一端是结合E3泛素连接酶的配体,中间通过一定长度的Linker连接。这样可以在体内将靶蛋白和E3泛素连接酶拉近,使靶蛋白被泛素标记,然后通过蛋白酶体降解,实现靶标蛋白的翻译后“敲除”。相比于传统的小分子药物,PROTACs 有如下优势:1)可以靶向没有明显“口袋”的蛋白和不可靶向蛋白;2)PROTACs 含两个配体,双向选择,提高药物的选择性,减少了脱靶毒性;3)给药剂量小,循环利用,不易发生耐药。因此,设计靶向降解ALK的PROTACs来解决上述问题具有重要的探索意义。


最近中国药科大学徐进宜教授与徐盛涛副研究员团队在Journal of Medicinal Chemistry 上发表研究成果,他们以两种新型的艾乐替尼衍生物作为靶向ALK的配体,以泊马度胺作为靶向CRBN E3泛素连接酶的配体,设计并探究了具有不同特点的连接链对于降解剂分子作用所产生的影响。同时,在H3112(表达EML4-ALK融合蛋白的非小细胞肺癌细胞)和Karpas 299(表达NPM-ALK融合蛋白的间变性大细胞淋巴瘤细胞)两种细胞上进行了蛋白降解能力以及抗细胞增殖活性的测试评价,最终确定对优选化合物17开展了进一步的深入活性研究。

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图1. 化合物17的研究成果图示


研究发现,优选化合物17在体外与ALK具有较强的结合力,在H3122和Karpas 299细胞系中具有较强的抗增殖活性,且在不表达ALK的细胞系(A549和HFL-1)中不表现出细胞毒性,体现了较好的选择性。进一步的机制研究表明,化合物17是通过募集E3泛素连接酶(CRBN)以及蛋白酶体系统进而介导ALK融合蛋白的降解,且具有浓度和时间依赖性。在此基础上,作者分别选择了大鼠和Karpas 299异种移植瘤小鼠模型开展了药代动力学和在体药效研究,研究结果初步证实了化合物17可以在体内降解ALK,验证了该项研究的设计思想。

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图2. 化合物17的降解机制研究结果


研究发现,在Karpas 299异种移植小鼠模型中,化合物17对肿瘤生长具有较强的抑制作用,其静脉注射(剂量10 mg/kg/d)的抑制率为75.82%,优于口服给药的艾乐替尼(63.82%,20 mg/kg/d),且没有发现明显毒性。此外,化合物17在ALK耐药突变的Ba/F3细胞(L1152R, G1202R, L1196M)中具有一定的抗增殖活性,并且具有较高的激酶选择性。


这些研究结果表明,基于艾乐替尼的PROTACs研究可为ALK靶向治疗开辟新的思路与途径。作者后续将对该类PROTACs进一步展开优化探究,期待发现更有潜力的ALK降解剂能够进入临床。同时,也为研究其它靶点的蛋白降解药物提供了具有价值的参考。

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图3. 化合物17的体内抗肿瘤活性评价与作用机制研究结果


该成果近期发表在Journal of Medicinal Chemistry 上,论文的第一作者为中国药科大学博士研究生谢绍文



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