基于新型“共价-变构抑制策略”的MEK激酶抑制剂的设计与评价

The development of precise and efficient regulatory strategies for specific drug targets has always been one of the core scientific issues in the field of pharmaceutical sciences. The covalent targeting strategy is rapidly gaining acceptance as a valuable tool in drug discovery, which has unique therapeutic values and application advantages. The vast majority of covalent inhibitors to date have been rationally designed to target a nucleophilic cysteine residue in close proximity to the ligand binding site. Unfortunately, the low abundance of cysteine residues proximal to druggable binding sites limits the applicability and diversity of this strategy. To circumvent this limitation, other nucleophilic residues, such as lysine, serine, tyrosine, threonine, aspartate, and glutamate, have been targeted. .Based on previous research results, our current research is intended to design and synthesize novel Lys-covalent MEK inhibitors based on covalent-allostric inhibition strategy. Based on precision drug design strategy, our study will focus on modification of the lead compounds by targeting the lysine residue which in the allosteric site of MEK1/2. Then the intrinsic reactivity profile of electrophilic compounds will be evaluated and analyzed based on the structure-activity relationship data. Furthermore, the antitumor efficacy and therapeutic potential of the active compounds will be assessed. Together, we aim to discovery promising Lys-covalent compounds with good antitumor activities and drug-likenesses after multiple rounds of structure optimization and lay the foundation for the next generation of MEK1/2 inhibitors.

针对特定药物靶标发展精准高效的调控策略是药物化学领域的核心科学问题之一。基于共价靶向策略发展的共价药物和抑制剂具有其独特的治疗价值和应用优势，但现有共价抑制剂的靶向对象主要为靶标半胱氨酸残基，限制了该策略的普适性运用。因此针对半胱氨酸之外的其它氨基酸开展共价抑制剂的设计及评价研究将有望进一步拓展共价靶向策略的概念内涵和应用范围，产生新型共价抑制剂类药物。.本研究将以靶向赖氨酸残基的共价抑制剂设计为研究核心，融合共价抑制与变构抑制策略的各自优势，发展靶向激酶赖氨酸残基的新型共价-变构抑制策略。研究将基于靶标结构进行合理设计，合成靶向MEK1/2激酶变构位点赖氨酸残基的共价-变构抑制剂；经活性筛选和构效关系研究，探索发现可与靶标赖氨酸残基发生特异性结合的反应基团并对其反应性质与规律进行深入研究；经多轮结构修饰后，期望能发现活性优良的抗肿瘤先导化合物，为发现新一代MEK激酶抑制剂类药物奠定基础。

黑色素瘤是发生于表皮基底层的黑色素细胞的一种肿瘤，因其转移性高、具有疾病进展快，预后差等特点，皮肤黑色素瘤是致死性最高的皮肤癌症。MEK1/2作为RAS/RAF/MEK/ERK信号通路中的关键节点蛋白，是治疗黑色素瘤的重要靶标，以MEK1/2抑制剂为代表的分子靶向药物大大提高了黑色素瘤治疗的响应率和疗效。但受限于MEK1/2抑制剂机制相关毒性，发现发展更安全的MEK抑制剂也向研究人员提出了更高的要求，对于发现治疗恶性肿瘤的药物具有重要意义。.先导化合物 Mirdametinib是一种高活性的MEK1/2选择性变构抑制剂，其不良的全身分布性质导致其副作用的发生，限制了该化合物的进一步临床应用研究。光控活化策略以光作为激活化合物活性的外源手段，具有良好的时间和空间分辨性质。我们认为光控活化策略可能会为该类化合物提供活性可控、安全高效的给药形式，光控MEK1/2激酶抑制剂可能将为体表/腔道疾病的治疗提供新的可能性。基于此，我们期望能利用光活化策略，通过向现有MEK1/2激酶结构中引入光裂解基团，发展一系列光活化MEK1/2激酶抑制剂，其在非激活状态下，具有较低的抑制活性，当在目标病灶部位进行光照，抑制剂受激发发生裂解，释放出活性激酶抑制剂，从而实现在局部发挥活性的作用。.本研究利用基于结构的药物设计方法，针对MEK1/2蛋白结构特征，设计、合成新结构光活化MEK1/2激酶抑制剂并对其生物活性和功能进行研究。我们在原型化合物mirdametinib的基础上，利用光控策略，设计了一类光控-变构MEK激酶抑制剂，是目前已知首例光活化变构激酶抑制剂，在酶水平、细胞水平、动物水平评价了该化合物，证明了设计策略，进一步评价了其成药性并将该设计策略应用于MEK探针分子设计。本研究进一步拓展了光活化策略的研究范围和深度，为未来光活化抑制剂及药物分子的设计与进一步优化研究提供了指导。此外可供共价抑制剂激酶氨基酸生物信息学分析研究也已完成阶段性研究成果，将为基于结构的共价抑制剂/药物设计提供重要的支撑和指导作用。