应用高场核磁共振仪器针对胃肠间质瘤的抗耐药性新型抑制剂的发现及其功能机制研究

Gastrointestinal stromal tumors(GIST) are the most common mesenchymal malignancies of the gastrointestinal tract and are characterized by the presence of constitutively activated proto-oncogene c-KIT. Despite of the successful launch of targeted therapies designating c-Kit kinase such as ATP competitive inhibitors Imatinib and Sunitinib, drug induced acquired resistance frequently occurred exemplified as the secondary mutations in c-KIT such as T670I, V654A and D816H/V. This greatly limits the drug application time and represented as an urgently unmet medical need for GIST. The development of combination therapies for cancer has a long and distinguished history but has an active resurgence in the recently years due to the efficacy for overcoming the target therapy’s drug resistance. Based on currently well established NMR dependent drug screening and design facilities and platforms in Chinese Academy of Sciences High Magnetic Field Laboratory (HMFL, CAS), We propose to use NMR associated drug screening techniques such as DOSY, STD,NOSEY, TROSEY with SBDD(structure based drug design) and FBDD(fragment based drug design) approach to develop c-kit kinase allosteric inhibitor, which theoretically bears more anti-secondary mutation induced drug resistance potential due to the less evolutionary selection pressure in the un-conserved binding region. Meanwhile, with these tool compounds we will study the structural molecule mechanism for allosteric binding . Foremost, we will detect the anti-cancer activities of the new tool compounds and conduct the combination studies with cKit gene promoter G-quardruplex ligand to interpret the anti-tumor growth mechanism from the signaling transduction pathway and genetic point of view. We hope this will provide the proof of principle for developing new types of anti-GIST therapies designating overcoming the drug resistance.

本申请针对大科学装置联合基金“重点支持项目”（7）基于强场磁共振谱学与成像的生命活动相关机制研究“一项提出依托强磁场科学中心的600 MHz NMR 利用DOSY，STD以及横向弛豫技术针对胃肠间质瘤的原癌蛋白c-KIT激酶的变构抑制剂；依托只有高场核磁（850MHz)才能提供的高原子分辨率利用NOESY/ROSEY技术探究c-KIT 激酶蛋白（>70kD)与变构抑制剂相互作用的分子层次结构机制； 依托动物／装置一体化的9.4T MRI 设施所能提供的高清晰度影像快速准确的动态监测变构抑制剂以及基因层次上的cKIT基因启动子区域的G-四链体的活性配体分别以及联合用药在动物体内瘤模型上的抗耐药性作用效果；力图通过本项目的实施建立健全一整套使用高场核磁共振技术进行变构抑制剂开发的实验方法和检测体系，从结构生物学和信号通路的角度探讨和验证新型药物探针抗耐药性的功能机制。

胃肠间质瘤（GISTs）的发生主要与c-KIT基因突变导致的酪氨酸激酶持续活化使突变细胞增殖失控有关。随着小分子靶向药物Imatinib和Sunitinib等在临床上的广泛使用，其耐药性的问题也随之而来，因此研发能够克服c-KIT激酶耐药突变的新型药物成为亟需解决的问题。本项目针对这些问题研发新型作用机制的选择性抑制剂，同时利用c-KIT基因启动子中可以被作为药物靶点的G-四链体的特点，开发G-四链体的活性配体从而在基因和蛋白层次上共同作用来克服耐药问题。我们利用核磁共振高通量药物筛选的方法，筛选、设计了一系列靶向c-KIT基因启动子G-四链体的高活性小分子配体，结果表明吲哚啉酮类、邻菲啰啉衍生物类、IMT类配体分子能够高活性、高选择性的作用于c-KIT基因启动子G-四链体，并且进一步明确了上述小分子配体的结构性作用机理。针对c-KIT激酶抑制剂的研究，我们首先建立健全了在细胞层次上的高通量高内涵药物研究平台、蛋白层次上的高通量液体核磁筛选平台以及计算机虚拟高通量药物研究平台，并发展了高选择性高活性的第一代II型cKIT野生型激酶抑制剂 CHMFL-KIT-110、能够克服c-KIT T670I耐药突变的第二代II型激酶抑制剂 CHMFL-KIT-8140，以及能够在c-KIT野生型与突变型之间取得选择性的第三代激酶抑制剂 CHMFL-KIT-033/284。这些化合物的发现和相关作用机制研究为新型c-KIT激酶抑制剂的研发建立了一套实验方法和检测体系、奠定了理论基础，同时为胃肠间质瘤的临床治疗提供了新的靶向药物的选择。在此研究过程中，我们还发现了与c-KIT激酶结构非常相近的ABL、FLT3等激酶的多个新型抑制剂，包括针对ABL与c-KIT激酶的双靶点抑制剂 CHMFL-ABL/KIT-155、选择性抑制ABL激酶的II型抑制剂CHMFL-ABL-053及II型FLT3激酶抑制剂 CHMFL-FLT3-122/213等。其中CHMFL-FLT3-122获得了国家药品监督管理局的临床试验批件（批件号：2018L02642）并已开展临床I期试验。目前相关科研成果已发表SCI论文23篇，申请国际/国内专利6项，获专利授权1项，培养毕业博士研究生3名和出站博士后1名。项目负责人刘青松研究员获得安徽省创新争先奖状、中科院青年科学家奖、中国药学会以岭生物医药青年奖等科技奖励。