E76K突变型蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2变构抑制剂的设计、连续化合成及抗髓系白血病活性研究

Myelomonocytic leukemia, including juvenile myelomonocytic leukemia (JMML) and actue myelomonocytic leukemia (AML), lack effective therapeutic interventions. Src homology 2 domain containing protein tyrosine phosphatase-2 (SHP2) E76K mutant is associated with 35% of patients with JMML and 6.6% of patients with AML and can be a potential personal therapeutic target against myelomonocytic leukemia. The challenges of developing protein tyrosine phosphatase (PTP) inhibitors as drugs include selectivity and bioavailability. Allosteric inhibitors may offer opportunities to avoid the drug discovery challenges related to the polarity and homology of the orthosteric binding pocket of SHP2, thereby advancing the drug discovery process for SHP2 inhibitors. With a long-term focus on developing clinical candidates targeting JMML and AML, we propose to identify two allosteric inhibitors of the SHP2 E76K mutant with novel scaffolds from high-throughput screening against both mutant and wild type enzymes. We will use structure-based drug design and fragment-based drug design in conjunction with flow chemistry and batch chemistry to synthesize a focused yet chemically diverse library, then study the structure–activity relationships of potentially specific inhibitors of the SHP2 E76K mutant. We will then identify the binding mechanisms of the selected allosteric inhibitors using mass spectrometry and evaluate their antileukemic activities using cell and animal assays. We believe that this project constitutes a new strategy for antileukemic drug discovery.

青少年粒单细胞白血病（JMML）和急性髓系白血病(AML)等髓系白血病临床无有效治疗手段。E76K突变型SHP2对JMML和AML发生和发展有重要的促进作用，是潜在的个性化治疗靶点。包括SHP2在内的PTP抑制剂由于选择性和生物利用度差等问题无法成药。变构抑制剂为解决SHP2抑制剂选择性和生物利用度差等问题提供新方向。针对JMML和AML的临床需求，前期通过E76K突变和野生型的SHP2组合高通量筛选，发现两类高选择性E76K突变型SHP2抑制剂，与催化活性域以外区域结合的，为发现变构抑制剂提供物质基础。本项目拟运用基于结构和基于片段的药物设计技术、常规合成技术、微反应技术、酶和细胞活性评价技术，开展E76K突变型SHP2变构抑制剂构效关系研究；采用质谱分析技术研究抑制剂的结合模式；在细胞和动物水平评价高活性、高选择性SHP2抑制剂的抗髓系白血病效果；为抗白血病药物研究提供物质和理论支持。

自从2016年诺华公司报道含 Src 同源2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶2（SHP2）的变构抑制剂SHP099之后，涌现了一批处于临床研究的野生型SHP2变构抑制剂，然而，至今没有抑制剂成功上市的报道。“不可成药”的标签还是贴在蛋白酪氨酸磷酸酶家族成员身上。相比于野生型SHP2抑制剂的研究工作，突变型SHP2抑制剂（尤其是E76K突变型SHP2）的研究进展缓慢，至今没有优秀的选择性抑制剂出现。为解决当前E76K突变型SHP2抑制剂稀缺的行业难题，我们设计、合成了化合物库1-8，构建了靶向蛋白酪氨酸磷酸酶家族亚型调节剂分子库。利用蛋白热漂移（Protein Thermal Shift Assay）、酶动力学、细胞及动物评价模型，对化合物库1-8进行活性评价，部分化合物在分子和细胞水平对E76K突变型SHP2表现了显著的活性和选择性，基本完成了预期目标。作为SHP2的姐妹亚型，SHP1主要在造血细胞中表达，其表达量下降或者缺失，会促使淋巴瘤和白血病的增殖和转移，被认为是淋巴瘤、白血病等恶性肿瘤的抑癌基因，关注度显著提高。区别于主流的抑制剂开发策略，开发激活剂极具挑战性和创新性。在前期E76K突变型SHP2抑制剂的开发工作中，我们发现了一类喹啉并噻吩的SHP1激活剂的全新分子骨架，在动物水平表现出优良的抗DLBCL的活性。为靶向抑癌基因SHP1的激活剂的研发，提供了良好的基础。发表研究论文8篇，中文综述1篇，授权中国专利3项，申请中国专利1项。