新型选择性蛋白精氨酸甲基转移酶5(PRMT5)双位点抑制剂的发现与抗肿瘤活性研究

Development of inhibitors targeting protein arginine methyltransferase 5 (PRMT5) has become a hotspot in the field of epigenetics therapy of malignant diseases. Up to now, only a few PRMT5 inhibitors have been discovered, and most of them have some deficiency on bioactivity, selectivity, as well as druggability owing to the only targeting the SAM binding site or substrate binding site mechanism. It is difficult to obtain potent and selective PRMT5 inhibitors by only targeting on one site of SAM or substrate binding site. Based on our previous studies, in this project, we will perform virtual screening, drug design and synthesis by targeting on the two sites simultaneously to search for potent and selective PRMT5 inhibitors. Then based on our previously established platforms to evaluate and confirm the activity, selectivity, binding sites, anti-tumor effect and cellular targeting on PRMT5. This study will provide a new train of thought for the discovery research of PRMT5 inhibitors, meanwhile provide more new tool compounds to research the of PRMT5 biological function of PRMT5 and more anti-tumor lead compounds.

靶向蛋白精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）的小分子抑制剂的发现研究已成为近年来表观遗传领域抗肿瘤药物研发的热点。目前报道的PRMT5小分子抑制剂的数量偏少，且由于都只作用于PRMT5活性中心的SAM或底物结合位点，所以大多活性较弱、选择性较差、成药性较低。只针对SAM结合位点或只针对底物结合位点研发PRMT5小分子抑制剂很难获得选择性好、活性强的抗肿瘤药物先导化合物。本项目拟基于前期的工作基础，开展选择性PRMT5双位点小分子抑制剂的发现与抗肿瘤活性研究，即采用计算机辅助药物设计与药物合成化学相结合的方式，筛选、设计并合成具有同时靶向SAM和底物结合位点能力的小分子，并在分子、细胞和动物水平评价小分子的活性、选择性、抗肿瘤活性和靶向性。本项目的实施将为PRMT5小分子抑制剂的发现研究提供新的思路，为研究PRMT5在肿瘤发生和发展中的作用提供更多工具化合物，为抗肿瘤药物研发提供更多先导结构。

蛋白精氨酸甲基转移酶5（Protein Arginine Methyltransferase 5, PRMT5）是蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMT）家族中最有前景的抗肿瘤靶标之一，其小分子抑制剂的抗肿瘤药物发现研究是医药工业界和学术界的研究热点。尽管目前尚无该靶点的药物上市，但已有5个PRMT5的小分子抑制剂处于临床研究阶段。本项目的主要研究内容是开展新型选择性PRMT5双位点小分子抑制剂的发现与抗肿瘤活性研究，为PRMT5相关的肿瘤治疗提供更多药物先导结构。在本研究中，研究组综合采用基于药效团模型和分子对接等计算机辅助药物设计方法、药物化学合成、生物活性测试等手段，发现了5类新型母核结构且对PRMT5具有选择性的小分子抑制剂。其中作用于PRMT5的底物结合位点的小分子抑制剂（论文中的编号46）对PRMT5的酶活抑制活性（IC50 = 8.5 nM）与处于临床I/II期研究阶段的GSK-3326595（IC50 = 5.5 nM）活性相当，该化合物在细胞（GI50 =18 nM）和动物水平均显示了较强的抗肿瘤活性，有进一步研究的价值。此外，研究组发现的作用于PRMT5的SAM位点小分子抑制剂（论文中的编号5，IC50 = 770 nM）对白血病细胞（MV4-11）等肿瘤细胞也显示了较强的增殖抑制活性。研究组进一步研究发现这些PRMT5小分子抑制剂能引起肿瘤细胞的周期阻滞（G1期），并诱导细胞凋亡，而且在细胞内能够影响PRMT5的底物蛋白SmD3的甲基化水平，表明这几类小分子抑制剂在细胞内是通过靶向PRMT5发挥作用的。研究组系统地总结了发现的这5类PRMT5小分子抑制剂的构效关系，并且通过分子对接探究了小分子抑制剂与PRMT5的结合模式，为进一步的结构修饰提供了线索。研究组发现的这些PRMT5小分子抑制剂为发现更多的靶向PRMT5的抗肿瘤先导化合物提供了母核信息。