新型选择性CARM1抑制剂的设计、合成及生物活性研究

Coactivator Associated Arginine Methyltransferase 1 (CARM1), an important member of protein arginine methyltransferase (PRMT) family, can catalyze the methylation of various protein substrates. The abnormal expression of CARM1 is implicated in cancer initiation and progression, thus it is thought to be a potential target for the treatment of cancers. However, most of the identified CARM1 inhibitors suffer from low selectivity, weak cellular activity and poor performance in vivo assays. We have already established compound evaluation platforms targeting CARM1 and other methyltransferases. Based on these platforms, we have identified the compound DCPR049_12, a highly potent type I PRMT inhibitor with biochemical IC50 values of 1.1-63 nM. In this project, by using DCPR049_12 as a lead compound, we will combine traditional drug design and computer aided drug design to design and synthesize selective CARM1 inhibitors with novel scaffolds, drug-likeness and good performance in vivo. In the initial research, we have identified a candidate compound K20, which exhibits a 6-fold increase in activity versus DCPR049_12, meanwhile the selectivity of this compound is also improved. This study will shed light on development of lead compounds and new therapies for CARM1-related cancers, provide chemical probes to investigate the mechanism of CAMR1 in vitro and in vivo, and lay the foundation for further development of innovative drugs with proprietary intellectual property rights.

CARM1是蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）家族的重要成员，负责催化多种蛋白质底物的甲基化，其表达异常与多种肿瘤的发生发展密切关联，被认为是一类热门的抗肿瘤靶标。然而，目前报道的CARM1抑制剂大多数选择性不高、细胞活性较差、体内效果不佳。本项目将以前期研究发现的I型PRMT抑制剂DCPR049_12为先导化合物（IC50=1.1-63nM），结合已建立的甲基化酶抑制剂测试平台，采用经典药物设计与计算机辅助药物设计相结合的方法设计并合成骨架新颖、类药性好、体内效果佳的CARM1选择性抑制剂。初期研究发现候选化合物K20相对先导化合物，对CARM1的抑制活性提高了6倍的同时也提高了选择性，为后续工作奠定了重要基础。本项目的开展将为靶向CARM1相关肿瘤的治疗提供药物先导结构，为阐明CARM1体内外分子机制提供化学探针，为开发具有自主知识产权的创新药物奠定基础。

共激活因子相关的精氨酸甲基转移酶（Coactivator-Associated Arginine Methyltransferase1, CARM1）是一类可以和p160共激活因子结合的蛋白质精氨酸甲基转移酶，也是第一个被确定为与转录调控有关的PRMT蛋白。其表达异常可导致多种疾病的发生，已有报道CARM1抑制剂可以明显抑制肿瘤细胞的增殖和肿瘤生长。因此，发现具有成药潜力的新型CARM1抑制剂，特别是CARM1选择性抑制剂进行功能研究和结构改造，早日将该类抑制剂推向临床研究，实现肿瘤治疗具有重要意义。本项研究工作中，一方面，我们首先通过基于结构的虚拟筛选和活性测试得到三个苗头化合物（IC50 = 35.51 ~ 68.70 μM），然后通过结构改造合成了一类N1-（2-（苄氧基）苄基）-N1-甲基乙烷-1,2-二胺衍生物。其中，化合物ZL-28-6 (IC50 = 18 ± 2 nM)相比苗头化合物对CARM1的抑制活性提高近2400倍。更重要的是化合物ZL-28-6相较于我们前期发现的I型PRMTs抑制剂DCPR049_12对MCF7乳腺癌细胞株等五种实体肿瘤细胞株表现出更好的抑制作用。另一方面，基于I型PRMTs抑制剂DCPR049_12，设计、合成了一类二苯醚衍生物，探索了其对CARM1的抑制作用。然后，通过基于结构的药物设计方法，将二苯醚结构中一侧苯环替换为环己烷，合成了另一类新骨架分子，该类分子对CARM1具有显著的抑制活性。化合物XJ401对CARM1的体外抑制活性达到5 ± 1 nM，对其他I型PRMTs也有3~100倍的选择性。进一步细胞和体内实验表明该类抑制剂能显著抑制多株实体瘤细胞和肿瘤生长。综上所述，本研究分别针对CARM1虚拟筛选得到的苗头化合物ZL-28，和我们前期研究发现的I型PRMTs先导化合物DCPR049_12进行结构改造，显著提高了两类结构对CARM1的抑制活性，对多类肿瘤细胞表现出良好的生长抑制作用，并且化合物XJ401可以在裸鼠移植瘤模型上有效抑制肿瘤生长，为后续发现活性高、选择性好、类药性佳的CARM1抑制剂作为临床研究候选化合物指明了方向。