靶向作用于FGFR1膜外端结构域的新型小分子抑制剂及初步分子机制研究

FGFRs belong to a large family of transmembrane receptor tyrosine kinases (RTK) and play the key role in angiogenesis, transplantation, division and proliferation of several type of cancer. FGFR1 inhibitors can markedly block one step of above signals thereby prevent multiple malignant tumors. However, most of inhibitors bind to the relatively conserved ATP-binding domain in RTKs and lack kinase selectivity, resulting in giving rise to a variety of side and toxic effects. Targeting the extracellular domain of FGFR1 can obtain inhibitores with more selectivity. In our previous study, we found the peptide P48 can specifically binding to the extracellular domain of FGFR1 and inhibit the FGFR1 induced proliferation of cancer cell. More importantly, P48 exhibit an allosteric inhibition against FGFR1-related pathway. We put forward the hypothesis that making P48 as leading compounds, modifying its peptide bond and non-functional amino acid by chemical synthesis could lead to discovery a type of FGFR1 allosteric inhibitor with high specificity, high bioavailability and high stablity. In our project, based on structures of P48, we plan to design and synthesize a series of potent analogues and further explore their selectivity, stablity and inhibit activity toward FGFR1 and FGFR1 induced proliferation of cancer cell. Meanwhile, several inhibitors will be choosed to clarify the molecular mechanism of the allosteric inhibition by structural biology method. The project will provide the structural information and molecular mechanisms of novel FGFR1 extracellular domain inhibitor, and provide a new drug candidates for the treatment of cancer.

成纤维细胞生长因子受体（FGFR）1属于受体酪氨酸激酶，与多种肿瘤的发生、发展密切相关，其抑制剂可以治疗肿瘤。但目前的抑制剂均作用于FGFR1膜内保守的ATP结合域，缺乏选择性，导致多种副作用和耐药。靶向FGFR1膜外配体结合域可能获得特异性更高的抑制剂。前期工作中，我们发现六肽P48能特异性作用于FGFR1的膜外段并显示出良好的抗肿瘤的效果；更重要的是，P48在FGFR1信号通路中表现出变构抑制的独特效果，但其体内易降解、生物利用度低。我们假设，以P48为先导物，通过化学方法改造其结构中的肽键和非功能氨基酸可能发现一类靶向性更强、生物利用度更高的FGFR1新型变构抑制剂。基于此，本项目拟设计、合成一系列P48类似物并进行抗肿瘤活性测试；深入阐明这类抑制剂变构抑制FGFR1的相关分子机制。项目将为FGFR1膜外抑制剂的研究提供新的分子机制和先导结构，为肿瘤治疗提供新的候选药物。

在基金委的资助下，本项目设计并合成基于短肽P48的非肽类FGFR1选择性抑制剂共30个。然而，分子及细胞层面的活性评价结果显示这些类似物并未显示较好的FGFR1c抑制活性。因此，为了确保本项目的顺利进行，我们对研究内容进行了扩展，在此基础上，我们共完成了三部分的内容：第一部分，在设计合成P48非肽类类似物的同时，我们也基于FGFR1传统的抑制剂结合位点进行了针对性的药物设计及合成，成功合成28个FGFR1潜在抑制剂，并通过活性评价及药理机制研究发现这些抑制剂对FGFR1以及EGFR的双重抑制活性，为EGFR获得性耐药的非小细胞肺癌提供全新的候选药物；第二部分，为了获得更多的变构抑制剂，我们对受体酪氨酸激酶家族的几个经典成员如EGFR,FGFR,PDGFR等的配体与受体之间相互结合的三维蛋白结构进行分析，并针对其中最具特点的EGF/EGFR二聚体设计了一系列全新的具有EGFR抑制活性的短肽抑制剂，并通过体外实验已经证实了这类短肽抑制剂具有EGFR抑制活性并表现出变构抑制效果，为首个EGFR变构抑制剂；第三部分，本项目进一步将目标靶点从蛋白激酶拓展至炎症信号通路中的关键分泌型蛋白MD2，我们以MD2抑制剂咖啡酸苯乙酯（CAPE）为先导化合物，设计并合成了48个CAPE类似物并评价了他们的抗炎活性，其中化合物5s相较先导物能够更好的结合MD2从而抑制LPS诱导的炎症反应及急性肺损伤。.在执行期间，本项目合计发表SCI论文3篇，其中一区论文2篇，二区论文1篇，合计影响因子14.8，申请发明专利1项，培养相关技术人员（研究生）5名，完成预期目标。此外，负责人先后入选浙江省高校领军人才培养计划优秀青年人才（2020），浙江省钱江人才（2019），温州市海外精英引进计划创新长期项目（2018）。同时，负责人获得国家自然科学基金面上项目的立项支持。