基于异柠檬酸脱氢酶IDH1突变的新型抗肿瘤抑制剂研究

Mutations in isocitrate dehydrogenase (IDH), a key enzyme in the tricarboxylic acid cycle, have recently been found in75% glioma and 20% acute myeloid leukemia. Different from the wild-type enzyme, this active site mutation results in loss of activity for metabolism of isocitrate, but confers gain-of-function for the production of the oncometabolite 2-hydroxyglutarate (2-HG). Strong evidence has shown mutant IDH1 represents a novel target for cancer. This research proposal reflects our interests in identifying prospective small molecules targeting mutant.IDH1. Screening hit SD55 contains a novel pyrazolo[4,3-c]pyridine scaffold, which provided the starting point for an extensive structure-activity relationship study by a focused library approach. The primary aim of this study is to generate a library of pyrazolopyridine compounds with different scaffold decoration, to investigate their influence on IDH1 activity, their inhibitory effects on tumor and to identify preliminary structure-activity relationship.

异柠檬酸脱氢酶 (IDH) 是三羧酸循环中一种关键性限速酶，最近研究表明，IDH特定位点的基因突变存在于约75%的神经胶质瘤和约20%的急性髓细胞白血病(AML)中，突变型IDH不仅会导致异柠檬酸代谢功能失活，还可使其获得一种野生型IDH所没有的“新变体活性”——诱导α-酮戊二酸转化为一种名叫2-HG的癌代谢物，2-HG堆积到一定程度就会诱发癌症。IDH日益成为一个极具潜力的药物靶点。本文拟发展靶向突变型IDH1的小分子特异性抑制剂，以高通量筛选中所获得的苗头化合物SD55为起点，通过合理的药物化学方法，构建以新型吡啶并吡唑骨架为核心的稠杂环小分子化合物库，进行构效关系研究及抗肿瘤活性验证，以期获得一个具有潜在抗肿瘤活性的新型作用机理的药物先导化合物。目前，已获得一个在细胞水平活性显著的特异性IDH1抑制剂SD106，取得了一定进展，为深入研究奠定了基础。

靶向肿瘤代谢，特别是在肿瘤细胞中存在频繁突变的代谢酶基因，是目前一种新兴的抗肿瘤策略。异柠檬酸脱氢酶 (IDH) 是三羧酸循环中的一种关键性限速酶，IDH特定位点的基因突变存在于多种不同的血液恶性肿瘤和实体瘤中。突变型IDH不仅会导致异柠檬酸代谢功能失活，还可使其获得一种野生型IDH所没有的“新变体活性” ——诱导α-酮戊二酸转化为一种名叫2-HG的癌代谢物，高浓度的2-HG会影响表观遗传改变和细胞分化受损，与肿瘤发生紧密相关。针对IDH突变的抑制剂能显著降低2-HG水平，已成为肿瘤药物开发的热点，近期IDH2抑制剂伊那尼布（enasidenib）和IDH1抑制剂Ivosidenib已相继获美国FDA批准用于治疗复发难治性AML，也再次证实了靶向IDH进行抗癌分化治疗的可行性。大多数现有发现的IDH抑制剂都处于临床早期或预临床阶段。本项目旨在研究开发新型靶向突变型IDH1的特异性小分子抑制剂，以期获得具有更高药效和更好类药性特征的活性化合物，我们以高通量筛选中所获得的新型吡啶并吡唑类苗头化合物SD55为研究起点，通过定向设计，构建了以吡啶并吡唑稠杂环结构为核心骨架的新型聚焦型小分子化合物库，进行了初步的构效关系总结。并在此基础上，我们通过合理的药物化学方法和计算机辅助药物设计技术，深入设计合成了一系列新型吡啶并吡咯酮类化合物衍生物。同时，我们也成功构建了选择性靶向IDH1 突变体酶的小分子抑制剂体外筛选体系，用IDH1-R132H酶进行初步生化评价，用内源性表达mIDH1-R132C的HT1080软骨肉瘤细胞系进行细胞常规分析。通过构效关系研究，我们发现了两个类先导化合物SLL-001023 和 SLL-001022，它们在20μM浓度时，突变酶抑制率分别达到96%和95%，在H1080细胞水平活性测试中显示其IC50值分别达到4.87 μM 和7.41 μM，相对于起点化合物SD55 ( IC50=43.8 μM )有了明显的提高。依据理化性质的预测模型，这两个化合物也显示出较好的ADMET 性质和更高的透血脑屏障能力，进一步的PK实验也正在进行中。