靶向CDK9的小分子抑制剂的结构优化及其在急性髓细胞白血病中的应用

Cyclin-dependent kinase 9 is one of the most crucial molecule in the cancer cells in the development of tumorigenesis. It is found that CDK9 is deregulated in most malignancies and is frequently upregulated in acute myelocytic leukemia (AML). Therefore, CDK9 inhibitors have elicited great interest in AML to discover novel anticancer therapeutics. Our research group has recently discovered novel inhibitor 1705 of CKD9. The compound showed strong inhibition of CDK9 with IC50 at nanomolar and was found to be potent and highly selective for cancer cells in in vitro and in vivo. Taking this compound as lead compound, we further carried on the structure-activity relationship (SAR) and structure-property relationship (SPR) studies to obtain compounds with improved specificity, drug-like property and safety. During the process, we using comprehensive technologies combined with rational drug design study, molecular informatics study and chemical biology study. We are expected to discover novel CDK9 inhibitors as promising antitumor candidates. In addition, the most promising compound would be employed for further biological mechanism study to explore the correlation between CDK9 and AML. The conclusion could be reference for the next generation CDK9 inhibitors.

细胞周期蛋白依赖性激酶9（CDK9）的表达水平和激酶活性的异常与急性髓系白血病（AML）易复发特点密切相关。开发高效低毒的新型CDK9抑制剂对于AML治疗具有重要意义。本项目前期通过合理药物设计获得新型靶向CDK9的小分子抑制剂1705，其对CDK9抑制活性达到纳摩尔级，并在体内外表现出良好的抗肿瘤活性及安全性。本项目拟以1705为先导物，分析其与CDK9蛋白结合模式，结合化学信息学及化学生物学等技术对其进行更为全面的结构改造，深入探究“构-效”关系。此外，为克服其存在的多羟基、母环骨架过于刚性等类药效问题，将在最优骨架基础上进行功能取代基配置方案的探索，以期得到高效、低毒、具有类药性的全新骨架的CDK9抑制剂作为抗AML候选新药。同时，本项目将对活性最优的小分子抑制剂进行生物机制学研究以探究CDK9在AML治疗领域的相关生物学信息，为后续小分子抑制剂的研究提供理论依据及参考

本项目的主要目的是寻找高活性、高选择性的CDK9调控剂（包括抑制剂及降解剂两部分），本论文共合成了52个全新化合物。.首先在高选择性抑制剂的发现及优化阶段，我们共设计并合成了38个新化合物以考察对CDK9的抑制活性和选择性，所有化合物均经HRMS、1H NMR、13C NMR、等进行结构确证。酶活和体外抗增殖试验结果表明，化合物LWJ-109和LWJ-202对CDK9具有较强的抑制活性和选择性。LWJ-109对CDK9的抑制IC50值为 49 nM，对CDK1、CDK2、CDK4、CDK6和CDK7的选择性分别为91倍、18倍、4.0倍、45倍和158倍。化合物LWJ-202对CDK9的抑制IC50值为16 nM，CDK1、CDK2、CDK4、CDK6以及CDK7的选择性分别为260倍、38倍、3.3倍、37倍以及42倍。这两个化合物对CDK9的选择性远远优于本课题组先前的化合物LLT-4109以及夫拉平度。..化合物LWJ-109的体内抗肿瘤活性研究表明，与空白对照组相比，化合物LWJ-109在三个剂量组对肿瘤的生长均有一定的抑制作用，同时并未表现出明显的毒性。在15、30和45 mg/kg剂量组TGI 分别为22.9%、42.6% 和53.0%。表现出与阳性对照相当的活性。测定肿瘤体积，45 mg/kg LWJ-109给药时肿瘤体积为364.0 ± 54.4 mm3，相较于对照组（787.6 ± 185.2 mm3）有明显的抑制效果。..进一步，我们选择所得的高选择性、强效CDK9抑制剂LWJ-202作为PROTACs分子的“弹头”，设计了6个靶向降解CDK9的PROTAC分子。所得的化合物LWJ-401表现出最优的CDK9亲合力与降解活性（DC50 = 0.79 μM），并且表现出对CDK9降解作用的高度选择性。通过对照实验证实，该化合物是与CDK9可逆结合的，并通过蛋白酶体系统对CDK9产生降解作用的。体外抗肿瘤活性实验证实，该化合物具有广谱抗肿瘤活性及安全性。对该分子的进一步药代及药效试验有待我们进一步去考证。..整体而言，本文基于汉黄芩素骨架，设计并合成了一系列活性强、选择性高的CDK9抑制剂，然后以选择性最高的CDK9抑制剂LWJ-202作为“弹头”设计并合成了一系列PROTAC分子组作为CDK9降解剂。