Menin-MLL相互作用小分子抑制剂的发现和结构优化

Targeting the protein-protein interactions between menin and MLL represents an attractive strategy for curing MLL leukemia. Till now, the reports about small molecule inhibitors of the menin-MLL interaction are rare and no clinical drug available. Therefore, there are great research space and prospect to develop some molecules with good druggability. In our project, we utilized a shape-based scaffold hopping approach to analyse the recent small-molecule inhibitors for menin-MLL and we screened a collection of clinical compounds to identify the inhibitors targeting this interface. We have discovered that the antidiarrheals loperamide displays, previously unreported, mild inhibition for the menin-MLL interaction (IC50 = 69.58 µM). Further chemical modification combined with structure-activity relationship studies are applied to repurpose the loperamide scaffold, resulting in several improved loperamide-derived analogues. DC_YM21, one of the potent novel scaffold molecules showed good activities in our FP assays (IC50 = 0.83 µM) and cell viability assays (IC50 = 1.67 μM). In order to find more potent inhibitor targeting on the menin-MLL interaction,we will conduct deep optimization for the drugability and structure-activity relationship studies. In conclusion, this project will shed new light on the development of lead compound with high activity and low toxicity for MLL-mediated leukaemogenesis.

研究表明menin-MLL相互作用是混合谱系白血病个性化治疗的重要靶标，为混合谱系白血病提供了崭新的治疗思路。目前靶向menin-MLL相互作用小分子抑制剂的报道较少，至今尚未有进入临床的药物，有着巨大的研究空间和前景。本项目以menin-MLL相互作用为靶标，基于“老药二次开发”的策略，通过对现有临床药物进行筛选，结合生物活性评价确证及结构优化。前期工作中我们筛选出抗腹泻药物“洛哌丁胺”对menin-MLL相互作用有一定抑制（IC50=69.58 µM），对其老药骨架初步改造后获得了分子水平和细胞水平都有活性的苗头化合物（DC_YM21, IC50=0.83 µM，MV4;11: IC50=1.67 μM），通过本项目的实施，我们将基于苗头化合物进行深入的结构优化及构效关系研究，以期获得成药性高的Menin-MLL靶向小分子抑制剂，为MLL白血病治疗提供高效、低毒的药物先导结构。

组蛋白密码，亦称组蛋白翻译后修饰，是表观遗传学中最重要和目前研究最多的一类，在药物研发领域中扮演着重要角色。一些较难靶向的组蛋白修饰相关的靶点如组蛋白甲基化酶的蛋白-蛋白相互作用界面，组蛋白乙酰转移酶等的研究未能有突破性进展。本项目以组蛋白甲基化酶MLL的研究重点，将Menin-MLL蛋白-蛋白相互作用界面作为靶点，以老药结构二次开发为设计思路，从洛哌丁胺为关键母核结构的苗头化合物出发，对其头部、连接部分和尾部展开结构优化工作，同时探究了基于此开发共价抑制剂的可行性。最终，完成合成3个系列、数百个化合物并展开测试，完善初期构效关系研究，获得数个对Menin蛋白有很好抑制活性的化合物（IC50 < 100 nM），并完成对细胞活性的测试（包括MV4-11，MOLM-13, RS-4-11等），大部分化合物的细胞活性在100-200 nM左右，细胞活性还有待于进一步提高。在对优选化合物进行的成药性评价后，发现大多数化合物的肝微粒稳定性（人，大鼠，小鼠三个种属）不够理想，清除率较高; 同时选取肝微粒稳定性中等的化合物，进一步评价发现，口服给药（大鼠，10 mg/kg）的吸收较差，暴露量较低，使其在体内药效结果上未能达到最佳预期。另一方面，在本项目的资助下，我们还针对表观遗传同领域的重要组蛋白乙酰化酶展开了相关研究，获得了一类靶向p300/CBP HAT结构域的高活性高选择性的小分子抑制剂，该类分子具有良好的成药性，可实现口服吸收，在包括血液病、卵巢癌等多个体内模型上显示出明显的药效结果。总之，在本项目执行期间，我们对组蛋白修饰相关的靶点展开了系统的研究，旨在获得结构上有特色，成药性优异，且具有良好新药开发前景的小分子抑制剂，较好的完成了立项初期的研究目标。通过本项目的实施，组成了一个发挥多学科交叉优势的研究团队，有望加速高效、低毒的药物先导结构的发现，推动新药、新靶点和新的药物作用机制的深入研究，为开发具有自主知识产权的创新药物奠定基础。