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首页 / 文献解读 / AmBeed文献解读JMC: 破译基于戊氧酰胺的新型 I 类、IIb HDAC 抑制剂对难治性白血病的治疗潜力


AmBeed文献解读|JMC


破译基于戊氧酰胺的新型 I 类、IIb HDAC 抑制剂对难治性白血病的治疗潜力

    2024年11月27日，杜塞尔多夫大学Sanil Bhatia课题组 & Thomas Kurz课题组在Journal of Medicinal Chemistry（IF=6.8）发表文章《Deciphering the Therapeutic Potential of Novel Pentyloxyamide-Based Class I, IIb HDAC Inhibitors against Therapy-Resistant Leukemia》，主要讨论了基于戊氧酰胺的新型I类和IIb类组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂在对抗耐药性白血病方面的潜力和前景，特别是在结构优化、抗白血病活性、药物相互作用以及药代动力学特性方面的研究结果。

    作者开发了一种新型的，具有取代的苯噻唑帽基团的戊氧酰胺基组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi），并评估了它们作为新型抗白血病候选药物的潜力。在这一系列候选药物中，4d和4m对HDAC2和HDAC6展现出纳摩尔级的抑制活性，并对多种治疗敏感和耐药的白血病细胞系以及患者来源的白血病细胞显示出显著的细胞毒性。此外，通过X射线晶体学技术，作者确定了这两种抑制剂的结合模式，揭示了它们与斑马鱼（Danio rerio）HDAC6的催化域2（CD2）之间的特定相互作用。
    尤为重要的是，4d和4m展现出与已广泛使用且临床验证的HDAC抑制剂相媲美甚至更高的药物敏感性指数（DSS），并且相较于健康细胞，它们对恶性细胞显示出更高的选择性。鉴于现代癌症治疗中联合疗法的普遍应用，能够展现协同作用的药物对于改善治疗效果、延缓或预防耐药性的发展以及扩大可治疗患者群体具有重要意义。
    在这方面，4d和4m与常用的化疗药物克拉屈滨和地西他滨的联合使用表现出显著的协同细胞毒性效果。4d的体外药代动力学特性令人鼓舞，初步的体内药代动力学数据支持对4d进行更深入的体内研究。

    值得注意的是，4d在体内给药时能有效抑制白血病细胞生长，且在小鼠中未观察到明显的毒性迹象。总体而言，这些发现使得4d和4m成为具有进一步临床前开发潜力的新型候选药物，它们不仅展现了治疗潜力，而且在与现有的抗白血病药物联合使用时显示出显著的抗白血病效果。当前面临的挑战，包括HDAC抑制剂4d和4m体内药代动力学的优化，将在后续的先导优化项目中通过进一步的结构-活性关系（SAR）研究来解决。



图1. 新型戊氧酰胺基HDAC抑制剂的开发（A）以vorinostat为例的HDAC抑制剂的药效团模型。CU = 连接单元，ZBG = 锌结合基团。（B）先前发表的戊氧酰胺衍生的HDAC抑制剂。（C）初步筛选得到的4a展现出纳摩尔级别的HDAC同工酶抑制活性以及对三种不同白血病细胞系的高纳摩尔级别的细胞毒性。末端苯基的衍生化改善了抗白血病活性，同时保持了HDAC同工酶抑制作用



图2. 试剂和条件：（a）（1）1M氢氧化钠，THF，室温，（2）HBTU，DIPEA，DMF，室温，室温，和（b）TFA，Et3SiH，DCM，室温，30分钟。


表1. 化合物4a-m及参考化合物Vorinostat、Panobinostat和Tubastatin A对人源HDAC2、4、6和8的抑制作用



表2. 化合物4d和4m及参考化合物Vorinostat、Panobinostat 和Tubastatin A对人HDAC1、2、3、4、6、8和11的抑制作用



图3. (A) 对化合物4a-4m与HDAC2、4、6和8同工酶对接结果的比较。结果与酶活性测定数据相呼应，这些化合物平均显示出对HDAC2、HDAC6和HDAC8的抑制效果优于HDAC4。(B) 在HDAC2中，化合物最佳对接姿态的MM-GBSA结果。与酶活性测定结果一致，预测4m具有最佳的有效结合能




图4. 化合物4a（A）和4m（B）与人HDAC2（PDB-ID:7KBG）的预测结合位置




图5. (A) HDAC6-4d复合物和(B) HDAC6-4m复合物的晶体结构。HDAC6蛋白以卡通形式显示，并着以淡绿色。活性位点的特写视图，配体和与锌离子配位的氨基酸侧链以棒状模型显示，并分别着以浅蓝色（4d）和小麦色（4m）。配体和氨基酸侧链根据元素特定的颜色编码着色。锌离子以球体显示，并着以灰色。显示配体的模拟退火省略图的图形见支持信息中的图S1（PDB ID: 9GGH和9GGK）。




图6. 进行了Western Blot分析，以评估4d、4m和Vorinostat（对照）处理HL60白血病细胞24小时后对HDAC抑制标记物（乙酰化H3和乙酰化Tubulin）的影响以及凋亡标记物（裂解的PARP）的诱导（n = 3）。此处展示了以GAPDH作为内参照蛋白的代表性印迹图。




图7. 无监督聚类热图显示了(A)白血病细胞系和 (B)患者源性异种移植（PDX）培养的白血病细胞对药物敏感性差异得分（dDSS）




图8. 条形图展示了通过碘化丙啶染色对HL60白血病细胞进行的细胞周期分析，这些细胞分别用4m或4d处理，而条形图显示了统计学意义（未配对的学生t检验，n = 3）




图9. 条形图比较了HL60白血病细胞经4m或4d处理以及Q-VD（泛Caspase抑制剂）处理后(A)存活率和(B)通过Caspase 3/7活性诱导的凋亡变化，分别通过台盼蓝染色或Caspase 3/7活性检测进行。




图10. HL60细胞经药物组合处理72小时后的三维协同效应图。这些图表代表了通过ZIP算法分析的组合矩阵中的协同得分：(A) 4d + 地西他滨和 (B) 4m + 地西他滨（n = 2）。(C) Western blot分析显示HL60细胞中HDAC抑制标志物乙酰化H3和乙酰化微管蛋白的差异。比较单独处理和4d或4m与地西他滨联合处理的效果（n = 3）持续24小时。展示了带有GAPDH作为内参照的代表性印迹。(D) Western blot分析4d和Vorinostat与固定浓度地西他滨联合使用时的浓度递增效果（n = 3）。(E/F) 对D中乙酰化H3或裂解型PARP信号的定量（n=3）。


图11. 实验使用的化学品和溶剂来自AmBeed等


Doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c02024