新型PARP7抑制剂的设计合成及抗肿瘤活性评估文献综述

新型PARP7抑制剂的设计合成及抗肿瘤活性评估

1. 研究背景

1 PARPs简介

人体的DNA分子容易在多种外在或者内在的影响因素下出现损伤，主要表现为DNA分子单链或者双链的断裂。这种损伤是造成机体细胞癌变的基本原因之一。机体有多种损伤修复机制来维持人体基因组的完整性与安全性。这种修复机制被统称为DNA损伤反应。真核细胞具有多种的修复机制，其中碱基切除修复 （base excision repair, BER）及核苷酸切除修复(nucleotide excision repair，NER途径)主要是修复DNA分子单链的断裂，而同源重组修复（homology recombination repair，HRR）和非同源末端连接（nonhomology end joining，NHEJ）主要是修复DNA分子单链的断裂^[1]。

聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）是由17个酶组成的一类超家族，主要参与DNA分子的修复作用。其中PARP分类主要有3种，poly PARPs，mono PARPs，和 Inactive PARPs。其中polyPARPs可以合成聚合的长链ADP核糖，主要进行DNA修复；Mono PARPs 则是将单个的ADP核糖转移到蛋白质上进行翻译后修饰^[2]，而Inactive PARPs不含组氨酸等氨基酸序列，因此没有相应的转运活性，一般不作为药物靶点研究。下表中分别介绍了17种不同的聚腺苷二磷酸核糖聚合酶：

表 1 17种PARP

当PARPs 催化反应时，NAD 于D-loop上被催化裂解为ADP-核糖，随后被poly-PARPs催化形成链状或支链状结构。MonoPARPs和PolyPARPs将单个的或多个的ADP-核糖残基转移到靶蛋白上。细胞内还含有PARG（poly(ADP-ribose) glycohydrolase），可以催化糖苷键断裂以阻止细胞内形成过长的PAR。如下图1所示^[3]：

图 1

而当机体细胞出现DNA损伤的时候，poly PARPs N端的两个锌指结构会结合到损伤部位将DNA弯曲并固定住。随后poly PARPs以NAD 为原料，催化合成PAR，树枝状的PAR会招募与DNA损伤修复有关的蛋白并调控它们的功能。修复完毕后，PARG将poly PARPs剪去，释放被招募的DNA修复蛋白^[3]。通过此过程完成对DNA分子的修复。

图 2

2 PARP抑制剂的作用机制

2.1 捕获DNA-PARP复合物

最初，人们认为PARP的小分子抑制剂可作为阻止DNA单链断裂（SSB）修复的催化抑制剂来介导其抗肿瘤作用。然而，关于PARP抑制剂在癌细胞中的作用的作用机理尚未完全了解。2012年，有学者提出了一种捕获机制来尝试解释其中的机理^[4]，该研究表明PARP抑制剂会在受损的DNA处捕获PARP1和PARP2。被困的PARP-DNA复合物比未修复的PARP失活引起的SSB具有更高的细胞毒性，并且PARP-1 抑制剂造成的细胞毒性要远高于敲除 PARP-1造成的细胞毒性。认为PARP抑制剂的部分作用是将PARP捕获在DNA上。由于DNA-PARP复合物长期存在，细胞持续在S期，被捕获的DNA形成遗传毒性更强的DNA分子双链断裂的状态，从而导致细胞最终凋亡。

2.2 致死合成

乳腺癌易感基因（BRCA）在人类细胞中是一种抑癌基因，在DNA双链分子损伤和修复过程中发挥重大作用。目前明确细胞中的DNA损伤修复分为以下几种^[5-6]：直接修复（direct repair，DR）、核苷酸切除修复（nucleotide excision repair，NER）、碱基切除修复（base excision repair，BER、碱基错配修复（mismatch repair， MMR）、同源重组修复（homologous recombination repair，HR）和非同源末端连接（nonhomologous end joining，NHEJ）等。DNA单链断裂（single-strand breakage，SSB）主要是BER修复途径修复，而DNA双链断裂（double-strand breakage，DSB）则由HR和NHEJ途径修复。对于细胞来说，DSB是一种非常致命的损伤，当体内的SSB由于BER受损而不能及时修复时，大量的SSB就会聚积，使DNA复制过程中的复制叉崩解，从而产生大量的DSB。正常情况下，细胞可通过 HR 来修复DSB，但如体内BRCA1/2基因缺失，细胞就无法通过HR来修复DSB， 只能通过NHEJ来修复。NHEJ是一种易错的修复机制，会导致细胞凋亡。因此，对于由BRCA缺陷而诱发的癌症来说，PARP抑制剂可通过合成致死机制来使细胞死亡，从而达到抗癌的作用^[7]。

3 PARP抑制剂以及临床应用

3.1 奥拉帕尼（Olaparib）

奥拉帕尼是目前临床研究最多的PARP抑制剂，为第三代PARP-1抑制剂的代表药物，该药物主要通过DNA分子的修复途径来杀死肿瘤细胞。该药物于2014年12月19日经FDA批准于美国正式上市，其主要用于BRCA突变的晚期卵巢癌患者，规定的标准用药剂量为400mg（bid）^[8]。

3.2 鲁卡帕尼(Rucaparib）

鲁卡帕尼是由 Clovis 公司研发的一种新的聚腺苷二磷酸核糖聚合酶抑制剂，2016年12 月 FDA 批准其作为单一疗法用于治疗经过两线或两线以上化疗且伴有BRCA基因突变相关的晚期卵巢癌。在两项单臂临床试验中，患者对该药的总应答率超过50%，其上市为卵巢癌患者带来了新的治疗选择。

3.3 尼拉帕尼（Niraparib）

尼拉帕尼是美国Tesaro公司研发第三个经FDA批准的口服PARP抑制剂，也是第一个用于复发性卵巢上皮细胞癌维持治疗的药物。其特点是使用该药无需进行基因检测，无论患者是否存在乳腺癌易感基因突变，该药均有效果^[9-10]。

3.4 塔拉唑巴（Talazoparib）

塔拉唑巴于2018年10月16日通过FDA加速审批程序批准上市，是FDA批准上市的第四个PARP抑制剂，用于治疗有害或疑似有害生殖系BRCA突变HER2阴性局部晚期或转移性乳腺癌的成人患者^[11]。

图3奥拉帕尼 图4鲁卡帕尼

图5尼拉帕尼 图6塔拉唑巴

3.5 新型PARP抑制剂-PARP7抑制剂（RNB-2397）

PARP7作为PARP超家族的一种，是一种monoPARPs，可将ADP核糖的单个单元转移到基质上^[2]。而现有唯一的PARP7抑制剂是由Ribon公司发现的RNB-2397^[12]，而随后有学者^[13]证明了该化合物在NAD 结合口袋中的结合，并且说明了有一些癌症表现出对于PARP7的依赖性增殖，从而进一步得出了PARP7是一种新型的治疗靶点，而RBN-2397对PARP7的抑制作用通过增强的IFN信号传导诱导癌细胞的自主性和免疫刺激作用而发挥抗癌作用。

图7 RBN-2397

4 总结与展望

自PARP抑制剂被发现的五十余年以来。目前已经发展到了第三代，目前处于临床研究阶段的主要药物如表2^[14]所示。目前这种抑制剂大多已进入Ⅲ期临床试验阶段，虽然PARP抑制剂有着广阔的应用前景，但是目前还是有一些问题值得我们关注，例如：（1）PARP抑制剂在治疗使用过程中对于正常组织细胞的累计毒性是值得关注的问题。（2）目前上市的一系列PARP抑制剂生物利用度较低，因此对于以后的PARP抑制剂的设计需要考虑其水溶性的大小。（3）PARP抑制剂目前的耐药性问题也是临床上关注较多的问题,其中有研究表明耐药性产生的机制可能与机体BRCA1/2逆转突变有关^[15]，因此在后面的研究中还需要对PARP抑制剂的作用和机制深入探索，针对不同的PARP作为新靶点设计出具有新构型的PARP抑制剂。其在肿瘤治疗方面将会发挥更加重要的作用。

表 2国内外主要的PARP抑制剂

1. 研究方法

本课题以RBN-2397候选药物结构为研究基础，利用计算机辅助药物设计及合理药物设计方法，对活性中心的溶剂区边缘进行结构修饰改造，设计多个系列化合物，筛选以获得更好的拮抗活性。

三、课题进度安排

四、成果形式

合成新型PARP7抑制剂，完成毕业论文的撰写。

五、参考文献

1. A damage response and cancer therapy. Nature 2012, 481 (7381), 287-94.
2. Gibson, B. A.; Kraus, W. L., New insights into the molecular and cellular functions of poly(ADP-ribose) and PARPs. Nat Rev Mol Cell Biol 2012, 13 (7), 411-24.
3. Malanga, M.; Althaus, F. R., The role of poly(ADP-ribose) in the DNA damage signaling network. Biochemistry and cell biology = Biochimie et biologie cellulaire 2005, 83 (3), 354-64.
4. Murai, J.; Huang, S. Y.; Das, B. B.; Renaud, A.; Zhang, Y.; Doroshow, J. H.; Ji, J.; Takeda, S.; Pommier, Y., Trapping of PARP1 and PARP2 by Clinical PARP Inhibitors. Cancer Res 2012, 72 (21), 5588-99.
5. 王东．基于DNA损伤修复的分子靶向治疗:肿瘤靶向治疗的新篇章［J］．第三军医大学学报，2014，13(22):2243-2248．
6. Ciccia, A.; Elledge, S. J., The DNA damage response: making it safe to play with knives. Mol Cell 2010, 40 (2), 179-204.
7. Wang, Y.-Q.; Wang, P.-Y.; Wang, Y.-T.; Yang, G.-F.; Zhang, A.; Miao, Z.-H., An Update on Poly(ADP-ribose)polymerase-1 (PARP-1) Inhibitors: Opportunities and Challenges in Cancer Therapy. Journal of Medicinal Chemistry 2016, 59 (21), 9575-9598.
8. Franzese, E.; Centonze, S.; Diana, A.; Carlino, F.; Guerrera, L. P.; Di Napoli, M.; De Vita, F.; Pignata, S.; Ciardiello, F.; Orditura, M., PARP inhibitors in ovarian cancer. Cancer Treat Rev 2019, 73, 1-9.
9. Niraparib[J]. Reactions Weekly,2021,1837(1)
10. 郝伯钧,杜京楠,毕煌垒,郑志兵.口服聚二磷酸腺苷核糖聚合酶抑制剂——尼拉帕尼[J].临床药物治疗杂志,2017,15(06):13-17.
11. 黄璐,陆毅,洪怡,卢山,许勇.新型PARP抑制剂他拉唑帕尼[J].中国新药杂志,2020,29(11):1211-1215.
12. Gozgit, J., PARP7 negatively regulates the Type I interferon response in cancer cells and its inhibition leads to tumor regression. 2021.
13. Wigle, T. J.; Blackwell, D. J.; Schenkel, L. B.; Ren, Y.; Church, W. D.; Desai, H. J.; Swinger, K. K.; Santospago, A. G.; Majer, C. R.; Lu, A. Z.; Niepel, M.; Perl, N. R.; Vasbinder, M. M.; Keilhack, H.; Kuntz, K. W., In Vitro and Cellular Probes to Study PARP Enzyme Target Engagement. Cell Chem Biol 2020, 27 (7), 877-887
14. 王莹颖,刘文景,宁瑶,吉民,蔡进.PARP抑制剂的作用机制和研究进展[J].中国新药杂志,2018,27(03):306-313.
15. Kim, D. S.; Camacho, C. V.; Kraus, W. L., Alternate therapeutic pathways for PARP inhibitors and potential mechanisms of resistance. Exp Mol Med 2021, 53 (1), 42-51.

新型PARP7抑制剂的设计合成及抗肿瘤活性评估

1. 研究背景

1 PARPs简介

人体的DNA分子容易在多种外在或者内在的影响因素下出现损伤，主要表现为DNA分子单链或者双链的断裂。这种损伤是造成机体细胞癌变的基本原因之一。机体有多种损伤修复机制来维持人体基因组的完整性与安全性。这种修复机制被统称为DNA损伤反应。真核细胞具有多种的修复机制，其中碱基切除修复 （base excision repair, BER）及核苷酸切除修复(nucleotide excision repair，NER途径)主要是修复DNA分子单链的断裂，而同源重组修复（homology recombination repair，HRR）和非同源末端连接（nonhomology end joining，NHEJ）主要是修复DNA分子单链的断裂^[1]。

聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）是由17个酶组成的一类超家族，主要参与DNA分子的修复作用。其中PARP分类主要有3种，poly PARPs，mono PARPs，和 Inactive PARPs。其中polyPARPs可以合成聚合的长链ADP核糖，主要进行DNA修复；Mono PARPs 则是将单个的ADP核糖转移到蛋白质上进行翻译后修饰^[2]，而Inactive PARPs不含组氨酸等氨基酸序列，因此没有相应的转运活性，一般不作为药物靶点研究。下表中分别介绍了17种不同的聚腺苷二磷酸核糖聚合酶：