ACS Cent. Sci. | 前列腺癌靶向治疗新策略：小分子拮抗剂抑制雄激素受体配体结合域二聚

英文原题：Small-Molecule Inhibition of Androgen Receptor Dimerization as a Strategy against Prostate Cancer

通讯作者：侯廷军、李丹、唐淳

作者：富炜涛、杨浩、胡陈娴、廖佳宁、龚洲、张珉魁、杨帅、叶尚祥、雷艺璇、盛荣、张治国、姚小军、唐淳、李丹、侯廷军

背景介绍

在全球范围内，前列腺癌是男性发病率种排名第二，且死亡率为第五位的恶性肿瘤。靶向雄激素受体（androgen receptor，AR）是治疗前列腺癌重要的策略之一。当前，已上市的AR靶向药物均为特异性地靶向其配体结构域（LBD）的配体结合口袋（LBP）以竞争天然的配体雄激素（睾酮和二氢睾酮）。然而，不可避免的获得性耐药限制了这些上市药物的临床效益。除了配体结构域的配体结合口袋，目前已经开发了多种类型的AR拮抗剂，可靶向其不同的结构域。然而，除了LBP，目前尚无靶向AR其余位点的拮抗剂上市，该领域的研究亟待进一步的深入和拓展。AR作为成熟的成药性靶标，开发作用于全新位点并具有全新结构的拮抗剂，对于克服已有药物耐药性，为患者提供新的治疗选择具有重要的临床价值。

文章亮点

1

受雄激素不敏感综合征和分子动力学模拟研究结果的启发，作者发现了AR LBD二聚体界面结合位点（DIP）是一个全新的潜在药物分子结合位点。

2

结合计算机辅助药物设计技术（CADD）苗头化合物发现和化学结构修饰，作者基于新位点DIP发现了具有开发潜力的AR拮抗剂M17-B15。

3

除了AR的DIP具有开发潜力，多个相关的核受体存在类似区域，这一发现为相关核受体的DIP靶向分子的开发提供了重要参考。

图文解读

反向思考，发现AR上新的活性分子结合位点

雄激素在生殖和非生殖系统的正常生理、发育和代谢过程中具有重要的作用。雄激素与其受体AR结合后，会诱导 AR 的构象变化，进而使其与热休克蛋白解离、AR 发生二聚化以及从胞质转运到细胞核中，随后与雄激素反应元件的特定 DNA 区域结合，发挥相关功能。异常的AR活性与多种疾病相关，如前列腺癌和雄激素不敏感综合征等。众多AR LBD 界面间的氨基酸残基点突变与雄激素不敏感综合征密切相关，即在正常水平的雄激素状态下，AR无法发挥其正常的功能。作者猜测其与氨基酸残基点突变破坏AR二聚相关。因此，作者选取野生型AR LBD二聚体（ARWT）晶体结构，构建了雄激素不敏感综合征相关的代表性氨基酸残基点突变W751R（ARW751R）和F754V（ARF754V）二聚体进行分子动力学模拟，模拟发现ARWT能够保持二聚体稳定，而ARW751R和ARF754V在模拟中则均很容易被分离（图1A-C）。在模拟结果的基础上，作者纯化了这三种蛋白，采用小角X光散射实验进一步证实了这一结果，即AR LBD的二聚体界面上的点突变可以破坏二聚体的稳定性（图1D）。

作者反向思考，大胆假设靶向AR LBD二聚体界面的活性小分子有可能抑制AR的二聚，从而抑制AR的活性，最终达到抗前列腺癌的目的（图1E）。通过结构分析，作者发现AR LBD二聚体界面的确存在一个分子结合空腔，而这个结合空腔是否可以成为小分子的结合位点，尚未可知。为了验证这一猜想，作者整合多种CADD技术，筛选了商业化合物库约160万个分子，最终选取了476个分子进行实验验证，并发现了苗头化合物M17（图1F-G）。

图1.（A-C）分子动力学模拟前（粉红）和后（蓝色）ARWT、ARW751R和ARF754V叠合图；（D）小角X光散射证明氨基酸残基点突变会破坏AR LBD的二聚；（E）AR LBD界面存在全新的结合口袋；（F）计算机虚拟筛选化合物库流程图；（G）476个化合物抑制AR活性结果。

基于CADD辅助，发现活性提升约31倍的AR拮抗剂M17-B15

考虑到苗头化合物活性方面距离上市药物依旧有很大的差距，作者结合分子动力学模拟、关键氨基酸残基分解的分析以及4轮药物化学构效关系分析和优化，最终获得了相比苗头分子M17抑制AR转录活性提升了约31倍的M17-B15，达到和上市药物恩杂鲁胺同等水平（图2）。在小鼠移植瘤模型中，同为瘤内注射情况下，M17-B15展现优于恩杂鲁胺的抑制肿瘤生长活性（图3）。

图2.  计算机模拟构建M17结合在AR LBD 二聚体界面的结合模式（A-F）和M17结构优化4步路线图（G）。

图3. M17-B15抑制LNCaP细胞小鼠移植瘤模型

总结与展望

AR作为核受体家族一个热门的成药性靶标，发现新的分子结合位点对于AR的靶向治疗具有重要的临床和商业价值。本文在雄激素不敏感综合征的理论分析和实验验证的基础上，提出了一个极具潜力的全新位点AR DIP，并结合CADD技术、化学修饰、分子生物学和药理学实验等多学科，发现了体内外具有优异活性和选择性的全新AR拮抗剂M17-B15。此外，核受体家族还有很多核受体存在DIP位点，也是未来靶向治疗研究的新契机。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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