Figure 1. Design of new NAE inhibitors based on X-ray crystal of MLN4924 with NAE and NEDD8 (PDB: 3GZN).
Figure 2. In vivo activity of compound 26 in cell-derived xenografts.
NEDD8 (neural precursor cell-expressed developmentally downregulated 8)是一种结构上与泛素相似的分子，参与蛋白质翻译后修饰，这一过程被称为 Neddylation。Neddylation的底物蛋白参与诸如细胞周期调节、细胞生长及增殖、信号传导、DNA修复及细胞凋亡等过程。因此，Neddylation异常活化会导致肿瘤的发生。Neddylation的机制与泛素化相似，由E1、E2、E3介导一系列酶促反应。其中NEDD8 活化酶(NAE) 是Neddylation 过程中的限速酶，也是Neddylation信号通路中的唯一的活化酶，抑制其活性，能够降低泛素-蛋白酶体系统( UPS) 通路的活性和相关蛋白的降解，进而抑制肿瘤细胞生长。因此，NAE已成为抗肿瘤药物研究的潜在靶标。然而，Millennium公司研究的首个进入临床研究的NAE抑制剂Pevonedistat（MLN4924），在急性髓系白血病(AML)或骨髓增生异常综合征(MDS)病人治疗中，单用的总体响应率却仅有17%。因此，研发活性更高、安全性更好、多结构类型的NAE抑制剂用于临床研究极为必要。
研究团队以化合物MLN4924为基础，首先通过骨架跃迁得到与MLN4924 (NAE: IC50 = 0.26 nM, HCT-116: IC50 = 33.9 nM) 活性相当、结构新颖的嘧啶并三氮唑类母核化合物 4 (NAE: IC50 = 0.21 nM, HCT-116: IC50 = 43.2 nM)。随后，系统性优化MLN4924与NAE共晶结构的溶剂区，得到了体内外活性与MLN4924相当但PK性质得到改善的化合物 26 (T1/2 = 1.36 vs 0.71 h; CL = 16.5 vs 29.7 mL/min/kg; AUClast = 1328 vs 563 h·ng/mL) (Figure 1）。在1 μM浓度下，化合物 26对于468种激酶及突变体无任何抑制作用，显示优异的NAE选择性。化合物 26能明显抑制Neddylation信号通路，导致CRL底物蛋白的蓄积。化合物 26的小鼠耐受性好。在结肠癌HCT-116 (T/C = 0.20) 和人髓性单核细胞白血病MV-4-11 (T/C = 0.19) 两种移植瘤模型中，皮下注射130 mg/kg/QD化合物26，均能显著拮抗肿瘤生长(Figure 2)，显示出优异的进一步研究潜力。
本论文的第一作者是张翱课题组联培博士生熊朝栋以及上海药物所抗肿瘤药理研究团队博士生周丽娜。通讯作者分别为张翱教授以及缪泽鸿研究员和贺金雪研究员。该工作受到国家自然科学基金、上海交通大学药物化学生物学及新药发现前沿研究实验室及创新药物靶标发现平台启动基金等项目的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.1c00242
