【JMC】利用合成致死的小分子药物研发的现状和未来前景

近年来，合成致死已被认为是抗癌治疗的典型范例。越来越多的合成致死靶标的发现导致合成致死剂的使用显著扩大，远远超出了用于治疗 BRCA1/2 缺陷肿瘤的治疗。本文重点关注合成致死靶点及其小分子抑制剂的最新进展，描述其设计和相关治疗策略。

合成致死的传统定义，强调其在识别新药物靶点（例如，基因 A 的改变证明靶向基因 B 是合理的）、开发协同药物组合 (例如，靶向 SL 基因对（A B) 或利用第三个基因 C) 的协同药物组合，并对癌症患者进行精准分子分型以进行定制治疗。

1. DNA 损伤反应 (DDR)中的合成致死

１.1. PARP 和 BRCA1/2

合成致死 在临床上的概念最好的例证是使用聚 (ADP-核糖) 聚合酶 (PARP) 抑制剂 (PARPi) 专门针对缺乏同源重组 (HR) DNA 修复因子 BRCA1 或 BRCA2 (BRCA1/2）。PARP 是参与 DNA 单链断裂 (SSB) 修复的蛋白质家族，通过与 DNA 损伤位点结合并使用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 作为辅助因子介导聚 (ADP-核糖基) 化来发挥其功能（PARylation）作用于靶蛋白，包括 PARP 本身。

PARPi 通过结合并捕获染色质上的 PARP 酶发挥作用，从而导致 SSB 转化为 DSB，这是一种必然需要 HR 修复的损伤。PARPi的使用会阻止肿瘤修复单链DNA断裂并增加DSB的发生率。因此，在对已经存在潜在 HR 缺陷（例如 BRCA1/2 缺陷）的肿瘤进行给药后，肿瘤细胞会因合成致死而无法生存和死亡，而正常细胞则不会受到伤害（图 2）。

PARPi 在 2014 年达到了第一个重要里程碑，当时美国 FDA 和EMA 批准阿斯利康的奥拉帕尼 (Lynparza) 作为单药治疗患有种系 BRCA 突变的晚期卵巢癌患者(gBRCAm)。在过去的十年中，PARPi 类药物持续被成功使用，越来越多的 PARPi 进入临床试验或被批准用于治疗 BRCA1/2 和/或体细胞 HR 缺陷型肿瘤（包括卵巢癌、胰腺癌、乳腺癌、和前列腺癌单一疗法或联合疗法）就证明了这一点。以下 PARPi 已在美国和/或欧盟获得授权：rucaparib (Rubraca)、niraparib (Zejula)、和 talazoparib (Talzenna)。此外，fuzuloparib (AiRuiYi) 和 pamiparib (Partruvix) 已在中国获得授权（图 1）。

图 1.全球卫生组织（FDA、EMA 和 NMPA）批准 PARPi 的代表性药物时间线。

尽管获得了这些突破性的批准，但 PARPi 在临床上的成功仍受到毒性和耐药机制的阻碍。因此，最近的研究转向探索利用 PARPi 的有前途的组合方法，目的是利用协同效应来提高疗效并使 PARPi 耐药肿瘤对治疗敏感。虽然 PARPi 与 DNA 损伤化疗的组合，由于血液学毒性的重叠而面临问题，但更新、更有针对性的疗法已经显示出有希望的结果并正在临床开发中取得进展。

在这种情况下，PARPi 已在临床前水平上与通过直接或间接干扰 HR 诱导 BRCAness 表型或更广泛的同源重组缺陷 (HRD) 样表型的药物联合进行研究。最后，值得强调的是 PARPi 和免疫疗法的良好协同作用（图 2）。PARPi 抑制 DNA 修复，导致 dsDNA 片段释放到胞质溶胶中，这反过来又激活 cGAS/STING 信号传导。PD-L1 上调与 DNA 断裂的积累呈正相关。

图 2.PARPi 在 BRCAmut 肿瘤中的应用，以实现合成致死 和 PARPi 组合策略，以增强疗效并克服耐药性。

此外，克服与 PARPi 相关的毒性的策略转而侧重于开发新型 PARP 调节剂（例如 PARP 选择性抑制剂、双重抑制剂、PROTAC 降解剂和前药）。

2.2 PARG

聚（ADP-核糖）聚糖水解酶 (PARG) 是一种通过催化去 PARylation 来保护基因组完整性免受复制应激的酶，为 DDR 内的治疗干预提供了令人兴奋且有趣的点。PARG 在癌症中经常上调，并且与 PARPi 耐药性呈正相关。PARG 抑制剂 (PARGi) 最初被预测在 BRCA2 缺陷的肿瘤细胞中具有活性，暗示其合成致死机制可能与 PARPi 平行。然而，最近有报道称，抑制 PARG 或 PARP 后的后果可能表明与 HRD 状态相关的不同药理学和遗传依赖性。大多数报道的靶向 PARG 的小分子的应用由于其低微摩尔 IC50 和低细胞渗透性而受到限制。

最近，阿斯利康通过均质时间分辨荧光 (HTRF) 高通量生化筛选（140 万种化合物）鉴定出一种有效且具有细胞渗透性的 PARGi，PDD00017273（图 4）。这一发现之后是对其化学型的迭代化学修饰和优化。2 和 3 的化合物的 EC50 值分别为 3.9 和 0.019 μM，但它阻碍了其溶解度（1% 中<10 μM） DMSO/PBS)。通过用二甲基吡唑取代环丙基环进行进一步优化，开发出有效的 (EC50 = 0.026 μM) 和可溶性化合物 PDD00017273，从而可以研究 PARG 细胞药理学。尽管取得了这些令人鼓舞的结果，但由于 PDD00017273 的代谢稳定性较差，因此无法在体内进行研究[小鼠和人微粒体中的内在清除率 (CLint) 分别为 211 和 78 μL min–1 mg–1。

Ideaya 基于这些发现开发了IDE161，一种口服生物可利用的 PARGi。虽然 IDE161 的结构尚未公开，但正如公司专利（ WO2021/055744A1）中所述，它很可能是 4 位取代的吲哚和吲唑磺酰胺衍生物。在乳腺癌和卵巢癌细胞系（包括对 PARPi 耐药的细胞系）中表现出抗增殖活性。根据首次临床试验的结果，将有可能评估 PARG 在治疗 BRCA1/2 缺陷和 HR 缺陷肿瘤中的治疗相关性。

图 4.PARGi 结构。关键结构特征以绿色突出显示，对结合模式重要的氨基酸通过红色虚线圆圈表示。

2.3 USP1

泛素化和去泛素化被认为是维持细胞稳态的关键机制，它们的改变有助于肿瘤的发展。参与这些过程的酶，特别是 E3 泛素连接酶和去泛素酶 (DUB)，已被视为抗癌治疗的潜在靶标。最具特征的人类 DUB 之一是泛素特异性蛋白酶 1 (USP1)，它在细胞对 DNA 损伤的反应中发挥着重要作用。事实上，USP1 与 USP1 相关因子 1 (UAF1) 的复合物通过增殖细胞核抗原(PCNA)和FANCD2的去泛素化作用于两个重要的 DDR 途径，即跨损伤合成 (TLS) 和链间交联 (ICL)修复。抑制USP1会导致可逆蛋白质泛素化调节机制受损，导致单泛素化PCNA和FANCD2水平升高，从而导致DNA修复损伤（图5）。重要的是，USP1 在某些人类肿瘤类型中经常过度表达，例如宫颈癌和胃癌、非小细胞肺癌、黑色素瘤和肉瘤，这表明 USP1 可能代表癌症治疗的有效靶点。

图 5.USP1 功能和 UPS1 抑制剂相关的 DNA 损伤的示意图。

通过定量高通量筛选 (qHTS) 和随后对命中化合物进行药物化学优化，开发了ML323（图 6 和表 1）。这种 USP1-UAF1 去泛素酶复合物的纳摩尔抑制剂，表现出显著的选择性。据报道通过变构机制发挥其作用，与远离 USP1 活性位点的地方结合（图 6）。

图 6.USP1i总结（上）。关键和常见的结构特征分别以绿色和紫色突出显示。ML323（灰色）与 USP1（橙色）复合的冷冻电镜结构，USP1（橙色）与泛素结合，FANCD2（7ZH4）（底部）。与抑制剂相互作用的氨基酸呈绿色，而氢键 (HBs) 表示为黄色虚线（使用 PyMol 制备）。

表 1.文中讨论的 USP1i 及其临床前/临床评估

最近关于 USP1 与 ML323 结合的冷冻电镜结构的报告 [7ZH4] 首次揭示了抑制剂与酶的结合。该结构显示了 USP-1 结合位点中的抑制剂与许多疏水性残基，三唑环与谷氨酰胺 160 (Q160)、 嘧啶环与谷氨酰胺 97 (Q97) 介导的两个 HB 的相互作用（图6）。

最近，Tango Therapeutics 发表的一项研究表明，USP1 抑制对 BRCA1/2 突变肿瘤以及 BRCA1/2 野生型肺和卵巢肿瘤的有效，这表明USP1 依赖于 PCNA 泛素化和随后的蛋白质降解。在 BRCA1 突变细胞中，I-138对 USP1 的抑制会导致单泛素化和多泛素化 PCNA 的积累，与 DNA 合成和 DNA 损伤水平降低相关。I-138是一种与ML323结构相关的专利小分子（WO2017/087837A1）。I-138 在变构位点与 USP1-UAF1 结合，该位点被认为是相同的 ML323 结合位点。I-138 对 USP1 的抑制选择性降低了 BRCA1 突变乳腺癌细胞系 MDA-MB-436 的活力，但不降低野生型乳腺癌细胞系 HCC195 的活力。总之，这些发现证明了 USP1 和 PARPi 组合在体外和体内治疗 BRCA1/2 突变肿瘤中的益处。

Tango Therapeutics还一直专注于TNG348的开发，这是一种高选择性变构USP1抑制剂（USP1i），用于治疗BRCA1/2突变肿瘤和其他HRD肿瘤。在 BRCA1/2 突变乳腺癌和卵巢癌的PDX模型中，TNG348 与 PARPi 具有强烈协同作用。在 PARPi 敏感和耐药模型中都观察到了 USP1i 和 PARPi 之间的协同作用。TNG348 目前正在 1/2 期临床试验中作为单一疗法或与奥拉帕尼联合治疗 BRCA1/2 突变或 HRD 实体瘤患者进行评估 (NCT06065059)。

同时，KSQ Therapeutics还开发了一系列小分子、强效、高选择性的USP1i。值得注意的是，在这些分子中，化合物 KSQ-4279 在结构上与 I-138 和 TNG348 相关，在具有 BRCA 突变或 HRD 改变的细胞系中引发 USP1 单泛素化底物的积累。在卵巢和 TNBC 来源的肿瘤异种移植模型中评估了 KSQ-4279 的活性，其中它表现出对肿瘤生长的剂量依赖性抑制。KSQ-4279 进入针对携带 BRCA 突变或其他 HRD 损伤的肿瘤患者的 1 期临床试验，无论是作为单一药物还是与 PARPi 联合使用 (NCT05240898)。

2.4. Polθ

Polθ 是一种多功能 DNA 修复酶，是容易出错的 Polθ 介导的末端连接 (TMEJ) 途径的核心，当 NHEJ 或 HR 受损时，可作为修复 DSB 的重要备用途径。Polθ 由 N 端解旋酶样结构域 (HelD) 和 C 端 DNA 聚合酶结构域 (PolD) 组成，通过大的非结构化中心区域连接。这种独特的结构使 Polθ 能够通过其聚合酶功能进行 DNA 合成，并通过其解旋酶结构域以 ATP 酶依赖性方式与 HR 竞争。有趣的是，Polθ 在多种人类癌症中过度表达，包括结直肠癌、乳腺癌、卵巢癌、肺癌和胃癌，而在大多数正常细胞中，它的表达水平较低或完全不表达，这使得该酶成为理想的靶标用于肿瘤。

考虑到这一证据，Polθ 抑制可以为多种肿瘤提供一种新的治疗策略，包括 HR 和 NHEJ 缺陷的癌症。

Novobiocin为一种 Polθ HelD 抑制剂，但尽管临床前结果有希望，在评估其作为 合成致死 策略的 Polθi 的适用性时应谨慎，因为其实体瘤 1 期临床试验最近已进行暂停（NCT05687110）。2023年，Idaya宣布批准GSK101（IDE705）的IND申请，GSK101（IDE705）是另一种Polθ HelD抑制剂，用于与niraparib（PARPi）联合治疗HRD肿瘤患者。结构的公开目前仅限于描述噻二唑基衍生物的开发的专利申请(WO2020/243459A1和WO2022/118210A1)。此外，Repare Therapeutics最近宣布将于2024年下半年开始针对RP-3467（结构未公开）的临床试验，RP-3467被描述为一种潜在的同类最佳Polθ HelD抑制剂，该抑制剂具有BRCA缺失的合成致死，并且能够在PARPi 耐药模型中的具有协同作用。

表 2.文中讨论的 Polθi 及其临床前/临床评估

2021 年，在筛选了约 165,000 种化合物后发现了 Polθ-Pol 结构域抑制剂ART558（图 7）。ART558 是一种小分子取代的吡咯烷，针对全长酶的IC50 为 7.9 nM，并以高特异性和选择性结合到 Polθ 聚合酶催化结构域的变构结合位点。Polθ-ART558 的共晶体（PDB:7zx1），并能够合理化抑制剂的结合姿势（图 7）。有趣的是，ART558 通过 HB 相互作用通过其 4 位羟基与谷氨酸 2365 (E2365) 相互作用，作者认为这对于解释其效力的提高至关重要。

图 7.Polθi（关键和常见的结构特征以绿色、紫色和黄色突出显示）（左）和 Polθ 与 ART558 复合物的共晶结构（黄色）（右）。与抑制剂相互作用的氨基酸呈橙色。虚线突出显示了 Polθ 的谷氨酸 (E) 2365 和 ART558的 3 位羟基之间发生的 HB。

ART558 对 Polθ 的抑制显示了 BRCA1/2 突变肿瘤细胞的合成致死，导致敲除细胞中的 DNA 损伤比野生型细胞更多，并增强了 PARPi 的效果。进一步的研究产生了ART4215（结构未公开），这是第一个进入临床评估的 Polθi，目前正在进行 Artios Pharma 联合他拉佐帕尼（PARPi）治疗晚期实体瘤的 2 期临床试验（NCT04991480）。

最近，Repare Therapeutics 发表了一项研究，报告了另一种针对聚合酶结构域的 Polθi，即RP-6685（图 7）。通过高通量筛选 (HTS)，产生了融合的 N2 取代吡唑，这被证明是进一步开发的起点，优化 ADME 特性（图 8）。最后，优化产生了 RP-6685，它是异种移植研究中进一步分析的最佳候选者。RP-6685 在 HCT116 BRCA2–/– 小鼠肿瘤异种移植模型中显示出良好的体内疗效。

图 8.RP-6685药物化学优化，主要结构特征以绿色突出显示。

最近，报道了 3-羟甲基-氮杂环丁烷衍生物作为一类新型 Polθ-Pol 结构域抑制剂的开发。作者采用了他们专有的分子生成 AI 平台 (Chemistry42)，然后进行基于结构的药物设计。氘代化合物 C1 显示出最好的轮廓。它在 BRCA 受损细胞中表现出强大的细胞靶点参与和抗增殖作用。此外，C1 表现出的有前景的药物样特性，例如溶解度、渗透性和代谢稳定性，证实了其作为治疗剂的潜力（图 7）。

2.5. RAD51

RAD51 重组酶是一个核心 HR 因子，其活性对于维持基因组稳定性和预防癌症至关重要。一旦 BRCA2 加载到 ssDNA 链上，RAD51 就会催化同源 DNA 模板上的链入侵，从而启动 HR 修复。除了在 DSB 修复中发挥作用外，RAD51 还在复制应激反应期间对停滞或崩溃的复制叉发挥其功能。RAD51 在多种癌症中过度表达，包括胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、非小细胞肺癌、白血病和胶质母细胞瘤。

除了 RAD51 作为 HRD 和 PARPi 敏感性生物标志物的潜力之外， RAD51 药理学抑制也被研究作为用 PARPi 诱导的合成致死策略。然而，RAD51 抑制剂 (RAD51i) 向临床的转化进展缓慢，迄今为止还没有 RAD51i 进入临床试验。

通过基于两个结合口袋的高通量对接以及 SAR 优化的虚拟筛选。发现了通过 II 区结合二氢喹啉吡唑啉衍生物ARN24089（图 9）它破坏了 BRCA2-RAD51 蛋白质-蛋白质相互作用，从而模拟了 BRCA2 损伤的影响。该化合物可抑制 HR 活性，并与奥拉帕尼协同作用。BRCA2-RAD51 抑制剂ARN24992，该抑制剂是对人野生型 RAD51 进行 19F 核磁共振片段筛选，然后进行药物化学优化的结果（图9 )。

Scott 等开发了 CAM833（图 9 和 10），它是 BRCA2-RAD51 相互作用结合区 I 的抑制剂。晶体结构显示 CAM833 与 RAD51 寡聚口袋结合，从而减少 RAD51 焦点和细丝，从而防止通过 HR 进行 DNA 修复。最终，CAM833 增加了 IR 诱导的细胞毒性，并与 PARP1i 产生协同作用（表 3）。

图 9.RAD51-BRC4 复合物的晶体结构（1N0W）（上）。红色突出显示区域 I，紫色区域 II。BRCA2-RAD51 相互作用的抑制剂（下）。

图 10.RAD51 与 CAM833 复合的晶体结构（6TW9）。粉色是蛋白质，浅蓝色突出显示了主要相互作用，而绿色是化合物。

表 3.BRCA2-RAD51 相互作用抑制剂的临床前评估

2.6 RAD52

RAD52 参与多种 DNA 修复途径，包括 HR、单链退火 (SSA) 和 RNA 依赖性 DNA 修复。此外，RAD52 还参与解决停滞的复制叉问题。RAD52 似乎对于正常细胞的生存能力不是必需的，但在癌症条件下，当其他 DSB 修复相关蛋白发生突变时，RAD52 就变得至关重要。因此，RAD52 已成为辅助化学诱导 合成致死疗法的新靶标，避免耐药性和严重副作用。抑制 RAD52 会在许多具有缺陷 DNA 修复相关蛋白（例如 BRCA1/2、PALB2、XAB3 和 RAD51）的癌细胞中诱导的合成致死。

研究人员投入了大量精力来鉴定和表征 RAD52 抑制剂 (RAD52i)，但尚未达到临床开发阶段。靶向 RAD52 结构是一项巨大的挑战，因为 RAD52 组织成十一聚体蛋白环，这也会导致与 ssDNA 的多价相互作用。另一个重要的挑战是开发对 RAD52 相对于其他 ssDNA 结合蛋白具有选择性的抑制剂，以避免二次靶标结合毒性。

2013 年，开发了肽适体F79（图 11）作为 RAD52i。F79 在 BRCA2 和/或 HR 突变的肿瘤细胞中发挥合成致死。F79 选择性杀死 BRCA 缺陷的白血病细胞，对正常细胞的风险较低，并且在乳腺癌、胰腺癌细胞和卵巢癌细胞中也显示出 SL（表 4）。

图 11.RAD52i。主要结构特征以绿色显示。

表 4.RAD52i 及其临床前评估。

2016年，通过 HTS 和荧光猝灭测定鉴定了一系列新的 RAD52 小分子抑制剂。其中，D-I03（图11）是生化和细胞测定中最有效的化合物。D-I03 可有效减缓小鼠体内 BRCA1 缺陷的异种移植肿瘤的生长。但 D-I03 的硫脲骨架有几个缺点，包括溶解度差以及代谢和化学不稳定。

2016 年，新型 FRET-HTS 测定的开发，该测定导致了表没食子儿茶素 (EGC) 的鉴定（图 11），这是一种与 ssDNA 竞争结合 RAD52 但不结合 RPA 的天然化合物。EGC 失调 DSB 修复并导致 BRCA1/2 耗尽和 MUS81 耗尽的细胞活力降低。尽管 EGC 及其类似物具有良好的体外生物学结果，但其 ADME 特性较差，这主要是由于肠道吸收率较低。此外，EGC 类似物的极高亲水性在脂质配方中造成了均质性问题。

通过有关 RAD52 与 EGC 的药效团信息允许支架跳跃到类似药物的合成可访问空间。鉴定出六种不同的化学骨架，它们与 EGC 占据相同的 RAD52 物理空间。这六种化合物均对 RAD52i 有效，特别是针对 RPA-RAD52-ssDNA 复合物 (IC50 ∼ 8–96μM)（图 11）。

2. 与基因组稳定性相关的核激酶

核激酶在协调响应 DNA 损伤的信号通路中发挥着关键作用。这些酶通过磷酸化参与 DNA 修复、细胞周期停滞和细胞凋亡的靶蛋白来充当关键调节剂。一旦检测到 DNA 损伤，这些激酶就会被激活并引发一系列事件，以确保基因组稳定性和细胞存活。主要参与者包括 ATR/CHK1/WEE1、ATM/CHK2/p53、PKMYT1 和 DNA-PK（图 12）。此外，PLK1 和AURKA 也参与DNA损伤检查点调节（图 12）。

图 12.与 DDR 相关的核激酶及其相关抑制剂的示意图。

2.1 ATR

ATR 被更广泛的基因组应激所激活，快速分裂的细胞承受高水平的复制压力，并且往往高度依赖 ATR 途径。ATR 的一项重要功能是通过磷酸化下游激酶 CHK1 来诱导 G2/M 停滞，从而为 DNA 修复提供足够的时间。简而言之，CHK1 通过磷酸化一系列针对细胞周期的 CDC25 磷酸酶进行降解或隔离，从而引起信号级联，从而导致细胞周期在 S 内和 G2/M 检查点处停滞（图 12）。通过小分子抑制 ATR 在 ATM 或 p53 缺陷的细胞中似乎具有合成致死。

ATRi 的结构分为两类。第一类是吗啉铰链结合物组，以AZ20为例（图 13）。此类化合物具有 ATP 竞争性，并通过其甲基吗啉取代基与蛋白质的铰链区结合。此外，连接到吡啶或嘧啶中央核心的杂环与蛋白质主链建立了重要的HB(图13)。AZD6738(ceralasertib，阿斯利康）是从AZ20开发而来，旨在提高水溶性并消除CYP3A4时间依赖性抑制。

AZD6738 已成为第一个进入临床试验的口服 ATRi。AZD6738 最近通过支持广泛的免疫调节而显示出临床治疗益处，这表明其具有更广泛的抗肿瘤治疗潜力。BAY1895344（elimusertib，拜耳）和RP-3500（camonsertib，Repare Therapeutics，与罗氏合作开发）是另外两种口服 ATRi，作为 DDR 缺陷肿瘤的单一药物进行临床试验（表5）。

图 13ATRi 结构。关键和常见的结构特征以绿色、紫色和黄色突出显示。

表 5.ATRi 抑制剂、其临床前评估和相关临床试验

第二类 ATRi 包括 Vertex 发现的氨基嘧啶（图 14）。Berzosertib（M6620 或 VX-970，由 Vertex 和 Merck 开发）是第一个进入临床研究的 ATRi。Berzosertib 是药物化学优化的结果，旨在维持吡嗪-2-胺的氢和恶唑环的氧之间的分子内氢键 (IMHB) 相互作用，从而产生生物活性构象，避免两者之间不必要的空间冲突。此外，用甲胺对苄基环进行官能化，可以利用 ATP 结合位点的带负电区域，从而产生具有良好理化性质（水溶性为 52 μM）的有效分子（IC50 = 0.074 μM）（图 14） 。尽管正在接受临床评估，无论是作为单一疗法还是联合疗法，berzosertib 对 mTOR 的选择性有限。

Vertex 和 Merck 最近报道了gartisertib（M4344 或 VX-803），这是一种更有效（IC50 = 0.005 μM）和选择性氨基嘧啶衍生物。在 I 期研究中，gartisertib 已在携带功能丧失突变的患者中进行了测试，特别是 ARID1A、ATRX、DAXX 和 ATM 基因，已知这些基因通过 ATR 抑制具有综合致死性。然而，该研究报告了意想不到的肝毒性，这阻止了 gartisertib 的进一步发展并导致其停产。

图 14.ATRi 结构。关键结构特征以绿色和紫色突出显示，对结合模式重要的氨基酸以红色虚线圆圈表示。

ATRN-119（Aprea Therapeutics）属于 ATRi 氨基嘧啶类。ATRN-119 的临床前评估数据有限，但它为一种有效的 (IC50 = 0.004 μM) 和口服生物可利用的衍生物，可以从其大环结构中获得高选择性（对于 mTOR > 2000 倍）（图 14）。ATRN-119 正在进行针对 DDR 缺陷的实体瘤的 1/2a 期剂量递增试验（表 5）。

2.2 ATM

ATM 可以通过两种不同的机制激活，要么是提供活性氧 (ROS) 的反应，要么更常见的是响应 DSB。在后一种机制中，MRN 复合物(MRE11-RAD50-NBS1)招募 ATM 同二聚体，然后ATM被单体化，随后促进 DNA 断裂和 ATM 单体之间的相互作用（图 12）。ATM 的激活受到翻译后修饰的精细调节，包括酰基转移酶 TIP60 对 Lys3016 的乙酰化，进而促进 Ser1981 自磷酸化，被称为激活 ATM 的标志，因为它在 DSB 形成后立即发生。激活的 ATM 反过来磷酸化 MDC1 或 γH2AX 以放大修复信号。ATM/CHK2/p53 通路除了通过 CDC25A 的磷酸化和降解部分参与 G2/M 检查点调节之外，还控制 G1/S 检查点，负责去除CDK 的抑制性磷酸化。

由于其在 DDR 中的作用，ATM 已被确定为潜在的药物靶点，观察到ATM与 PARP、BRCA1、DNA-PK、Polθ、XRCC1、APE1 和 Fanconi 贫血途径具有合成致死关系。在使用 PARPi（例如，NCT02975934）和 ATRi（例如，NCT04657068）治疗 ATM 缺陷肿瘤的 I 期临床试验中取得了成功。反过来，具有一种或多种这些基因缺陷的肿瘤可能是使用 ATM 抑制剂 (ATMi) 治疗的候选者。

AZD0156是阿斯利康开发的第一个进入临床试验的抑制剂。然而，在接受 AZD0156 和奥拉帕尼联合治疗的患者出现严重血液学毒性后，该公司将其从管道中移除（图 15）。随后，阿斯利康开发了AZD1390，这是一种口服生物可利用的 ATMi，在多种临床前模型中具有改善的 BBB 特性（0.1 μM 时 MDCK 细胞中的流出比为 1.8，食蟹猴脑中的 Kp,uu 为 0.33），使其成为中枢神经系统恶性肿瘤的合适临床候选药物。

目前，M4076(Merck KGaA) 是迄今为止临床试验中最有效和最具选择性的 ATMi (ATM IC50 = 0.2 nM)。它与 AZD0156 和 AZD1390 具有类似核心骨架以及类似的取代（ WO2020/193660A1）。ATM 与 M4076 复合的冷冻电镜结构揭示了其作用模式（图 15）。尽管临床评估正在进行中，但 ATM 已被证明是可靶向的，并且 ATMi 似乎是 DDR 突变癌症的一种有前途的治疗选择。

图 15.ATMi 结构。关键和常见的结构特征以绿色、紫色和黄色突出显示。ATM（绿色，7NI4）与抑制剂 M4076（青色）复合物的冷冻电镜结构（右上）。对与抑制剂相互作用至关重要的氨基酸用红色表示，而 HBs 用黄色虚线表示。

2.3　DNA-PKcs

DNA-PK 包含一个催化亚基 (DNA-PKcs) 和一个称为 Ku（由 Ku70 和 Ku80 组成）的调节异二聚体。在 DSB 上定位后，Ku70/Ku80 招募 DNA-PKcs 形成活性 DNA-PK 复合物。在 NHEJ 中发挥关键作用，NHEJ 是 G2/S 期外或 HR 受损时细胞使用的 DSB 修复机制（图 12）。此外，DNA-PK 还参与复制应激反应和 DNA 损伤检查点。

据报道，DNA-PKcs 在 DDR 过程中对许多基因具有综合致死性。主要的合成致死配对关系是前面提到的 ATM，因为这两个基因具有互补性，这两个基因的失活会导致胚胎致死。此外，由于同时抑制 NHEJ 和 HR 往往会导致过度依赖 HR 的肿瘤发生 SL，因此在 DNA-PKc 与 HR 主要驱动因素（如 BRCA1、BRCA2、CHK2、RAD50、PTIP、PAXAP 和 MSH3）之间可以看到合成致死性。

因为由于各种激酶之间的结构相似性，DNA-PKcs 和其他 PIKK 成员之间出现了选择性问题。M3814（peposertib，Merck KGaA， WO2020/193660A1）和AZD7648（阿斯利康）是两种被广泛描述的 DNA-PKcs 抑制剂 (DNA-PKcsi)，与其他 PIKK 相比，其选择性较高（图 16）。尽管这两种分子在体外和体内均增强了放疗和化疗（AZD7648 使 ATM 缺陷的癌细胞对放疗和 PARPi 敏感），但它们的临床转化并不成功。除肿瘤细胞外，健康细胞的全身放射增敏也导致了副作用，这些副作用无法通过足够令人满意的患者反应来抵消，最终导致两种分子的计划终止。

图 16.DNA-PKcsi 和双 DNA-PKcsi/ATMi 的结构。主要结构特征以绿色突出显示。

DNA-PKcsi 的最新策略之一是最近开发的XRD-0394(XRad Therapeutics)，这是一种 ATM/DNA-PKcs 双重抑制剂，它共享咪唑-2-酮核心作为 DNA-PKcsi 和 ATMi 之间的共同结构，并利用之间的合成致死两个靶标（图 16）。这种口服小分子被描述为两种蛋白质的有效抑制剂，对人类肿瘤细胞中结构相关的 PIKK 激酶（包括 ATR 和 mTOR）没有显著抑制作用。体外和体内疗效显示出显著的剂量比例放射增敏作用，没有明显毒性。此外，在缺乏 BRCA1/2 的细胞中，XRD-0394 与 PARPi 结合显示出协同作用，因此有可能扩大其在耐药情况下的应用。基于这结果，XRD-0394 最近已进入一项与姑息性放射治疗相结合治疗实体瘤的临床试验 (NCT05002140)。

2.4 PLK1

Polo 样激酶 1 (PLK1) 是一种丝氨酸/苏氨酸核激酶，在控制基因组稳定性方面具有不同的功能。它的主要作用涉及有丝分裂的进展、中心体的成熟和纺锤体的组装。此外，最近的证据表明它与 DNA 损伤和复制应激反应有关。已被广泛研究的 PLK1 的主要生理功能是其参与 G2/M 检查点。被 AURKA 激活后，PLK1 促进 WEE1 和 PKMYT1 的抑制性磷酸化，导致它们降解并随后激活 CDK1，从而诱导细胞周期停滞（图 12）。癌症中 PLK1 过度表达通常与不良预后相关，因此将 PLK1 确定为有前途的药物发现靶点。

PLK1 由两个结构域组成，一个激酶结构域 (KD) 和一个 polo-box 结构域 (PBD)，它们为 PLK1 抑制剂 (PLK1i) 的设计提供可药物靶标。目前有 10 个 PLK1i 进入了临床试验。然而，临床前研究的有希望的结果并没有转化为临床疗效，因为 PLK1i 的效果有限、耐药性和血液学毒性通常是由于缺乏对 PLK2/PLK3 的选择性而引起的。

值得注意的是 FDA 于 2013 年指定了volasertib的突破性疗法 [BI6727]，这是一种由 Boehringer 开发的 ATP 竞争性二氢蝶啶酮 PLK1i（IC50 = 0.78 nM，PLK2/PLK3 选择性倍数 = 6/64）用于治疗急性髓系白血病（AML）患者。但 volasertib 单药治疗或与化疗联合的 3 期试验后报告的临床疗效未能重现积极结果，导致其开发停止。在这种情况下，寻找 PLK1 合成致死配对基因可能是一种有效的策略，尽管它仍处于起步阶段。据报道，PLK1 和 BRCA1、TP53、 KRAS 突变和 CCND1 过表达肿瘤之间存在合成致死 相互作用。

在 2020 年，FDA 为onvansertib[NMS-1286937] 指定了快速通道，这是另一种有效且更具选择性的 ATP 竞争性 PLK1i（IC50 = 3 nM，PLK2/PLK3 选择性倍数 = 5000）。适用于 KRAS 突变的转移性结直肠癌 (mCRC) 患者 (NCT03829410)。最近的临床前研究建议重新审视先前建立的 PLK1i 并评估其在特定突变肿瘤中利用合成致死的潜力。

图 17.PLK1i 结构及其实现合成致死的应用。

2.5 WEE1/PKMYT1

由于 p53 突变，许多人类癌细胞的 G1/S 检查点调节不足，因此严重依赖 G2/M 检查点调节。在负责协调细胞反应的众多激酶中，WEE1 参与细胞周期进程。WEE1 通过 CDK1 和 CDK2 的磷酸化发挥 G2/M 检查点的关键抑制因子的作用，导致 G2/M 停滞并为 DNA 修复留出时间（图 12）。因此，抑制 WEE1 会导致过早进入有丝分裂和随后的有丝分裂灾难。WEE1 在许多癌症中强烈表达，其抑制已成为癌症治疗中一种有吸引力的策略，特别是在 p53 突变癌症的合成致死策略中以及与其他 DNA 损伤剂或激酶抑制剂（如 ATRi ）。

迄今为止，文献中已报道了几种不同的 WEE1 抑制剂 (WEE1i)，它们具有不同的支架，并通过各种药物化学方法开发。

由阿斯利康开发的 WEE1iadavosertib[AZD1775（图 18A）] 最近因毒性较差而停产（表 6）。事实上，AZD1775 的活性和 p53 状态之间的相关性似乎存在争议，因为无论 p53 状态如何，它都在肉瘤细胞中表现出细胞毒性作用。可能的解释是，AZD1775被发现可靶向多种激酶，并且对WEE1和PLK1表现出相当的效力，这表明其作用机制比简单的合成致死对更复杂。

图 18.　(A) WEE1i化合物结构。(B) PKMYT1i化合物结构。关键和常见的结构特征以绿色、紫色和黄色突出显示。

表 6.WEE1 和 PKMYT1 抑制剂及其临床前/临床评估

IMP7068（Impact Therapeutics）是另一种最近进入临床试验的 WEE1i，特别是针对具有 p53 突变的肿瘤。IMP7068的结构尚未公开，但公司相关专利申请（WO2018/090939A1）描述了一种属于AZD1775类似物（图 18A）。与 AZD1775 相比，IMP7068 具有卓越的 WEE1/PLK1 选择性（>435 倍），并且在临床前物种中具有良好的 PK 特性（表 6）。

CCNE1 高表达与细胞周期控制的其他蛋白激酶具有以合成致死机制。通过 CRISPR-Cas9 筛选，将 WEE1 样激酶 PKMYT1 鉴定为过表达 CCNE1 的癌症中细胞周期蛋白 E 的 合成致死对。

为了满足对选择性抑制剂的需求，从而研究 PKMYT1 的药理作用，Repare Therapeutics 最近使用基于荧光偏振的竞争性置换测定对已知激酶抑制剂进行了重点筛选。在确定为命中的抑制剂中，3-phenol[化合物1（图 18B）] 似乎是一种出色的先导结构，特别是考虑到观察到的选择性比高度同源的酶 WEE1 高 50-60 倍。由多个共晶结构支持的 SBDD 能够优化关键特性，包括 PKMYT1 基于细胞的效力和激酶活性。随着二甲基苯酚取代基引入氮杂吲哚核心，所得分子以特定的阻转异构体形式存在，可以作为单一对映体进行分离和评估，其中一种对 PKMYT1 的效力增强。ADME 特性的并行优化导致了口服可用的lunresertib[RP-6306（图 18B）] 的鉴定。RP-6306 显示出针对 PKMYT1 的纳摩尔细胞效力、对激酶组（包括 WEE1）有优异选择性、良好的 PK 以及在卵巢 CCNE1 扩增异种移植模型中的最终功效（表6）。Repare Therapeutics 报道的FIC临床候选药物 RP-6306 目前正在 1 期临床试验中进行评估，用于单独治疗各种实体瘤或与 FOLFIRI (NCT05147350)、吉西他滨 (NCT05147272)、和 ATR 选择性抑制剂 RP-3500 (NCT04855656)联用。

最近，Repare Therapeutics 与 Debiopharm 合作，探索 PKMYT1 和 WEE1 的 合成致死组合在癌症中的应用。此次合作旨在探索RP-6306 和 Debio0123之间的协同作用，Debio0123 是一种有效的脑渗透性 WEE1i（图 18A 和表 6），在 Repare 正在进行的临床试验 NCT04855656。

3. 超越DDR的合成致死

虽然超过 70% 的合成致死试验集中于 DDR 通路内的基因，但 合成致死中也出现了与 DDR 以外的通路（非 DDR）。特别值得注意的是临床前研究中非 DDR 研究的大量存在，表明人们对 DDR 以外的 合成致死 的兴趣日益浓厚。尽管如此，有许多非 DDR 合成致死 对的例子，在过去的十年中，临床试验中的非 DDR 合成致死呈现出增长的趋势。

3.1MTAP 和 PRMT5 或 MAT2A

染色体 9p21 (chr9p21) 基因座包含 CDKN2A 基因，这是一种编码关键肿瘤抑制因子的基因，在约 15% 的人类癌症中纯合缺失。由于基因座的临近性，CDKN2A 缺失通常与甲硫腺苷磷酸化酶 (MTAP) 基因的纯合缺失相关，该基因编码甲硫氨酸和腺嘌呤补救途径中的关键酶。MTAP代谢多胺合成的副产物5'-甲硫腺苷(MTA)；因此，MTAP 的缺失会导致 MTA 的积累和蛋氨酸补救途径的阻断（图 19）。删除这些过客基因会产生治疗上易于治疗的癌症漏洞，利用所谓的“附属合成致死”。到目前为止，围绕 MTAP 合成致死对的研究已通过 RNAi 筛选确定了两种代谢酶，即蛋白质精氨酸甲基转移酶 (PRMT5) 和蛋氨酸腺苷转移酶 II α (MAT2A)，作为 MTAP 缺失的 合成致死 靶标（图 19）。PRMT5属于蛋白质精氨酸甲基转移酶 (PRMT) 家族，通过从 S-腺苷-L-甲硫氨酸 (SAM) 转移甲基来协调多个调控程序，包括细胞生长。PRMT5 在包括癌症在内的不同疾病的发病机制中的作用已被证实。(190) MTAP 缺陷细胞中 MTA 的积累会对 PRMT5 产生抑制作用，从而产生破坏细胞活力的脆弱性。事实上，PRMT5 抑制剂 (PRMT5i) 利用这种失调的代谢状态，进而诱导癌细胞凋亡。基因敲除小鼠模型证明了 PRMT5 对细胞存活的重要作用，这解释了临床或临床前研究中常见的 PRMT5i 毒性问题。为了抵消这种毒性，设计了 MTA 竞争性抑制剂，仅在 MTA 存在的情况下优先结合靶标，以减少不依赖于 MTA 的抑制。

图 19.MTAP 消耗与PRMT5抑制(直接或间接抑制 MAT2A) 之间的合成致死关系示意图。

Mirati Therapeutics 最近报道了MRTX1719 (M)-27，这是一种稳定 PRMT5 和 MTA 之间相互作用的小分子。MRTX1719 (M)-27 的开发是基于片段的先导化合物发现 (FBLD) 的一个例子。使用 SPR 进行的初始片段筛选鉴定出片段 F1，该片段在 F1 与 PRMT5·MTA 复合物的晶体结构引导下通过 SBDD 进行片段生长，得到 MRTX1719。随后，MRTX1719 (M)-27 被鉴定为活性且稳定的阻转异构体(图20）。MRTX1719 (M)-27 是 PRMT5·MTA 复合物的有效且选择性结合剂，与 MTAP 野生型细胞相比，可在低纳摩尔浓度下选择性抑制 MTAP 缺失细胞中的 PRMT5。重要的是，MRTX1719 (M)-27 避免了之前 PRMT5i 的造血毒性问题（表 7）。

图 20.MRTX1719 (M)-27 的开发方案以及 TNG908 和 IDE397 的结构。

表 7.文中讨论的 PRMT5/MTA 和 MAT2A 抑制剂及其临床前评估

同样，TNG908（由 Tango Therapeutics 开发的 MTA协同的PRMT5i）目前正在进行 1/2 期临床试验（图 20）。TNG908 是一种脑渗透性小分子，其口服给药可驱动异种移植模型中针对 MTAP 缺失的肿瘤（包括胶质母细胞瘤）的剂量依赖性选择性活性（表 7）。

最近，安进一直在进行AMG193（第二代 MTA 协同的 PRMT5i）的 1/2 期剂量递增研究，以治疗晚期 MTAP 无效实体瘤，并改善毒性特征（图 20 和表 7）。AMG193的结构目前尚未公开，已在公司专利（专利WO2021/163344A1）中标明。

PRMT5 甲基来源 SAM 由酶 MAT2A 产生（图 19）。因此，另一种策略是抑制 MAT2A，这种酶负责产生 SAM，而 SAM 是 PRMT5 的主要甲基来源。事实上，抑制 MAT2A 会导致 SAM 减少，进而导致 PRMT5 的底物缺乏。

Ideaya 开发了 MAT2A 抑制剂 (MAT2Ai)，例如阻止 SAM 产生的IDE397（图 20 和表 7）。然而，SAM 是多种甲基转移酶广泛使用的常见底物。因此，这些药物的存在潜在组织外效应。尽管如此，IDE397 已被报道为同类最佳的 MAT2Ai，其耐受性高于现有的非靶向治疗。因此，IDE397 目前正在进行 1/2 期临床试验，作为单一疗法并与经典化疗联合治疗 MTAP 缺失的晚期实体瘤（表 7）。

3.2 SMARCA2 和 SMARCA4

SWI/SNF 染色质重塑复合物是高度保守的 ATP 依赖性多蛋白表观遗传调节因子，可通过打开细胞核中紧密堆积的染色质结构来结合转录因子。SWI/SNF 复合体包含两个互斥的催化 ATP 酶旁系同源亚基：SMARCA2（也称为 BRM）和 SMARCA4 (BRG1)。SWI/SNF 复合物的突变与癌症的生长和耐药性有关。通过突变失去 SMARCA4 表达的癌细胞高度依赖 SMARCA2 生存。

诺华公司先前公开了一种优化的小分子[参考论文中称为化合物14(图21A)，该小分子在SMARCA4缺陷型癌症中证明了体内抗肿瘤功效。该化合物被描述为 SMARCA2 (IC50 < 0.005 μM) 和 SMARCA4 (IC50 < 0.005 μM) 的变构抑制剂，与 ATP 位点 (Glu852) 附近的口袋结合。尽管活性所需的硫-氧距离保证了相当特异的反式构象，但对两种旁系同源物缺乏选择性阻碍了其发展，导致体内给药时出现剂量限制的耐受性问题。

然而，SMARCA4和SMARCA2的另一种酶抑制剂FHD-286（图21A）已经到达临床，尽管存在潜在的毒性问题，但可能是为了重现相应的遗传合成致死相互作用。Foghorn Therapeutics 开发的小分子被描述为高效且可口服，目前正处于与地西他滨或阿糖胞苷联合治疗复发和/或难治性 AML 患者的 1 期临床试验 (NCT04891757)。尽管 FHD-286 的结合模式尚未公开，但它与化合物 14 共同硫-羰基基序，暗示了类似的结合行为（图 21A）。

图 21.(A) SMARCA2/4 小分子抑制剂的结构。(B) SMARCA2 PROTAC 的结构。主要结构特征以绿色、蓝色和黄色突出显示。对结合模式重要的氨基酸通过红色虚线圆圈表示。

治疗 SMARCA4 突变癌症的另一种靶向 SMARCA2 的策略涉及利用靶向 SMARCA2 溴结构域区域 (Asn1464) 的小分子作为 PROTAC 的手柄。这种方法利用了 PROTAC 相对于传统小分子抑制剂的独特优势，允许选择性降解特定蛋白质，从而避免了针对 ATP 酶活性的抑制剂所面临的选择性挑战。

2019 年，报道了ACBI1，它是SMARCA2 和 SMARCA4 的第一个 PROTAC 降解剂，随后迅速推出了ACBI2（图 21B），这是一款口服 的基于VHL 的 PROTAC 。成功的一个因素是支链连接子的排列更加紧凑，从而提供了较小的 3D 极性表面积。在体外和体内测定中，ACBI2 表现出相对于 SMARCA4 的 SMARCA2 选择性降解，尽管它仅在体内实现了肿瘤停滞。

随后报告了A947(SMARCA2，DC50= 0.039 nM 和 Dmax = 96%；SMARCA4，DC50 = 1.1 nM 和 Dmax = 92%）和SMD-3040（SMARCA2，DC50 = 12 nM 和Dmax = 91%；SMARCA4，DC50 > 1000 nM 且 Dmax = 44%)，SMARCA2 选择性 VHL 型 PROTAC 降解剂对 SMARCA2 的选择性显著高于 SMARCA4。在 SMARCA4 突变癌细胞系和异种移植模型中显示出更强的功效在 SMARCA4 野生型细胞中。

虽然细胞适应的潜在差异是体内模型中经常观察到的肿瘤停滞而不是消退的原因已被承认，但更有效的 PROTAC (Dmax > 95%) 或合理的药物组合正在探索作为增强的一种手段PROTACs 对抗肿瘤细胞的活性。在这方面，MCL1 蛋白正在被评估为跨各种 SMARCA4 突变模型的 SMARCA2 降解的协同伙伴，强调了超出特定细胞环境的更广泛的适用性。

尽管如此，SMARCA2 降解剂在 SMARCA4 突变肿瘤中的治疗原理表明了一个充满希望的临床前景，正如最近进入 1 期临床试验 (NCT05639751) 的 Prelude Therapeutics (PRT3789) 未披露的基于 VHL 的 PROTAC 所证明的。

4. 将合成致死扩展到情境合成致死

肿瘤微环境合成致死是最近添加到经典的基于基因的合成致死中的一个概念。事实上，由于特定的肿瘤条件，例如肿瘤细胞的异质性、代谢状态和肿瘤微环境，经典合成致死的效果可能较弱或无法实现，最终导致治疗耐药性的出现。在这种背景下，肿瘤微环境合成致死代表了一种策略，旨在针对遗传脆弱性和非遗传异常状况，以实现更决定性的抗癌效果（图 22）。主要包括厌氧环境、ROS 水平升高和肿瘤代谢重编程等。

图 22.经典合成致死和肿瘤微环境合成致死的示意图。

5. 未来的展望

合成致死疗法为个性化疗法铺平了道路，希望通过非常合理的方法治疗特定类型的癌症。在此背景下，PARPi 及其在 BRCA1/2 突变肿瘤中的应用引发了抗癌治疗的真正革命。然而，PARPi 在临床的广泛使用凸显了 PARPi 的局限性。特别是，对 PARPi 的获得性耐药是威胁治疗效果及其长期使用的最常见事件。在这种情况下，识别 DDR 所涉及的基因和蛋白质，作为预测生物标志物或 合成致死 分子靶标。这有助于预测处方治疗的有效性并确定患者。此外，它为药物发现中的药物化学活动提供了新的靶标来源，特别是研究所述靶标的成药性，并导致开发新的 DDR 靶向药物作为单一疗法或联合疗法。

参考:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.4c00113IF: 6.8Q1

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