选择性PARP7抑制剂研发进展

走进PARP领域下一个明星靶点PARP7

PARP领域一直是人们研究的热点领域。在2014年，FDA批准了首个获批的 PARP抑制剂 —奥拉帕利，PARP抑制剂是首款根据合成致死原理研发的抗癌药，目前全球已有6款PARP抑制剂药物获批问世，2020年全球市场规模已超过31.35亿美元，根据Evaluate Pharma的预测，到2023年PARP抑制剂的销售额合计将达到45亿美元。

PARP酶家族的成员使用β-NAD+作为底物连续将ADP-核糖部分添加到靶蛋白上（PARsylation）催化蛋白翻译后修饰。PARsylation除了在DNA修复中得到充分研究的作用外，还被证明可以调节多种过程，包括细胞增殖，DNA甲基化，细胞凋亡，转录调节和WNT信号传导。

PARP家族部分基于催化活性可分为三类：monoPARPS催化单ADP-核糖单元转移到其底物上，包括大多数PARP家族成员；polyPARPS催化poly-ADP-核糖单元转移到其底物上，包括 PARP1、PARP2、PARP5A、PARP5b；PARP13 是唯一一个在体外或体内都无法证明其催化活性的PARP家族成员（图1）[1]。

图1. PARP家族

monoPARP蛋白家族在与炎症性疾病、癌症和神经退行性疾病的发展相关的多种应激反应中发挥重要作用。

聚二磷酸腺苷（ADP）-核糖聚合酶7（PARP7）（也称为TiPARP）属于 monoPARP家族成员，催化ADP-核糖从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）转移到蛋白质靶标上的氨基酸，这是一种称为单ADP-核糖基化（MARylation）。

PARP7最初被确定作为芳香烃受体（AHR）的合成激动剂（例如致癌物2，3，7，8-四氯二苯并对二恶英 [TCDD]）强烈上调的基因。在某些细胞类型中（例如，小鼠胚胎成纤维细胞，MEFs），PARP7的表达为完全依赖于AHR[2]。

近期PARP7被报道为抑制IFN-I信号传导以响应胞质NA传感器配体和几种类型的RNA病毒的主要AHR调控基因。在MEFs中，在胞质NA传感器配体（即合成的 RIG-I 配体3pRNA和STING激动剂cGAMP）存在下敲除（KO） PARP7协同诱导IFN-表达[3]。

PARP7已被证明在肿瘤中过度活跃并在癌细胞存活中起关键作用，抑制PARP7可有效抑制癌细胞生长，恢复干扰素信号，有效防止癌细胞逃避免疫系统。

PARP7选择性抑制剂开发

开发PARP7或其它PARPs选择性抑制剂的主要障碍，都是PARP催化中的高结构保守域；虽然序列同源性只有大约50%，但它们的结构是高度保守的，特别是在NAD+结合位点（大多数PARP抑制剂的主要结合位点）。

到目前为止，只有一个PARP7选择性抑制剂RBN-2397（图2）进入临床I期研究，对PARP7的IC50小于3 nM, 较其他家族成员的选择性大于50倍以上。目前正在对RBN-2397开展单独（NCT04053673）或联合PD-1抑制剂帕博利珠单抗（NCT05127590）的临床研究。

图2. RBN-2397的结构

RBN-2397由Ribon Therapeutics开发，通过HTS发现苗头化合物，针对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD＋)结合口袋关键区域的靶标相互作用进行了先导化合物的优化而得到。

PARP7可响应细胞应激（包括癌症中的基因组不稳定性）而被上调，并通过负向调节I型干扰素反应而抑制细胞应激反应（图3）。RBN-2397能够通过抑制肿瘤细胞中的PARP7，直接抑制细胞增殖并恢复I型干扰素信号，以刺激先天性或适应性抗肿瘤免疫应答。

图3. PARP7负向调节I型干扰素反应

2021年2月2日，Ribon Therapeutics宣布已与Ono Pharmaceutical Co. Ltd.签订了独家许可协议，后者获得开发RBN-2397在日本，韩国，台湾和东盟国家（“小野地区”）商业化权益。

RBN-2397的PK性质不佳（图4），所以目前很多公司包括Ribon Therapeutics对RBN-2397进行me too，me better改造。

图4. RBN-2397在小鼠体内PK性质

Ribon Therapeutics公司对PARP7抑制剂申请了多项专利，基本是围绕RBN-2397结构进行开发设计，如专利US20190330194A1，WO2021087018A1，WO2021087025A1等（表1）。除了Ribon Therapeutics之外，也有一些其它公司对RBN-2397进行me too，me better设计开发，如杭州英创科技医药有限公司，山东轩竹医药科技有限公司，上海优理惠生医药有限公司，加科思药业, 水木未来（北京）科技有限公司，成都百裕制药，四川海思科制药有限公司，武汉誉祥医药科技有限公司，Duke Street Bio Limited等（表1）。

除了以上公司，中国医科大学利用分子对接得到一些PARP7的优势构象，并测试了它们对不同肿瘤细胞的抑制活性，研究发现这些优势构象对肿瘤细胞都有很明显的抑制活性，可以用这些优势构象进行后续结构优化而得到与RBN-2397不同结构类型的PARP7抑制剂。

表1. PARP7抑制剂相关的专利

同时，英矽智能正在开发一种共价PARP7抑制剂ISM023-409，以克服由于高清除率而导致的潜在低暴露问题（图5）。

图5. ISM023-409对PARP7的分子和细胞活性

除了专利之外，近期也有一些PARP7选择性抑制剂相关的文献被报道，如发展在chemical cell biology和JMC上的选择性PARP7抑制剂。

Kirby等人之前在MARylating PARP中发现了一个独特的疏水腔，该腔毗邻NAD+结合位点的烟酰胺子口袋，可以被利用用于开发MARylating PARP的选择性抑制剂。

ITK6与PARP14（PDB：6FZM）的晶体结构显示Leu1782（人类PARP14）充当守门人，允许从抑制剂骨架连接疏水取代基进入疏水腔。

Sanderson等人认为设计策略的关键是确定包含位置的NAD+竞争性抑制剂骨架可以很容易地用取代基衍生化，该取代基将与PARP7中独特的疏水腔有利地相互作用[3]。

据报道，Rodriguez等人发现基于邻苯二甲嗪酮骨架的NAD+竞争性抑制剂Phthal01[4]（图6A）是一种有效但非特异性的PARP7抑制剂。

PARP活性筛选和抑制剂测试测定（PASTA）结果显示Phthal01对三种 PARP（PARP1、PARP2 和 PARP7）表现出两位数的纳摩尔效力，但与所有其他 PARP 家族成员相比，对PARP7的效力至少高12倍。

为了将Phthal01转化为更具选择性的抑制剂PARP7，Sanderson等人设计并合成了Phthal01类似物KMR-206，在邻苯二甲嗪酮骨架的C-6位置引入丙炔基。

他们认为C-6丙炔基会占据PARP7中的疏水腔，但会在PARylating PARP中与谷氨酸发生冲突。他们使用PASTA来分析KMR-206以及最近描述的PARP7抑制剂RBN-2397对整个PARP家族的选择性（图6B）。

与Phthal01类似，KMR-206以中位抑制浓度有效抑制PARP7（IC50）的13.7 nM（图6B），然而，与Pthal01不同，KMR-206 显示大约75 倍PARP7对PARP2的选择性，并且在高达3 mM浓度时也不抑制PARP1。

跟之前报道类似，RBN-2397有效抑制PARP2（IC50 = 30.3 nM），但不能抑制大多数其他PARP家族成员。

接下来，他们试图确定KMR-206是否抑制细胞中PARP7的催化活性。他们发现用KMR-206处理表达GFP-PARP7的HEK 293T细胞导致 PARP7的MARylation的剂量依赖性降低（EC50 = 8 nM）（图6D和6E）。

图6. 强效膜渗透性PARP7抑制剂KMR-206的合理设计。A. Phthal01, KMR-206, and RBN-2397的结构，B. 全家族范围的 PARP 抑制剂筛选试验显示 KMR-206 对 PARP7 具有选择性，C. 与PARP7结合的KMR-206（橙色）诱导拟合同源模型显示丙炔基占据了由Ile631和D环中的疏水氨基酸（蓝色）, D. KMR-206在HEK 293T细胞中以剂量依赖性方式抑制GFP-PARP7自体化，E. 使用 Bio-Rad 图像实验室软件对（D）的重复进行定量

中国药科大学Gu等人近期在JMC上报道了一种新型的PARP7抑制剂I-1，它具有高抑制能力(IC50 = 7.6 nM)，对PARP7的选择性超过其他PARPs[5]。特别是，在CT26同基因小鼠模型中，I-1具有优异的药代动力学特性和低毒性，在不添加1-氨基苯并三唑(细胞色素P450的一种非选择性和不可逆抑制剂)的情况下，I-1在小鼠体内抗肿瘤活性（TGI: 67%）明显强于RBN-2397（TGI: 30%）。

他们的研究结果表明，I-1在肿瘤微环境中主要通过抑制PARP7发挥免疫激活剂的作用，这凸显了I-1作为肿瘤免疫治疗剂的潜在优势。

图7. I-1的结构改造和与PARP7对接的晶体结构

— 总结 —  

PARP作为合成致死领域的热点一直受到广泛的关注，然而目前也出现对市场上已有的抑制剂的耐药性，未来对PARP领域的进一步开发就是针对各个亚型设计合成新型选择性抑制剂，希望提高选择性，减少毒副作用，开发更多新型结构的抑制剂，解决耐药性问题。

目前对PARP1，PARP7和PARP14研究较多，PARP7目前只有一款抑制剂进入临床研究，这一领域具有很大的研究价值和空间，国内很多药企也在积极布局，未来谁能胜出，敬请期待！