杰克说药丨又一个可用于治疗晚期前列腺癌，具有口服活性的PROTAC
作者： 同写意
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撰文丨李杰，上海睿智副总裁
翻译丨成都分迪药业 涂潇
又一个可用于治疗晚期前列腺癌，具有口服活性的PROTAC——王少萌教授发现的靶向雄激素受体的高效降解剂。
前列腺癌是男性中最常见的癌症，目前仅美国就有三百三十万例患者。由于当前流行的雄激素受体拮抗剂等药物迟早都会产生耐药性，我们需要开发新一代疗效更好的药物来治疗这种癌症。
鉴于大多数前列腺癌患者的雄激素受体水平较高，因此，靶向抑制雄激素的合成或雄激素受体信号的传导会有更好的疗效。PROTAC技术可以降低雄激素受体水平，可能对前列腺癌的治疗起重要作用。
继 Arvinas 靶向降解雄激素受体的PROTAC ARV-110 在二期临床试验中取得成功之后，密歇根大学王少萌教授团队发表了他们降解雄激素受体的最新研究成果：他们发现的ARD-2585是一个高效的，具有口服活性的雄激素受体PROTAC，可以用于治疗晚期前列腺癌。[1]
下面我们将通过前列腺癌治疗史来窥探这篇重要的论文。
1 哈金斯发现前列腺癌的激素疗法
查尔斯·哈金斯因发现前列腺癌的激素疗法而获得1966年的诺贝尔生理学或医学奖。
哈金斯出生于加拿大，后来成为芝加哥大学医学院一名泌尿科的手术医生。哈金斯用狗做实验观察到睾酮和二氢睾酮增加了前列腺的活动，而雌激素的作用则相反。基于此，他在1941年发现，通过雌激素治疗或阉割降低雄激素活性可以治疗前列腺癌。
此前，所有癌症治疗都是通过手术或辐射直接攻击肿瘤细胞进行，因而他的这项研究成果在当时确实具有革命性的意义。哈金斯的这种疗法迅速被世界各地的临床医生采用，且延用到了80年后的今天。[2]同样道理，使用雄性激素或切除卵巢可以用来治疗乳腺癌。
与哈金斯共同获得1966年诺贝尔医学奖的，是因发现诱发肿瘤的病毒的佩顿·劳斯。与当年己有87岁的劳斯相比，那时65岁的哈金斯可还是一个小年轻。
哈金斯还是至今历史上仅有的两位泌尿科医生获得过诺贝尔奖之一。另一位是沃纳·福斯曼，他因发现心脏导管插入术和循环系统病理变化而获得 1956 年的诺贝尔奖。
2 选择性雄激素受体拮抗剂
二十世纪六十年代，人们已经清楚地了解地雄激素受体参与调控睾酮和二氢睾酮的水平。1983年，先灵–葆雅公司推出选择性雄激素受体拮抗剂——氟他胺。氟他胺是一个前药，真正具有激素受体拮抗剂活性的是它的氧化代谢产物：羟基氟他胺。
1987年赛诺菲–安万特推出了尼鲁他胺，之后阿斯利康于 1993 年推出了比卡鲁胺。无论比卡鲁胺作为单一疗法还是作为辅助治疗，其均可提高部分晚期前列腺癌男性的生存期。
加州大学洛杉矶分校的查尔斯·索耶斯和迈克尔·荣格领导的小组，开发了恩杂鲁胺和阿帕鲁胺，这两种药物可以和前列腺癌细胞中的雄激素受体结合，而且亲和力和比卡鲁胺相比高了5–8倍。从机制上讲，恩杂鲁胺和阿帕鲁胺会降低雄激素受体的核转位效率，抑制该受体与 DNA的相互作用。这两种药物口服生物利用度较好，可显著的导致去势抵抗性前列腺肿瘤消退，提高患者的预期寿命。[3]
所有上述选择性雄激素受体拮抗剂都是正构的，均与内源性配体（如二氢睾酮）具有相同的雄激素受体结合位点。相比之下，拜耳的达洛鲁胺则是一种变构拮抗剂，它与内源性配体具有不同的雄激素受体的结合部位。[4]
3 选择性雄激素受体降解剂
与许多治疗癌症的药物一样，雄激素受体拮抗剂会产生耐药性。很可怕的是，雄激素受体蛋白上的仅仅一个氨基酸的突变(F876L)就可以将恩杂鲁胺从雄激素受体拮抗剂转变为了激动剂!
因而通过降解雄激素受体来减少雄激素受体信号传导应该会是更好的治疗方式。
疏水标签可以模拟部分变性蛋白质的折叠状态，从而导致蛋白质被泛素–蛋白酶体系统降解。与许多基于疏水标签的雌激素受体降解剂相比，很少有报道基于疏水标签的雄激素受体降解剂(SARD)。
耶鲁大学的 Craig Crews课题组利用聚乙二醇链子连接雄激素受体结合剂RU59063和疏水金刚烷构建了一种选择性雄激素受体降解剂 SARD033。[5]
其实小分子也可以降解雄激素受体蛋白。田纳西大学发现吡唑基丙酰胺类[6] 和吲哚基丙酰胺类[7]分子可作为选择性雄激素受体降解剂和泛拮抗剂。这些药物对恩杂鲁胺耐药的 VCaP 细胞系来源异体移植肿瘤生长抑制率高达 80% 。
4 靶向降解雄激素受体的PROTAC
PROTAC 提供了一种强大的作用方式来降低甚至清除目标蛋白。雄激素受体是近十年来PROTAC研究的重点，E3 泛素连接酶的配体包括磷酸肽、凋亡抑制蛋白 (cIAP1) 配体、Nutlin、VHL配体等。[8]
2018年，Crews 发表了靶向降解雄激素受体的PROTAC 分子ARCC-4，它由恩杂鲁胺和VHL的配体通过一个短链连接构成。ARCC-4 是一种低纳摩尔级雄激素受体降解剂，在前列腺癌耐药细胞模型中的表现优于恩杂鲁胺。[9]
2019年，王少萌教授团队报道了一系列基于VHL配体靶向降解雄激素受体的高效 PROTAC 分子，如具有可溶的刚性链子的ARD-69能将前列腺癌细胞系中雄激素受体蛋白水平降低 95%以上。[10]
虽然上述靶向降解雄激素受体的 PROTAC 分子都明显比雄激素受体拮抗剂更有效，但由于分子量太大等因素而难以通过口服给药。
2021年4月，Arvinas 公布了具有口服活性的靶向雄激素受体的PROTAC分子ARV-110。[11]首先，ARV-110采用了CRBN配体，因为其在所有E3泛素连接酶配体中分子量最小。
其次，他们选择了类药性更好的含氮刚性链子，额外的氮原子可能通过溶酶体捕获效应从而提高溶解度和生物利用度。ARV-110的成功为未来的Me-Too类药物设定了高门槛，以后开发的药物必须具有更好的口服生物利用度才能在市场上具有竞争力。[12]
王少萌教授刚刚发表了新一代靶向降解雄激素受体具有且口服活性的PROTAC分子——ARD-2585。[1]与ARD-69显著不同是：ARD-2585采用了靶向CRBN的沙利度胺作为E3泛素连接酶的配体，这无疑是受到了ARV-110成功的启发。在雄激素受体拮抗剂部分，ARD-2585采用叔胺代替ARV-110中的醚。
此外，与ARV-110的链子含有可旋转键不同，ARD-2585采用了一个完全刚性的链子。ARD-2585 在降低 VCaP、LNCaP、22Rv1 和 MDA-PCa-2b 细胞系中雄激素受体蛋白水平方面的效力分别是 ARV-110 的 30、10、300 和 1000 倍。”LNCaP具有单个雄激素受体突变，而MDA-PCa-2b具有二个雄激素受体突变。
在伴有雄激素受体基因扩增的 VCaP 细胞系和携带雄激素受体突变的 LNCaP 细胞系中，ARD-2585的DC50小于 0.1 nM。在 VCaP 和 LNCaP 细胞系中，ARD-2585可有效抑制细胞生长，其IC50分别为 1.5 和 16.2 nM。在小鼠中具有出色的药代动力学且口服生物利用度达到51%。与恩杂鲁胺相比，ARD-2585在抑制 VCaP 肿瘤生长方面更为有效，并且对小鼠没有产生任何毒性迹象。[1]
ARD-2585是一种非常有效的可口服的靶向降解雄激素受体的PROTAC分子，具有治疗晚期前列腺癌的潜力。
5 我们学到了什么？
a. 完全刚性的链子对于 ARD-2585 的药效和生物利用度至关重要；
b. E3 泛素连接酶配体首选免疫调节酰亚胺类药物(IMiD)，其它配体因分子量太大、氢键供体/受体太多而难以口服成药；
c. 含氮杂环是链子的良好选择，氮杂环有助于溶解度和配体–蛋白质相互作用，且可能通过”溶酶体捕获效应”提高口服生物利用度。
对于PROTAC领域来说，这是令人激动的时刻。毫无疑问，PROTAC新药将在不远的将来获得FDA的批准。
参考文献：
1. Xiang, W.; Zhao, L.; Han, X.; Qin, C.; Miao, B.; McEachern, D.; Wang, Y.; Metwally, H.; Kirchhoff, P. D.; Wang, L.; Matvekas, A.; He, M.; Wen, M.; Sun, D.; Wang, S. Discovery of ARD-2585 as an Exceptionally Potent and Orally Active PROTAC Degrader of Androgen Receptor for the Treatment of Advanced Prostate Cancer. J. Med. Chem. 2021, 64, ASAP.
2. Hansson, N.; Moll, F.; Schultheiss, D.; Krischel, M. Remembering Charles B. Huggins’ Nobel Prize for Hormonal Treatment of Prostatic Cancer at its 50th Anniversary. Eur. Urol. 2016, 69, 971–972.
3. Lou, S.; Zhang, J., Chapter 6. Enzalutamide (Xtandi): An Androgen Receptor Antagonist for Late-Stage Prostate Cancer. In Innovative Drug Synthesis Li, J. J.; Johnson, D. S., eds.; Wiley: Hoboken, NJ, 2016, pp100–117.
4. Li, D.; Zhou, W.; Pang, J.; Tang, Q.; Zhong, B.; Shen, C.; Xiao, L.; Hou, T. A magic drug target: Androgen Receptor. Med. Res. Rev. 2019, 39, 1485–1514.
5. Gustafson, J. L.; Neklesa, T. K.; Cox, C. S.; Roth, A. G.; Buckley, D. L.; Tae, H. S.; Sundberg, T. B.; Stagg, D. B.; Hines, J.; McDonnell, D. P.; et al. Small-Molecule-Mediated Degradation of the Androgen Receptor Through Hydrophobic Tagging. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9659–9662.
6. He, Y.; Hwang, D.-J.; Ponnusamy, S.; Thiyagarajan, T.; Mohler, M. L.; Narayanan, R.; Miller, D. D. Pyrazol-1-yl-propanamides as SARD and Pan-Antagonists for the Treatment of Enzalutamide-Resistant Prostate Cancer. J. Med. Chem. 2020, 63, 12642–12665.
7. Hwang, D.-J.; He, Y.; Ponnusamy, S.; Mohler, M. L.; Thiyagarajan, T.; McEwan, I. J.; Narayanan, R.; Miller, D. D. New Generation of Selective Androgen Receptor Degraders: Our Initial Design, Synthesis, and Biological Evaluation of New Compounds with Enzalutamide-Resistant Prostate Cancer Activity. J. Med. Chem. 2019, 62, 491–511.
8. Luan, H.; Xu, P.; Meng, Y.; Li, Z.; Bian, J. A critical update on the strategies towards modulators targeting androgen receptors. Bioorg. Med. Chem. 2020, 28, 115554.
9. Salami, J.; Alabi, S; Willard, R. R.; Vitale, N. J.; Wang, J.; Dong, H.; Jin, M.; McDonnell, D. P.; Crew, A. P.; Neklesa, T. K.; Crews, C. M. Androgen receptor degradation by the proteolysis targeting chimera ARCC-4 outperforms enzalutamide in cellular models of prostate cancer drug resistance. Commun. Biol. 2018, 1, 1–9.
10. Han, X.; Wang, C.; Qin, C.; Xiang, W.; Fernandez-Salas, E.; Yang, C.-Y.; Wang, M.; Zhao, L.; Xu, T.; Chinnaswamy, K.; Delproposto, J.; Stuckey, J.; Wang, S. Discovery of ARD-69 as a Highly Potent Proteolysis Targeting Chimera (PROTAC) Degrader of Androgen Receptor (AR) for the Treatment of Prostate Cancer. J. Med. Chem. 2019, 62, 941–964.
11. Halford, B. Arvinas unveils PROTAC structures: In 2019 ARV-110 and ARV-471 became the first targeted protein degraders to enter the clinic. Chem. Eng. News 2021, 99(14), 5.
12. For reviews on androgen receptor PROTACs, see (a) Beretta, G. L.; Zaffaroni, N. Androgen receptor-directed molecular conjugates for targeting prostate cancer. Front. Chem. 2019, 67, 369(1–8). (b) Kregel, S.; Wang, C.; Han, X.; Xiao, L.; Fernandez-Salas, E.; Bawa, P.; McCollum, B. L.; Wilder-Romans, K.; Apel, I. J.; Cao, X.; et al. Androgen receptor degraders overcome common resistance mechanisms developed during prostate cancer treatment. Neoplasia 2020, 22, 111–119.
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