近日，药物化学Top期刊《EuropeanJournal of Medicinal Chemistry》（IF = 7.088）发表了沈阳药科大学制药工程学院赵冬梅/程卯生课题组在PLK4抑制剂领域的最新研究成果2篇，文章题目分别为“Design, synthesis, and biological evaluation of novel pyrazolo[3,4-d]pyrimidine derivatives as potent PLK4 inhibitors for the treatment ofTRIM37-amplified breast cancer”和“Structure-based discovery of 1-(3-fluoro-5-(5-(3-(methylsulfonyl) phenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridin-3-yl)phenyl)-3-(pyrimidin-5-yl)urea as a potent and selective nanomolar type-II PLK4 inhibitor”。

Polo样激酶(PLKs)是一个高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶家族，在细胞周期调控、基因组完整性维持和细胞应激反应中发挥着重要作用。PLKs有五种亚型，包括PLK1、PLK2 (Snk)、PLK3 (Fnk/Prk)、PLK4 (Sak)和PLK5，其中，PLK4是中心粒复制和有丝分裂的主要调节因子。大量研究发现PLK4在人大部分肿瘤中过表达或过度活化，包括乳腺癌、肺癌、结肠癌、黑色素瘤、骨肉瘤、淋巴瘤、神经母细胞瘤、骨癌、胃癌和胰腺癌。因此，PLK4抑制剂的开发被认为是治疗由中心体复制错误诱导的癌症的潜在策略。

为了快速获得PLK4苗头化合物，课题组首先进行组内激酶化合物库筛选，发现PAK4抑制剂CZQ-6 (58.4% PLK4 inhibition at 2μM, IC₅₀= 351.5 nM) (Figure 1)和TBK1抑制剂XZS-26 (92.9% PLK4 inhibition at 1μM, IC₅₀= 73 nM) (Figure3)对PLK4显示出良好的抑制活性。课题组基于CZQ-6和XZS-26，设计、合成了两类结构新颖的PLK4抑制剂。

课题组采用骨架跃迁策略对CZQ-6进行结构改造得到一系列吡唑并[3,4-d]嘧啶类衍生物。随后，经进一步结构优化与构效关系探索，发现化合物24j(PLK4 IC₅₀= 0.2 nM，PAK4 IC₅₀= 1750.1 nM)对PLK4表现出皮摩尔的抑制活性，并且对PAK4的选择性达到8750倍。同时，它具有良好的激酶选择性(Figure2A)。化合物24j对MCF-7细胞表现出强效的增殖抑制活性，其IC₅₀值为0.36μM。此外，它能以浓度依赖的方式抑制MCF-7细胞克隆形成、细胞凋亡、周期阻滞和细胞迁移(Figure 32B-E)，并具有良好的体外类药性质。在SD大鼠体内药物动力学研究中，化合物24j的生物利用度为8.03%。以上结果表明化合物24j是一个极具潜力的先导化合物，具有进一步研究价值。

Figure1.化合物24j的设计策略

Figure2.化合物24j的激酶选择性及其体外细胞活性研究

基于XZS-26与PLK4和TBK1的结合模式，在缺乏PLK4 DFG-out构象的共晶情况下，课题组通过同源模型方法构建了PLK4 DFG-out模型，并总结得到了II型选择性PLK4抑制剂所需的结构特征。基于该模型，课题组首次设计并合成了一系列高效高选择性的II型PLK4抑制剂。其中，化合物29u对PLK4抑制活性为0.026μM，且其表现出优异的激酶选择性和良好的体外类药性质，SD大鼠体内药物动力学研究表明化合物29u具有良好的ADME性质。化合物29u可作为用于发现以PLK4为靶点的抗癌药物的先导化合物和PLK4生物学研究的化学探针。此项工作为II型PLK4抑制剂的开发提供了新的思路。

Figure3.化合物29u的设计策略

  制药工程学院药物化学专业博士生孙印为文章第一作者，赵冬梅教授为文章通讯作者。

文章链接：

1.https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2022.114424

2. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2022.114714