喹啉羧酸類 DHODH 抑制劑用于治療急性髓系白血病
細胞內的嘧啶核苷酸主要來自于從頭合成途徑和補救合成途徑。對于正常分化的細胞和靜止的細胞，補救合成途徑是嘧啶核苷酸的主要來源。對于惡性增殖的細胞來說，補救合成途徑生成嘧啶核苷酸的量無法維持細胞生存，細胞只能依賴于從頭合成途徑。因此，抑制了 DHODH 的活性即可阻止 DNA、RNA、糖蛋白等生物大分子的合成，調節細胞的異常增殖和代謝。近年來，DHODH 已被確證是多種疾病的治療靶點，如癌癥、病毒性感染、自身免疫性疾病（類風濕關節炎和多發性硬化）等。但是其抑制劑的研發仍然遇到了許多挫折，比如：長期使用會產生很大的毒副作用、抑制劑的脂溶性高、選擇性差。因此，尋找新型高效、副作用小的 DHODH 抑制劑用于治療免疫相關疾病及腫瘤已經成為研究熱點。
本文采用“結構導向”的藥物設計方法，尋找類藥性質好的 DHODH 抑制劑。首先通過保留基本的藥效團和細胞活性篩選，獲得了先導化合物 3，其對DHODH 的 IC50 為 250 nM。隨后研究者通過分析 DHODH 蛋白和Brequinar 類抑制劑之間的相互作用，發現了兩個可能形成氫鍵的氨基酸殘基T63 和 Y356，通過在該位置進行結構改造并考慮化合物的理化性質（如水溶性和脂溶性），設計了一系列 Brequinar 類似物。其中化合物 41（DHODH IC50 = 9.71 nM）和 46（DHODH IC50 = 28.3 nM）具有良好的體外活性和較好的理化性質（水溶性提高，cLogP 降低）。（圖1）
圖1.化合物41和46的結構式（圖片來源：《J. Med. Chem.》）
將化合物合物 46 與 DHODH 蛋白進行共晶復合物的培養，結果如圖 2 所示。與之前所報道的 DHODH／Brequinar 類似物共晶復合物結果相一致，化合物 46 占據了由 α1 和 α2 螺旋結構組成的泛醌結合位點并通過大量的疏水相互作用與 DHODH 口袋里的殘基側鏈（L42、M43、L46、P52、A55、A59、F62和T63）形成相互作用（圖2A）。處于更深口袋的萘啶環可以與附近的疏水殘基（F96、V134、V143、T360、Y356、L359和P364）形成范德華力相互作用（圖2A）。羧基分別與氨基酸殘基Q47、R136、T360形成氫鍵作用、離子鍵作用、水分子介導的氫鍵作用。不同的是，萘環上新引入的氮原子與 Y356 殘基中的羥基距離為 3.3 Å，可以形成額外的氫鍵作用（圖2B）。
圖2.化合物 46 與 DHODH 的相互作用（PDB: 6CJG）（圖片來源：《J. Med. Chem.》）
挑選化合物 41 進行藥代動力學實驗，小鼠口服給藥時，化合物具有較長的半衰期（t1/2=2.78 h）和較低的清除率，口服生物利用度達到了 56%。這些優異的藥效和藥代動力學參數使得化合物 41 可以進行進一步臨床前研究，并成為早期臨床發展的候選藥物。
由于 DHODH 抑制劑在治療急性髓系白血病具有較好的效果，因此研究者評估了代表性化合物對 HL-60 細胞的抗增殖活性。結果如圖 3 所示，化合物可以較強的抑制 HL-60 細胞的增殖活性。當補充尿苷時，細胞的抑制效果減弱，證明化合物是通過抑制 DHODH 而非細胞毒來發揮作用的，這進一步驗證了化合物的作用機制。（圖3）
圖3.DHODH 抑制劑對白血病細胞株 HL-60 中的影響（圖片來源：《J. Med. Chem.》）
小M 的小思考：
嘧啶核苷酸作為細胞中合成生物大分子的重要原料，對細胞增殖、新陳代謝等具有重要意義。由于 DHODH 蛋白是嘧啶核苷酸從頭合成途徑的關鍵酶，抑制其功能可以抑制一些異常細胞的增殖，因此是有效治療癌癥、自身免疫性疾病等的重要靶標。Brequinar 和 Leflunomide 是以 DHODH 為靶標開發的兩個藥物，其中Brequinar主要用于治療癌癥和自身免疫性疾病，而Leflunomide 是一個前體藥物，它的活性代謝產物 A771726 能夠用于治療自身免疫性疾病。但臨床研究表明，這兩種藥都存在著不良反應，如腹瀉、瘙癢、ALT 和 AST 升高、脫發、皮疹等，因此尋找高效、低毒的 DHODH 抑制劑依然意義重大。本研究通過“結構導向”的藥物設計策略發現了高活性且藥代動力學性質優異的 DHODH 抑制劑，具有重要的研究價值。
參考文獻
Madak J T, et al. Design, Synthesis,and Biological Evaluation of 4‑Quinoline Carboxylic Acids asInhibitors of Dihydroorotate Dehydrogenase. J. Med. Chem., 2018, 61 (12),5162–5186.
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Vidofludimus(4SC-101; SC12267)是免疫抑制劑，能抑制 DHODH，在不影響淋巴細胞增殖的條件下抑制 IL-17 的分泌。
