Deltazinone是一种高效的小分子KRAS-PDEδ抑制剂，在KRAS-PDEδ蛋白-蛋白相互作用（PPI）的研究中被广泛用作先导化合物或工具分子。近期，药物开发人员对Deltazinone进行了疏水标签（HyT）标记，开发了一类新型PDEδ降解剂，该降解剂在结肠癌的治疗上显示出了较大的应用前景。
图一 新型HyT-PDEδ降解剂的设计与合成
(资料图片仅供参考)
Deltazinone与PDEδ的预测结合模型表明，末端苯胺暴露在蛋白表面（图一B），为引入HyT基团提供了一个有利的位点。此外，末端苯胺的结构修饰对其与PDEδ的结合亲和力影响不大。例如，用安非 他明基团取代Deltazinone中的苯胺（化合物8），结合亲和力可以保持。因此，研发人员使用带连接体的HyT基团（金刚烷胺）标签取代末端苯基，设计合成了一系列PDEδ降解剂。研发人员指出，理论上，金刚烷胺HyT可以模拟PDEδ蛋白的错误折叠，未折叠的蛋白被泛素蛋白酶体系统识别和降解，从而阻断KRAS-PDEδ蛋白相互作用。
得到化合物15a-17f后，研究人员首先采用荧光偏振（FP）结合试验来研究所有靶标PDEδ的结合亲和力。如图二所示，大部分目标化合物表现出了良好的结合活性。具有短连接子的化合物15a具有良好的PDEδ结合亲和力（Ki = 13.6 nM）。具有一个碳原子连接子延伸的化合物15b表现出轻微增强的PDEδ结合活性（Ki = 9.3 nM）。随后，进一步合成和评价了含有各种连接物的化合物。然而，随着烷基连接体长度的增加，化合物16a和16b的结合活性分别降低到41和44.1 nM。通过引入苯基，设计了化合物16c?16e，以增强连接子的刚性。然而，它们的结合亲和力显著降低。这些结果表明，长烷基连接体可能不利于PDEδ的结合。最后，将末端酰胺基团反转，得到化合物17a?17f。其中，17c和17d两种化合物具有良好的结合活性，Ki值分别为26和29 nM。
图二 荧光偏振（FP）结合试验及抗增殖活性测试
考虑到结合活性，研究人员进一步通过Western blot分析进一步评估了所有目标化合物对SW480细胞系（KRAS突变的人结肠癌细胞）中PDEδ降解的影响。如图三A所示，化合物15a、16a和17c?17e在浓度为10 μM的情况下，显著诱导了SW480细胞中PDEδ的降解。其中，化合物17c的降解活性最好（在10μM时降解率约为86%）。当浓度降低到1 μM时（图三B），化合物15a、16a和17c-d保持了降解活性。其中，化合物17c的降解活性仍然最好（在1μM时降解率约为79%）。此外，研究人员还探讨了化合物17c的剂量依赖性效应（图三C）。结果表明，化合物17c在SW480细胞中表现出显著的PDEδ降解，在24 h后DC50（浓度导致50%蛋白质降解）值为11.4 μM。
图三 Western blot分析实验
接下来，研究人员研究了受PDEδ调控的下游蛋白（图四A，B）。与阳性药物一致的是，化合物17c可以以浓度依赖性的方式下调p-Akt和p-Erk，而对t-Akt和t-Erk的表达影响不大。这些结果表明，化合物17c能有效降解SW480癌细胞中的PDEδ，进而导致下游通路的改变。
图四 化合物17c的抗肿瘤机制
鉴于目标化合物具有强大的PDEδ结合活性和降解效率，研究人员通过CCK8实验研究了目标化合物对两种不同的KRAS突变的人结肠癌细胞（SW480和HCT116细胞系）的抗增殖活性（图二）。结果表明，大部分靶标化合物对SW480细胞的抗增殖活性均高于HCT116细胞。与PDEδ抑制剂Deltazinone相比，几种Hyt降解剂的抗肿瘤活性有所改善（例如，化合物16a、16e和17a?17e）。其中，化合物17c（SW480半抑制浓度= 4.8 μM；HCT116半抑制浓度= 7.7 μM）具有更好的抗增殖活性。重要的是，化合物17c的体外抗肿瘤效果与PDEδ的降解效率和结合活性基本一致。此外，研究人员采用Annexin V/PI染色的流式细胞术检测，阐明化合物17c的抗肿瘤作用机制。如图四C和D图所示，化合物17c在处理24 h后显著诱导SW480细胞凋亡。在浓度为40 μM时，化合物17c的凋亡率为83.67%，优于Deltazinone（50μM时凋亡率为5.4%）。
综上，HyT技术是一种靶向降解PDEδ的可行策略，基于Hyt的降解剂17c具有强大的PDEδ结合亲和力、PDEδ蛋白降解活性和抗增殖活性，是一款颇具前景的结肠癌治疗药物分子。
参考文献：
Hydrophobic Tagging-Induced Degradation of PDEδ in Colon Cancer Cells，ACS Med. Chem. Lett. 2022, 13, 298?303
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