作者：申城胡哥

尽管过去几年肿瘤治疗取得了巨大进展，尤其是以检查点抑制剂为代表的免疫疗法，但癌症仍然是一个令人生畏的全球健康挑战，仍迫切需要开发新的靶点和治疗方法。

蛋白质精氨酸酶甲基转移酶5(protein arginase methyltransferase 5, PRMT5)是一种具有临床潜力的表观遗传靶点，它是一种II型精氨酸甲基转移酶，通过对称二甲基化，翻译后修饰组蛋白和其他蛋白质^[1]；这种由PRMT5催化的蛋白质底物甲基化在调节关键细胞进程中起着重要作用，包括DNA修复，细胞周期进展，转录调控和RNA剪接等。PRMT5被认为是一种潜在的致癌基因，其上调可导致多种不同癌症的肿瘤细胞增殖和侵袭性，包括结直肠癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌和胰腺癌，以及淋巴瘤、白血病和胶质母细胞瘤^[2]。

根据PRMTs（蛋白质精氨酸甲基转移酶）的催化活性和产物类型，可将其分为3大类：I、Ⅱ、Ⅲ型。I型主要包括PRMT1、PRMT2、PRMT3、PRMT4、PRMT6、PRMT8，催化底物形成不对称二甲基化精氨酸；Ⅱ型包括PRMT5及PRMT9，催化底物形成对称二甲基化精氨酸；Ⅲ型仅包括PRMT7，负责催化底物形成单甲基化精氨酸（见图1）。PRMT5首先在与Janus酪氨酸激酶(JAK2)相互作用的蛋白质的两次杂交中发现8。PRMT5的异常表达与多种肿瘤相关，是抗肿瘤药物研发的重要靶点^[3]。

图1 三种PRMTs催化的精氨酸甲基化反应，SAM和SAH的化学结构^[3]

图1中的SAM（S-腺苷甲硫氨酸）提供甲基来源，SAM失去甲基后变成SAH。根据化合物是否占据SAM结合位点，可将其分为，SAM非竞争性抑制剂和SAM竞争性抑制剂和双重的SAM/底物竞争性抑制剂；SAM非竞争抑制剂占据底物结合位点与底物竞争，而SAM竞争抑制剂则占据SAM的结合位点^[3]。

在研PRMT5抑制剂盘点

截至2021年11月25日，根据医药魔方数据库，目前针对PRMT5靶点尚无分子获批上市，只有7个小分子处于临床阶段；进展最快的是处于二期临床的GSK3326595, 适应症是乳腺癌、急性髓系白血病、非霍奇金淋巴瘤、骨髓增生异常综合征；以及安进公司开发的，处于 I/II期临床的AMG-193，适应症是非小细胞肺癌。

此外，也有变构抑制剂、共价抑制剂、PROTACS的相关报道；但是这些以功能性分子为主，离临床开发还有时间。如2020年，Palte等报道了PRMT5的变构抑制剂，这是一类带有金刚烷片段的咪唑酮类小分子，此前作为BACE1/2抑制剂被广泛报道^[1]；2020年金坚课题组报道了首个PRMT5的PROTAC小分子降解剂，这个分子以GSK3326595类似物为靶头，乙二醇链作为连接链，VHL作为E3泛素连接酶^[4]。

图2 变构抑制剂1和PROTACS^[4]

表1 当前处于临床阶段的PRMT5抑制剂

GSK3326595属于非竞争性抑制剂，带有一个四氢异喹啉片段（THIQ），THIQ结构发挥重要作用：1）THIQ的苯环与SAM之间存在阳离子-π相互作用；2）THIQ环与PRMT5特有的残基Phe327形成潜在的π-π堆积作用，其他PRMTs在该位置的残基是Met；3）THIQ位于由Leu319、Tyr324、Phe327和Trp579形成的疏水小口袋中，不利于极性官能团或体积大的基团；4）THIQ的叔胺氮原子在水介导下与E435相互作用，影响整体催化过程。在Z-138皮下肿瘤异种移植小鼠模型中，GSK3326595可有效抑制肿瘤体积。它具有良好的脑通透性和抗肿瘤效果，目前处于临床I/II期^[5]。

JNJ64619178属于SAM竞争性抑制剂，是第一个进入临床试验的SAM结构的核苷类似物，用环戊烷替代了SAM中的四氢呋喃环，SAM中嘌呤上的氨基也改为溴取代。辉瑞的PF-06939999也是核苷类似物，目前处于一期临床^[6]，用于治疗宫颈癌，食管癌，非小细胞肺癌等；

PRT543和PRT811是由PreludeTherapeutics开发的，可直接与SAM结合口袋结合，结构尚未披露，推测其结构如图3所示，与强生的抑制剂同属核苷类，不同的是环戊烷片段改成四氢呋喃且多了一个羟基，另一个backup可能是经构象约束的羟基与苯环环合。安进公司开发的AMG-193可特异性结合MTA：PRMT5复合物，针对的是MTAP基因缺失的实体瘤患者（MTAP缺失造成MTA积聚）；推测结构如图3，带有一个氨基喹啉片段，目前处于 I/II期临床。

南京圣和开发的SH3765是国内第一个进入临床的PRMT5抑制剂，其结构是根据GSK-3326595改构而来，主要在GSK分子的嘧啶酰胺部分做了一个关环构象约束；圣和公开了两篇PRMT5抑制剂相关专利，另一个系列在N乙酰基哌啶部分做了改构。

Mirati另辟蹊径

2021年11月17日，Mirati Therapeutics宣布已向FDA提交MRTX1719新药临床试验申请，待FDA批准后，Mirati将于2022年1季度启动MRTX1719的1/2期临床试验。Mirati官网显示MRTX1719是一类合成致死PRMT5抑制剂，处于IND-Enalbing的状态^[7]。

图4 Mirati官网数据^[7]

Mirati开发PRMT5抑制剂其实是采用了“合成致死”的策略。所谓合成致死，就是对于细胞中的两个基因，其中任何一个单独突变或者不发挥作用时，都不会导致细胞死亡，而两者同时突变或者不能表达时，就会导致细胞死亡；已上市药物中的PARP抑制剂，与BRCA基因突变构成合成致死搭档；这类机理主要目的是使得PARP抑制剂可选择性杀伤肿瘤细胞的同时不对正常体细胞产生影响。与PRMT5构成合成致死的基因是MTAP（甲硫腺苷磷酸化酶），MTAP是一个抑癌基因，与体内常见的抑癌基因CDKN2A发生共缺失现象，这种共缺失现象在肿瘤中的比例可达9%-15%^[8]。

MTAP参与2-甲基硫代腺苷的代谢(MTA)并再生合成SAM所需的甲硫氨酸。在没有MTAP的情况下，MTA会积聚并作为一种内在的选择性竞争抑制剂，MTA对PRMT5 SAM结合口袋的优先级是其他PRMTs结合口袋的100倍，这减少了SAM与PRMT5的结合，进而限制了PRMT5的甲基转移酶活性。MTA与PRMT5的结合也减弱了GSK3326595与底物结合口袋的结合，低浓度MTA和PRMT5抑制剂的协同作用增强了PRMT5抑制，但在高浓度MTA或PRMT5抑制剂时，协同作用明显减弱，新一代PRMT5抑制剂的设计就是为了避免这种竞争，Mirati公司MRTX1719和安进的AMG193（公开数据较少）正是这样一类小分子抑制剂^[8]。

图5 Mirati官网数据^[7]

MRTX1719的发现也称得上是“基于结构的药物设计”的代表性案例。由图5可以看出，MTAP缺失的癌细胞与MTAPWT癌细胞结构上的最大差别在于，MTAP缺失的癌细胞中MTA的积聚产生一个PRMT5-MTA复合物，基于这一复合物的结构来初筛靶向性强的小分子，经过几轮基于碎片、基于结构的药物设计和多轮构效关系研究最终得到MRTX1719。

MRTX1719的发现：MRTX1719的结构见图6A，最初筛到的hit（A中黑色结构）是1-(2H)-酞嗪酮乙胺的结构，通过hit与PRMT的共晶证实了其也和MTA的结合；甲基吡唑基团的引入增强了与PRMT·MTA配合物的结合，这是通过与Leu312的backbone的N-H形成了一个关键的氢键；引入氰氟苯基可与Phe580的backbone的N-H相互作用增强结合，并在MTAP 缺失的细胞中显示出抗增殖效果；引入环丙基氧基、氯取代可以增强肿瘤细胞中的抗增殖活性并提高啮齿动物和非啮齿动物物种中的生物利用度；图6B中可以看出MRTX1719在MTAP del和WT中的超高的选择性（82倍和74倍），而第一代的GSK-595未体现出选择性^[7]。

图6 MRTX1719选择性抑制PRMT5•MTA复合物，MTAP缺失细胞系和MTAP缺失异种移植瘤生长^[7]

MRTX1719的优势在于：1）可选择性地靶向MTAP 缺失的癌细胞，对正常细胞影响小；2）此前报道的PRMT5抑制剂会抑制PRMT5 WT正常组织，影响造血细胞活力，降低治疗指数，而MRTX1719可提高治疗指数；3）MRTX1719在多个MTAP del CDX和PDX模型中具有很强的抗肿瘤活性，并作为单药在多个模型中诱导肿瘤衰退，包括肺和间皮瘤模型^[7]。

药效结果显示，MRTX1719利用合成致死机制对MTAP缺失细胞进行选择性抑制，图7A中反应了MRTX1719的体内药效。图7D和7B中可以看出MRTX1719与第一代PRMT5抑制剂JNJ-9178和GSK-595对比的选择性；并说明了MRTX1719在抑制MTAP缺失细胞的同时，对正常细胞影响不大。

图7 MRTX1719抑制MTAP缺失的异种移植瘤生长及对骨髓活力的影响^[7]

目前国内公司只有南京圣和的PRMT5抑制剂进入临床，随着对PRMT5生理功能的深入研究，各类结构与PRMT5的共晶也会被披露；近年来变构抑制剂和PRMT5 PROTACS的发现，以及Mirati和Amgen根据MTA与PRMT5复合物设计的高选择性的分子丰富了PRMT5抑制剂的结构类型。

注：原文有删减

参考文献：

[1]Bing xiong; Allosteric Modulation: Dynamics is Double-“E”dged; J. Med. Chem. 2021, 64, 3694−3696.

[2]Michelle R. Machacek etal; The Discovery of Two Novel Classes of 5,5-Bicyclic Nucleoside Derived PRMT5 Inhibitors for the Treatment of Cancer; J. Med. Chem. 2021,64, 3911−3939.

[3]Yuanxiang Wang et al; Protein Arginine Methyltransferase 5 (PRMT5) as an Anticancer Target and ItsInhibitor Discovery; J. Med. Chem. 2018, 61, 9429−9441.

[4]Yudao shen et al; Discovery of First-in-Class Protein Arginine Methyltransferase 5 (PRMT5) Degraders; J. Med. Chem. 2020, 63, 9977−9989.

[5]詹康宁等；蛋白精氨酸甲基转移酶5抑制剂研究进展；中国药科大学学报2021，52（3）：371- 378.

[6]Aishat Motolani et al; The Structure and Functions of PRMT5 in Human Diseases; Life 2021,11, 1074. https://doi.org/10.3390/life11101074.

[7]AACR-NCI-EORTC 2021:MRTX1719: A First-in-class MTA-cooperative PRMT5 Inhibitor that Selectively Elicits Antitumor Activity in MTAP/CDKN2A Deleted Cancer Models.

[8]Michael K. C. Lee et al; PRMT5: An Emerging Target for Pancreatic Adenocarcinoma; Cancers 2021,13, 5136. https://doi.org/10.3390/cancers13205136.