EZH2結(jié)構(gòu)與功能

       表觀遺傳學(xué)是指不改變基因序列而導(dǎo)致的表型變化，包括DNA甲基化，組蛋白翻譯后修飾，染色質(zhì)重塑等。組蛋白翻譯后修飾是指對組蛋白上的氨基酸進行多種共價修飾，如乙酰化、甲基化、磷酸化，泛素化和ADP核糖基化等。

       組蛋白的乙酰化主要發(fā)生在賴氨酸殘基上，賴氨酸側(cè)鏈含有氨基，在生理條件下帶正電荷，從而能夠和含有磷酸基團的DNA緊密結(jié)合，被乙?；笫沟谜姾杀恢泻?，無法和DNA緊密結(jié)合使得染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，促進基因的表達。組蛋白的乙酰化動態(tài)平衡由大量不同的組蛋白去乙酰轉(zhuǎn)移酶（HDAC）和組蛋白乙?；福℉AT）調(diào)節(jié)。

       Polycomb 群蛋白（PcG）是一組重要的表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)因子，在細胞增殖，干細胞多能性和分化，基因表達異常惡性轉(zhuǎn)化等中起重要作用。PcGs主要含有兩種配合物，即多梳抑制復(fù)合物1（PRC1）和多梳抑制復(fù)合物2（PRC2）。PRC1，由PHCs、BMI1、CBX和RING1B亞基組成，催化組蛋白H2A的單泛素化（圖1）1。

       PRC2復(fù)合物包括EZH2，EED，SUZ12和RbAp46/48（圖1）。EZH2是一種組蛋白乙?；?，它是PRC2復(fù)合物中的催化亞基，可以催化組蛋白H3賴氨酸27（H3K27）三甲基化，誘導(dǎo)染色體凝集，進而抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄1。

       圖1. PRC1和PRC2復(fù)合物

       EZH2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)主要包含五個結(jié)合結(jié)構(gòu)域：EED相互作用域（EID），與PHF1和PCL（結(jié)構(gòu)域I）的結(jié)合結(jié)構(gòu)域，與SUZ12結(jié)合結(jié)構(gòu)域，富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域（CXC）和SET結(jié)構(gòu)域（圖2）2。

       圖2. EZH2結(jié)構(gòu)域

       近年來，EZH2的病理調(diào)控機制見于許多疾病，目前已經(jīng)開發(fā)了許多小分子EZH2抑制劑，包括一些被FDA批準(zhǔn)上市的藥物和一些已進入臨床試驗不同階段的抑制劑。EZH2抑制劑目前主要適應(yīng)癥是非霍奇金淋巴瘤（Non-Hodgkinlymphoma，NHL），而NHL根據(jù)細胞形態(tài)和病理類型分為彌散性大B細胞淋巴瘤（DLBCL）、濾泡性淋巴瘤（FL）、套細胞淋巴瘤（MCL）和慢性淋巴細胞白血病/小淋巴細胞瘤（CLL/SLL）等亞類。據(jù)2018年IARC統(tǒng)計，全球NHL新發(fā)病例近51萬例，占據(jù)所有新發(fā)癌癥病例的2.8%，發(fā)病率呈逐漸上升趨勢。

       單一從非霍奇金淋巴瘤市場看，到2023年，NHL市場預(yù)計將達到將近100億美元。而小分子靶向藥物研發(fā)成本相對較低，藥物可及性強，一旦EZH2抑制劑在發(fā)病率較高的淋巴瘤（比如DLBCL、FL）上取得顯著療效和實體瘤上取得突破進展，將會強勢競爭和滲透生物藥和其他靶點抑制劑的市場份額。臨床需求決定研發(fā)方向，EZH2抑制劑前景無限。

       EZH2抑制劑

       據(jù)不完全統(tǒng)計，目前該領(lǐng)域的在研藥物四十余種，包括EZH2抑制劑和蛋白水解靶向嵌合體（PROTACs）。其中有3款EZH2抑制劑已獲批，分別是和黃與Epizyme共同開發(fā)的他澤司他（Tazemetostat，EPZ-6438），第一三共的伐美妥司他（valemetostat），以及強生開發(fā)的阿司咪唑，除此之外還有多款處于臨床前和臨床研究的抑制劑（表1）。

       表1. EZH2抑制劑研發(fā)進展

       部分典型化合物介紹

       他澤司他（Tazemetostat，EPZ-6438）

       2012年，Epizyme通過篩選175，000的高通量化合物庫開發(fā)了第一個EZH2特異性抑制劑EPZ005687（化合物1，圖3），它的結(jié)構(gòu)通過酰胺鍵連接吡啶酮和吲唑，Ki 值為 24 nM，IC50值為54 nM3。

       2013年，Epizyme優(yōu)化了EPZ005687的結(jié)構(gòu)。吡唑的五元環(huán)結(jié)構(gòu)斷開用苯胺替代，苯胺上的取代基經(jīng)過SAR分析，發(fā)現(xiàn)通過取代乙基和THP獲得化合物EPZ-6438（也稱為Tazemetostat，化合物2，圖3）顯示出更強的效力，IC50值為4 nM。與EPZ005687相比，該化合物還顯示出良好的藥代動力學(xué)特性和口服生物利用度。EPZ-6438 對EZH1具有35倍的選擇性以及與其他14種 HMT相比，超過> 4500倍的選擇性。它對野生型EZH2和EZH2 Y641F、C、H、N、S 和 A677G 突變體表現(xiàn)出很高的體外效力。

       后續(xù)人們基于EPZ-6438結(jié)構(gòu)進行很多的優(yōu)化和修飾。2015年，Epizyme報道了一種有效且選擇性的EZH2抑制劑EPZ011989（化合物3，圖3）。對于EPZ011989，EPZ-6438的四氫吡喃部分轉(zhuǎn)化為4-氨基環(huán)己胺，嗎啉甲基苯基被嗎啉丙炔取代。化學(xué)結(jié)構(gòu)的這些變化改善了藥代動力學(xué)和藥效學(xué)性質(zhì)。

       2015年，Zhang等報道了一種新的EZH2抑制劑SKLB1049（化合物4，圖3），其核心結(jié)構(gòu)為六氫異喹啉。SKLB1049對EZH2野生型、Y641F和A677G突變體非常有效，IC50值分別為7.3 nM、39 nM和5.9 nM。SKLB1049還顯示出對EZH1的12倍選擇性。

       2016年，Song等人報告了一種有效的、高度選擇性的、口服生物可利用的EZH2抑制劑ZLD1039（化合物5，圖3）。以EPZ-6438結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，用哌嗪吡啶尾取代甲基苯基嗎啉，環(huán)合吡啶酮C4和C5形成縮合環(huán)己烯。

       2018年，為了降低EPZ-6438的分子量和復(fù)雜性，江蘇恒瑞公司的研究人員去除了EPZ-6438左側(cè)的苯基側(cè)鏈，合成了具有苯并呋喃結(jié)構(gòu)的化合物EBI-2511（化合物6，圖3）。它不僅表現(xiàn)出高酶和細胞抑制活性，IC50值分別為4.0 nM和6.0 nM，但也具有良好的藥代動力學(xué)特性。

       2020年，He等人對SKLB1049的哌嗪甲基苯基（溶劑暴露區(qū)）進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，用于設(shè)計以及合成一系列（E）-2-二苯基乙烯衍生物。最初，在SKLB1049的兩個苯環(huán)之間加入反式乙烯基。進一步探討了苯側(cè)鏈上不同取代基的SAR。初步優(yōu)化發(fā)現(xiàn)化合物7（圖3）具有有效的酶和細胞抑制活性，（EZH2 WT，IC50 = 22.0 nM；WSU-DLCL2細胞系，IC50 = 1.61 μM；SU-DHL-4細胞系，IC50 = 2.34 μM）4。

       圖3. 化合物1-7結(jié)構(gòu)與活性

       美國時間2020年1月23日，F(xiàn)DA宣布批準(zhǔn)EZH2抑制劑Tazemetostat上市，批準(zhǔn)的適應(yīng)癥為不適用于手術(shù)切除的轉(zhuǎn)移性或晚期的上皮樣肉瘤（ES）。除此之外，目前關(guān)于EZH2抑制劑Tazemetostat的臨床研究有很多，針對不同的疾病或者與其它藥物聯(lián)合使用（表2）。

       表2. Tazemetostat的臨床在研狀態(tài)

       伐美妥司他（Valemetostat）

       伐美妥司他（Valemetostat，圖4）是一款新型、高選擇性first-in-class的EZH1/2雙重抑制劑，2021年獲得美國FDA的罕見病用藥資格認定，是在全球范圍內(nèi)第1個獲得監(jiān)管批準(zhǔn)的治療成人T細胞白血病/淋巴瘤 (Adult T-cell leukemia/lymphoma，ATL) 的EZH1和 EZH2雙重抑制劑。表3顯示Valemetostat目前臨床研究試驗。

       圖4. Valemetostat結(jié)構(gòu)

       表3. Valemetostat的臨床在研狀態(tài)

       GSK-126

       2012年，GSK通過高通量篩選和結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)現(xiàn)SAM競爭EZH2抑制劑GSK126（化合物8，圖5A）5。GSK126含有與EPZ005687相同的吡啶酮基團，但其吲哚基團與EPZ005687的吲唑基團不同。GSK126對野生型和突變型EZH2均具有有效的抑制活性，Kiapp = 0.5-3 nM。GSK126對EZH2的選擇性是其他20種人甲基轉(zhuǎn)移酶的1000倍。其對EZH1的選擇性超過150倍。

       然而，GSK126缺乏口服生物利用度，因此在小鼠模型和隨后的臨床試驗中需要靜脈內(nèi)（IV）給藥。GSK126和PRC2共結(jié)晶結(jié)構(gòu)（PDB：5WG6，圖5B）顯示GSK126中的吡啶酮結(jié)構(gòu)也可以與W624形成兩個的氫鍵。GSK126與F686的苯環(huán)有很強的π- π相互作用。其酰胺基團也可與Y111形成氫鍵。由吡啶基哌嗪組成的“尾部”區(qū)域向外指向EZH2和EED之間的溶劑暴露側(cè)。

       在SAR的指導(dǎo)下，分別合成化合物GSK926（化合物9，圖5A），GSK343（化合物10，圖5A）和GSK503（化合物11，圖5A）。

       同樣，在2012年，諾華公司報告了一種有效且選擇性的小型分子抑制劑EI1（化合物12，圖5A）。El1與抑制劑GSK126具有相同的吡啶酮和吲哚核心結(jié)構(gòu)。

       2016年，Zhang等人開發(fā)了一種新型有效的EZH2抑制劑JQEZ5（化合物13，圖5A）。其核心結(jié)構(gòu)為吡啶酮和吡唑并吡啶。該化合物顯示出優(yōu)異的酶效力EZH2（IC50 = 11 nM）。在75 mg/kg下，JQEZ5顯示出GSK-126在150 mg/kg時相同的抗腫瘤活性。

       圖5. 化合物8-13的結(jié)構(gòu)與活性

       CPI-1205和CPI-0209

       2013年，Constellation Pharmaceuticals公司報告了一系列獨特的含有四甲基哌啶基苯甲酰胺骨架的EZH2抑制劑，通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)苗頭化合物14（圖6），其對WT EZH2具有51 μM的抑制活性，經(jīng)過優(yōu)化發(fā)現(xiàn)活性化合物17（圖6）。

       圖6. 化合物14-17結(jié)構(gòu)與活性

       2014年，Constellation Pharmaceuticals公司報道了另一種EZH2抑制劑CPI-360（化合物18，圖7）。它是一種酰胺連接吡啶酮和吲哚的化合物。它不僅具有出色的抑制活性（WT EZH2 IC50 = 0.5nM），也顯示出顯著的藥代動力學(xué)特征。該公司基于此進行進一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)現(xiàn)推進臨床研究的化合物CPI-1205（圖7）和CPI-0209。表3顯示 CPI-1205和CPI-0209的臨床在研進展。

       圖7. 化合物18-24結(jié)構(gòu)與活性

       表4. CPI-1205和CPI-0209的臨床在研進展

       PF-06821497

       對于一些報道的 EZH2 抑制劑（如 GSK-126、EI1 和 CPI169），吡啶酮通常通過酰胺與雙環(huán)芳族部分相連。然而，這種結(jié)構(gòu)包含相對大量的平面芳環(huán)，通常會損害所獲得化合物的溶解度。

       EPZ-6438只有一個苯環(huán)該中心，它在臨床上具有良好的應(yīng)用前景?；诨衔?5，輝瑞的研究團隊嘗試將苯環(huán)與酰胺連接起來，分別得到含有七元內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的化合物26和含有六元內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的化合物27（圖8）。進一步優(yōu)化得到化合物PF-06821497，目前進入臨床I期研究，研究對復(fù)發(fā)/難治性 SCLC、去勢抵抗性前列腺癌和濾泡性淋巴瘤治療效果（NCT03460977）。

       圖8. 化合物25-29的結(jié)構(gòu)

       EZH2的PROTACs

       除了EZH2抑制劑外，人們也開發(fā)了EZH2的蛋白靶向嵌合體（PROTACs），如圖9所示，使用不同的連接鏈連接EZH2抑制劑和E3連接酶配體（如VHL配體、CRBN配體和金剛烷）。

       圖9 . EZH2的PROTACs 30-36的結(jié)構(gòu)

       小           結(jié)

       作為一種重要的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，EZH2介導(dǎo)的表觀遺傳機制紊亂在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中得到了深入研究，證實了EZH2是抗癌靶點。通過對EZH2蛋白結(jié)構(gòu)的表征，揭示其SET結(jié)構(gòu)域是其甲基轉(zhuǎn)移酶的主要部分活性和SAM的結(jié)合位點。

       隨著藥物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，越來越多的靶向EZH2的特異性抑制劑被發(fā)現(xiàn)。已經(jīng)有三款抑制劑被批準(zhǔn)上市，而且目前臨床在研的抑制劑越來越多。Epizyme的EZH2抑制劑Tazemetostat在不到半年的時間內(nèi)兩次獲得FDA批準(zhǔn)，是表觀遺傳癌癥藥物的里程碑，表明EZH2抑制劑在癌癥治療領(lǐng)域的潛力。

       雖然有證據(jù)表明單獨使用EZH2抑制劑可能對某些腫瘤不是很有效，但替代策略的開發(fā)，如聯(lián)合治療，多靶點藥物設(shè)計和開發(fā)，EZH2的靶向降解和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的破壞是高度期待的。

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