特異性PTPN2/N1小分子抑制劑AC484助力攻克首個磷酸酶靶點

近期，Nature 最新發(fā)現(xiàn)劍指 PTPN，提出了 PTPN2/N1 小分子抑制劑，ABBV-CLS-484！歷經(jīng) 6 年的研究和求證，終進入 1 期臨床試驗。我們一起來看看這神奇的發(fā)現(xiàn)吧�。�

近期，由多個研究單位的首席科學(xué)家領(lǐng)銜，在 Nature 上發(fā)表的最新成果—— "The PTPN2/PTPN1 inhibitor ABBV-CLS-484 unleashes potent anti-tumour immunity"[1]，發(fā)現(xiàn)首個已知的活性位點 PNPT 磷酸酶抑制劑，ABBV-CLS-484 (AC484)！

AC484 具有口服活性，可有效靶向 PNPT2 (IC₅₀=3.9 nM)和 PNPT1 (IC₅₀=2.8 nM)。更重要的是，AC484 可同時靶向腫瘤與免疫細胞，在增強腫瘤對免疫攻擊敏感性的同時，提高抗腫瘤免疫細胞的活性。

圖 1. PTPN2/N1 活性位點抑制劑 AC484 的發(fā)現(xiàn)^[1]。 

(A) PTPN2 的結(jié)構(gòu); (B) PTPN2 蛋白中的 AC484 (綠色); (C) PTPN2 活性位點 AC484 的晶體結(jié)構(gòu); (D) PTPN2/N1 抑制劑 AC484的結(jié)構(gòu)。

 

PTPN 磷酸酶屬于酪氨酸磷酸酶，對于酪氨酸磷酸酶，研究最早的是 SHP2 抑制劑，早期研發(fā)主要集中在活性催化位點，但由于其存在選擇性低、透膜性差及生物利用度不足等缺點，SHP2 活性催化位點抑制劑至今仍然沒有達到理想的體內(nèi)療效。后期便將研究轉(zhuǎn)向了針對 SHP2 的變構(gòu)模式，如 TNO155。此外，還有基于 pTyr 模擬片段 (pTyr Mimetics)設(shè)計的靶向PTP1B 抑制劑 (圖 2)，如 Trodusquemine [2]。

但這些抑制劑以變構(gòu)結(jié)合的方式起作用，而不是阻斷活性位點 (PTP 活性位點，即 pTyr 結(jié)合袋)。 

圖 2. 酪氨酸磷酸酶抑制劑的靶向治療^[3][4][5][6]。 

SHP2 磷酸酶抑制劑靶向治療的作用方式: (A) 將 SHP2 在基礎(chǔ)狀態(tài)下處于一種自抑制的封閉構(gòu)象，其中 N 端 SH2 結(jié)構(gòu)域與 PTP 結(jié)構(gòu)域關(guān)聯(lián)，由 PTP 結(jié)構(gòu)域和 N-SH2 結(jié)構(gòu)域之間的大量的非共價鍵來維持。當刺激性肽（如胰島素受體底物 IRS 等）與 SH2 結(jié)構(gòu)域結(jié)合時，N-SH2 和 PTP 之間的自抑制作用被破壞，SHP2 從無活性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活性狀態(tài)，從而形成可與含有 pTyr 殘基相結(jié)合的催化口袋^[3]。(B) SHP099 的化學(xué)結(jié)構(gòu)；SHP2 與 SHP099 配合物的 x 射線晶體結(jié)構(gòu)。SHP2 與 SHP099 結(jié)合在三個結(jié)構(gòu)域界面形成的中心隧道中的配合物的表面 (綠色，N-SH2;藍色,C-SH2;棕色, PTP域)。SHP2呈非活性構(gòu)象，其 N 端 SH2 結(jié)構(gòu)域完全阻斷底物進入活性位點半胱氨酸(紅色)^[4]。(C) SHP2 抑制劑 SHP099、RMC-4630 和 SHP244 與致癌 SHP2 磷酸酶的 SH2 結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并將該酶鎖定在其封閉的非活性構(gòu)象中^[5]。

基于pTyr 模擬物的抑制劑：(D) 基于 pTyr 模擬片段的 PTP 抑制劑, 通過生成與 PTP 活性位點和不同外周口袋相互作用的二價配體來獲得高效和選擇性的 PTP 抑制劑中^[6]。(E) 基于 pTyr 模擬片段的方法可同時靶向 PTP 活性位點和鄰近的不太保守的口袋，以提高抑制劑的效力和選擇性^[6]。

此外，磷酸酶還包括絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶，如 PPPases 家族，其 調(diào)節(jié)劑可分為三類: (1) 靶向催化亞基的小分子（如 LB-100）; (2) 靶向非催化亞基/結(jié)構(gòu)域的小分子（如 FTY720、DT061 和 iHAP1）; (3) 靶向全酶的小分子（如 Cyclosporine A 和 Tacrolimus)[2]。
凡此種種，也都不是靶向活性催化位點抑制劑。

圖 3. PPPases 調(diào)節(jié)劑^[2][5][7]。

LB-100 結(jié)合 PP2A 催化亞基的催化活性位點，通過競爭性占據(jù)底物結(jié)合位點抑制 PP5 和PP2A: (A)  LB-100 通過多種類型的相互作用 (包括離子相互作用 (紅色虛線)、氫鍵(綠色虛線)、疏水和偶極-偶極堆疊相互作用(黃色虛線))在催化口袋內(nèi)緊密配合，阻斷了底物的磷酸基與催化金屬的接觸^[2]。(B) LB100 對 PP2A 復(fù)合物和 PP5 的催化亞基的直接抑制^[5]。

PP2A的變構(gòu)激活劑: (C) DT-061 和 iHAP1激活具有不同 B56 調(diào)控亞基的不同 PP2A 全酶，調(diào)控不同的信號通路^[2]。(D) DT-061 的結(jié)合方式:DT-061作為一種“分子膠”，位于由三個 PP2A 亞基(支架 Aα 亞基(A亞基)，催化Cα亞基(C亞基)和 B56α 調(diào)節(jié)亞基(B亞基))的交叉界面形成的口袋中，并與所有三個亞基形成多種類型的相互作用，以穩(wěn)定PP2A 異源三聚體。結(jié)合袋離催化位點較遠，A亞基、B亞基、C亞基、催化位點和 DT-061 分別是淺品紅、紫紅色、海藍色、紅色和黃色^[2]。

 

雖然已鑒定出具有有效酶活性 (<10 nM) 的 PTPN1 抑制劑，但報道的化學(xué)型 (pTyr chemotypes) 表現(xiàn)出較弱的細胞活性 (>10 μM) 和較差的藥代動力學(xué)特性[8]。而 AC484 是一種有效的 PTPN2 (也稱為 TC-PTP) 和 PTPN1（也稱為 PTP-1B）活性位點抑制劑，具有口服活性。

AC484 是第一個進入癌癥免疫治療臨床試驗的活性位點磷酸酶抑制劑，目前正在晚期實體瘤患者中進行評估 (NCT04777994)[1]。

PTPN2 和 PTPN1 具有高度同源的活性位點。Robert (2017) 利用接受免疫治療的小鼠設(shè)計了體內(nèi) CRISPR 篩選實驗，測試了黑色素瘤細胞表達的 2368 個基因，以確定與檢查點封鎖協(xié)同作用或引起抵抗的基因。結(jié)果顯示，PTPN2/N1 抑制免疫細胞激活，PTPN2/N1 缺失提高了腫瘤細胞對檢查點封鎖的敏感性[1][9]。

AC484 是雙重 PTPN2/N1 抑制劑，可增加腫瘤對 INF-γ 的敏感性，并促進 T 細胞激活和功能。

1) 在 AC484 磷酸酶篩選實驗中，AC484 對 PTPN2/N1 表現(xiàn)出高選擇性：PTPN2 （IC₅₀: 1.8 nM）; PTPN1 (IC₅₀: 2.5 nM)。

2) 通過增強干擾素 γ (INF-γ) 介導(dǎo)的抗原呈遞和生長抑制作用，提高腫瘤免疫治療效果。

3) 促進 T 細胞活化，促進腫瘤殺傷和細胞因子產(chǎn)生，增強 T 細胞的細胞毒性和腫瘤的敏感性。

AC484 在小鼠模型中免疫依賴性地抑制腫瘤，增加了幾種免疫細胞亞群的激活和功能，促進了包括 JAK-STAT 信號在內(nèi)的細胞通路，使 TME 發(fā)炎。

1) AC484 單一療法有效控制小鼠腫瘤生長并改善腫瘤轉(zhuǎn)移情況，在 CT26 模型中AC484 與抗 PD-1 的組合進一步增強了療效和生存率。

2) AC484 以 NK 細胞依賴性的方式抑制腫瘤，介導(dǎo)免疫細胞亞群的激活和聚類，促進 NK 細胞和 CD8+ T 細胞功能，這些亞群以特定環(huán)境的方式介導(dǎo)腫瘤生長。

3) PTPN2/N1 抑制導(dǎo)致總免疫細胞和 CD8+ 細胞更多地浸潤到腫瘤中，在骨髓亞群中引發(fā)促炎表型，觸發(fā) TME 發(fā)炎。

4) PTPN2/N1 抑制增強多種 JAK-STAT 信號通路，導(dǎo)致免疫激活和 IFN 介導(dǎo)的炎癥。

 

本期小 M 為大家介紹了特異性 PTPN1/PTPN2 的抑制劑 AC484。PTPs 本是 “難以成藥” 靶點，卻被  AC484 改寫命運，成為第一個被攻克了已知活性位點的磷酸酶靶點。AC484 抑制 PTPN1/PTPN2 帶來了腫瘤抑制和免疫激活的雙重功效，強勢遏制腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移。此外，小 M 還為大家整理了相關(guān)磷酸酶抑制劑的開發(fā)思路，方便大家的實驗研究~

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ABBV-CLS-484 有效的 PTPN1 和 PTPN2 抑制劑，可增強免疫應(yīng)答并增加腫瘤對免疫介導(dǎo)殺傷的敏感性。

Tegeprotafib 口服有效的 PTPN1 和 PTPN2 抑制劑，對 PTPN2 和 PTP1B 的 IC50 分別為 4.4 nM 和 1-10 nM。

Anticancer agent 144 PTPN2/PTP1B 雙重抑制劑，其 IC50 值均 ＜2.5 nM。

Anticancer agent 143 PTPN2/PTP1B 雙重抑制劑，其 IC50 值均 ＜2.5 nM。

PROTAC PTPN2 degrader-1 有效的 PTPN2 降解劑。

PROTAC PTPN2 degrader-2 有效的 PTPN2 降解劑。

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參考文獻：
[1] Baumgartner CK, et al. The PTPN2/PTPN1 inhibitor ABBV-CLS-484 unleashes potent anti-tumour immunity. Nature. 2023 Oct;622(7984):850-862. 
[2] Zhang Q, et al. Strategies for Targeting Serine/Threonine Protein Phosphatases with Small Molecules in Cancer. J Med Chem. 2021 Jul 8;64(13):8916-8938.  

[3] Garcia Fortanet J, et al. Allosteric Inhibition of SHP2: Identification of a Potent, Selective, and Orally Efficacious Phosphatase Inhibitor. J Med Chem. 2016 Sep 8;59(17):7773-82. 

[4] Chen YN, et al. Allosteric inhibition of SHP2 phosphatase inhibits cancers driven by receptor tyrosine kinases. Nature. 2016 Jul 7;535(7610):148-52.  

[5] Vainonen JP, et al. Druggable cancer phosphatases. Sci Transl Med. 2021 Apr 7;13(588):eabe2967.  

[6] Zhang ZY. Drugging the Undruggable: Therapeutic Potential of Targeting Protein Tyrosine Phosphatases. Acc Chem Res. 2017 Jan 17;50(1):122-129. doi: 10.1021/acs.accounts.6b00537. Epub 2016 Dec 15.  

[7] Vit G, et al. Chemogenetic profiling reveals PP2A-independent cytotoxicity of proposed PP2A activators iHAP1 and DT-061. EMBO J. 2022 Jul 18;41(14):e110611.  

[8] Combs AP. Recent advances in the discovery of competitive protein tyrosine phosphatase 1B inhibitors for the treatment of diabetes, obesity, and cancer. J Med Chem. 2010 Mar 25;53(6):2333-44.  

[9] Manguso RT, et al. In vivo CRISPR screening identifies Ptpn2 as a cancer immunotherapy target. Nature. 2017 Jul 27;547(7664):413-418.