特異性PTPN2/N1小分子抑制劑AC484助力攻克首個(gè)磷酸酶靶點(diǎn)

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(jìn)入 1 期臨床試驗(yàn)。我們一起來(lái)看看這神奇的發(fā)現(xiàn)吧！！

近期，由多個(gè)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(gè)已知的活性位點(diǎn) 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(shí)靶向腫瘤與免疫細(xì)胞，在增強(qiáng)腫瘤對(duì)免疫攻擊敏感性的同時(shí)，提高抗腫瘤免疫細(xì)胞的活性。

圖 1. PTPN2/N1 活性位點(diǎn)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(diǎn) 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(duì)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(diǎn)，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(diǎn)，SHP2 活性催化位點(diǎn)抑制劑至今仍然沒(méi)有達(dá)到理想的體內(nèi)療效。后期便將研究轉(zhuǎn)向了針對(duì) 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(jì)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(diǎn) (PTP 活性位點(diǎn)，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(jià)鍵來(lái)維持。當(dāng)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(shí)，N-SH2 和 PTP 之間的自抑制作用被破壞，SHP2 從無(wú)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(gè)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(lán)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(jìn)入活性位點(diǎn)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(guò)生成與 PTP 活性位點(diǎn)和不同外周口袋相互作用的二價(jià)配體來(lái)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(shí)靶向 PTP 活性位點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性占據(jù)底物結(jié)合位點(diǎn)抑制 PP5 和PP2A: (A)  LB-100 通過(guò)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(duì) 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(hào)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(gè) 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(gè)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(diǎn)較遠(yuǎn)，A亞基、B亞基、C亞基、催化位點(diǎn)和 DT-061 分別是淺品紅、紫紅色、海藍(lán)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(bào)道的化學(xué)型 (pTyr chemotypes) 表現(xiàn)出較弱的細(xì)胞活性 (>10 μM) 和較差的藥代動(dòng)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(diǎn)抑制劑，具有口服活性。

AC484 是第一個(gè)進(jìn)入癌癥免疫治療臨床試驗(yàn)的活性位點(diǎn)磷酸酶抑制劑，目前正在晚期實(shí)體瘤患者中進(jìn)行評(píng)估 (NCT04777994)[1]。

PTPN2 和 PTPN1 具有高度同源的活性位點(diǎn)。Robert (2017) 利用接受免疫治療的小鼠設(shè)計(jì)了體內(nèi) CRISPR 篩選實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了黑色素瘤細(xì)胞表達(dá)的 2368 個(gè)基因，以確定與檢查點(diǎn)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(xì)胞激活，PTPN2/N1 缺失提高了腫瘤細(xì)胞對(duì)檢查點(diǎn)封鎖的敏感性[1][9]。

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

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

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

3) 促進(jìn) T 細(xì)胞活化，促進(jìn)腫瘤殺傷和細(xì)胞因子產(chǎn)生，增強(qiáng) T 細(xì)胞的細(xì)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(xì)胞亞群的激活和功能，促進(jìn)了包括 JAK-STAT 信號(hào)在內(nèi)的細(xì)胞通路，使 TME 發(fā)炎。

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

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

3) PTPN2/N1 抑制導(dǎo)致總免疫細(xì)胞和 CD8+ 細(xì)胞更多地浸潤(rùn)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(qiáng)多種 JAK-STAT 信號(hào)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(diǎn)，卻被  AC484 改寫(xiě)命運(yùn)，成為第一個(gè)被攻克了已知活性位點(diǎn)的磷酸酶靶點(diǎn)。AC484 抑制 PTPN1/PTPN2 帶來(lái)了腫瘤抑制和免疫激活的雙重功效，強(qiáng)勢(shì)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(kāi)發(fā)思路，方便大家的實(shí)驗(yàn)研究~

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

Tegeprotafib 口服有效的 PTPN1 和 PTPN2 抑制劑，對(duì) 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(xiàn)：
[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.