巰嘌呤類藥物屬于嘌呤類抗代謝藥物，包括6-硫鳥嘌呤（6-TG）、6-巰基嘌呤（6-MP）和硫唑嘌呤（AZA）等，常用于白血?。ㄈ鏏LL和AML）和炎癥性疾病（如克羅恩病等）的治療。在細(xì)胞中，巰嘌呤類藥物轉(zhuǎn)化成活性代謝產(chǎn)物6-thio-(d)GTP，摻入到基因組原料中，引起無效DNA修復(fù)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。NUDT15是NUDIX(Nucleosidediphosphate linked to moiety X, NUDIX)水解酶超家族成員，與NUDT1（MTH1）類似，但其對氧化型核苷酸的代謝較弱。
NUDT15主要參與巰嘌呤類藥物活性代謝產(chǎn)物6-thio-(d)GTP的代謝清除。有關(guān)NUDT15的文獻(xiàn)主要集中在最近5年，目前對其生理功能仍知之甚少。臨床研究發(fā)現(xiàn)NUDT15基因多態(tài)性（如R139C）與巰嘌呤類藥物造血系統(tǒng)毒性升高顯著相關(guān)。在細(xì)胞及小鼠體內(nèi)，敲除NUDT15可有效提高6-thio-(d)GTP的濃度。在NUDT15敲除小鼠中，巰嘌呤類藥物的給藥劑量可降低20倍而不影響抗白血病療效。這表明現(xiàn)有基于巰嘌呤的治療方法可通過靶向NUDT15的6-thio-(d)GTP酶活性進(jìn)行調(diào)控。因此，來自瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種選擇性NUDT15抑制劑TH1760，并系統(tǒng)評價了其與巰嘌呤類藥物合用在AML中的潛在臨床用途。
首先，研究人員利用酶聯(lián)孔雀石綠高通量篩選方法，對17946個化合物進(jìn)行篩選，根據(jù)抑制活性、潛在的結(jié)合效率及成藥性，選擇37個候選化合物進(jìn)行劑量效應(yīng)驗證，進(jìn)而得到化合物TH884（IC50=7 μM），作為NUDT15抑制劑開發(fā)的起點。研究人員對TH884進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系研究，通過對右側(cè)苯環(huán)進(jìn)行改造，最終得到先導(dǎo)化合物TH1760（IC50=25 nM）。在一系列與NUDT15序列或功能相似的蛋白中，TH1760對NUDT15具有非常好的選擇性。TH1760可劑量依賴性提高NUDT15的熱穩(wěn)定性，提示其直接結(jié)合在NUDT15上。
為了進(jìn)一步闡明TH1760的作用機制，研究人員通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)獲得了TH1760與NUDT15共晶結(jié)構(gòu)。從復(fù)合物結(jié)構(gòu)看，TH1760以6-thio-GMP相似的取向進(jìn)入NUDT15的底物口袋。與6-thio-GMP的鳥嘌呤類似，TH1760的苯并惡唑酮與Gly137骨架形成直接氫鍵。TH1760苯并惡唑酮的羰基與Leu138骨架以及磺胺基團與Thr94之間還形成了另外2個氫鍵。酰胺的O和吲哚的N分別與Arg34和Glu88之間形成水分子介導(dǎo)的相互作用。與6-thio-GMP相比，TH1760與NUDT15共晶中這些增加的相互作用賦予TH1760與NUDT15之間的高度親和力。
然后，研究人員分別利用CETSA實驗和DARTS實驗證明TH1760可進(jìn)入細(xì)胞，與胞內(nèi)NUDT15結(jié)合。由于NUDT15活性喪失無明確的表型，但NUDT15控制巰嘌呤類藥物的藥效，因此，研究人員利用巰嘌呤類藥物抑制白血病細(xì)胞增殖作為表型，并以此研究抑制細(xì)胞內(nèi)NUDT15的作用。TH1760可通過抑制NUDT15，劑量依賴性增強AML細(xì)胞系NB4和HL-60對巰嘌呤類藥物的敏感性，并且在一系列血液細(xì)胞系中得到確認(rèn)。研究人員進(jìn)一步研究了TH1760在克服巰嘌呤類藥物耐藥性方面的作用，發(fā)現(xiàn)TH1760可增強6-TG耐藥性細(xì)胞系HCT116對6-TG的敏感性。在同源成纖維細(xì)胞BJ-hTERT（未轉(zhuǎn)化）和BJ-RAS細(xì)胞（表達(dá)SV40大T抗原和HRAS）中，TH1760對BJ-RAS細(xì)胞的6-TG增敏作用強于BJ-hTERT細(xì)胞，提示TH1760可能會增大巰嘌呤類藥物的治療窗。
最后，研究人員利用同位素標(biāo)記的6-MP或未標(biāo)記的6-TG處理HL-60細(xì)胞，通過測定DNA的放射性或直接測定6-thio-(d)GTP的含量，表明TH1760對巰嘌呤類藥物的增敏作用是通過對NUDT15的抑制，導(dǎo)致巰嘌呤類活性代謝產(chǎn)物的增多所致，與DNA損傷及DNA損傷修復(fù)反應(yīng)等增加一致。
作為First-in-class選擇性NUDT15抑制劑，TH1760有助于揭示NUDT15的生理功能。TH1760可通過抑制NUDT15，增強巰嘌呤類藥物的藥效，或者降低藥物劑量，克服耐藥性，其在AML上的臨床應(yīng)用值得進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
1. Zhang SM, Desroses M, Hagenkort A, et al. Development of a chemical probeagainst NUDT15. Nat Chem Biol. 2020;16(10):1120-1128.
110102000668（1）號