WEE1激酶抑制剂对患者来源转移性结直肠癌类器官的强效活性研究

WEE1激酶作为细胞周期检查点的关键调控因子，在DNA损伤修复和细胞稳态维持中扮演着至关重要的角色。WEE1通过磷酸化CDK1/2激酶的Y15位点，抑制CDK1-cyclinB复合物活性，导致G2/M期检查点停滞，为DNA损伤修复提供足够时间。大多数人类恶性肿瘤由于TP53基因突变导致G1/S检查点功能缺陷，因此过度依赖WEE1调控的G2/M和S期内检查点进行DNA损伤修复。因此，WEE1抑制剂可以选择性地增敏TP53缺陷癌细胞对放疗和其他抗癌药物的敏感性，或通过单药治疗消除这些癌细胞。目前，尚无WEE1抑制剂获得全球药品监管机构批准，但已有一些候选药物正在临床评估中。AZD1775(adavosertib)曾完成多种癌症类型的II期临床试验，但由于4级不良事件如骨髓抑制和其他耐受性问题，阿斯利康于2022年初停止了该药物的研究。这主要是由于AZD1775对WEE1和PLK1显示出等效的体外活性，缺乏足够的选择性。因此，开发对WEE1更具选择性且具有较强抗癌活性的新型抑制剂具有重要意义。

近期，发布在Journal of medicinal chemistry期刊，题为Discovery of WEE1 Kinase Inhibitors with Potent Activity against Patient-Derived, Metastatic Colorectal Cancer Organoids的研究基于AZD1775的吡嗪并嘧啶酮骨架，合成了一系列强效WEE1抑制剂，并首次利用患者来源类器官(PDOs)平台评估这些抑制剂对健康和恶性细胞活力的影响。

图示描述

1，基于临床候选药物AZD1775的结构，设计并合成了一系列吡嗪并嘧啶酮类WEE1抑制剂。首先对核心骨架进行修饰，将酰胺化和环丙基胺基功能引入嘧啶4位，但这些修饰导致WEE1抑制活性显著降低，可能是由于无法形成抑制剂羰基与N376酰胺的关键氢键相互作用。随后团队将研究重点转向头部和尾部基团的修饰，通过比较各种杂环取代和功能团修饰，成功获得了多个对WEE1具有纳摩尔级活性的抑制剂。

2，对AZD1775的叔醇基团进行替换，发现噁烷-3-醇衍生物(15号化合物)保持了良好的活性(WEE1 IC50值为58 nM)，且对PLK1选择性显著提高(选择性指数为6)。在尾部基团修饰中，将哌嗪环替换为四氢异喹啉(THIQ)结构(34号化合物)显著提高了WEE1抑制活性(IC50值为14 nM)，同时保持了对PLK1的选择性(选择性指数为12)。此外，多种含噁唑、噻唑和噁二唑基团的衍生物也表现出对WEE1的高活性和良好选择性。

3，将这些化合物应用于从TP53突变的转移性结直肠癌(mCRC)患者腹膜转移组织中分离的类器官(PDOs)活性测试。研究中使用了三种mCRC PDO细胞系：PM003(对AZD1775较敏感)、PM025(对AZD1775较耐药)和QEH039LM(肝转移来源)。测试结果表明，34号化合物对所有三种PDO细胞系均表现出卓越的抑制活性，IC50值分别为62 nM、80 nM和60 nM，均优于AZD1775(IC50值分别为120 nM、290 nM和240 nM)和当前处于临床试验阶段的ZN-c3(IC50值分别为127 nM和112 nM)。

4，进一步研究发现，在正常结肠与匹配肿瘤类器官(RAH051N/T)的对比试验中，领先化合物(25、32和34)均表现出显著的治疗窗口，肿瘤类器官对这些化合物的敏感性明显高于正常结肠类器官。尤其是34号化合物显示出卓越的治疗指数值(20)，表明其具有良好的安全性潜力。机制研究表明，这些领先化合物与AZD1775具有相似的作用机制，均能诱导DNA复制应激，但32和34能显著增强DNA损伤和细胞凋亡，后者还能增加S期细胞比例。

图3 与患者匹配的正常结肠类器官相比，CRC类器官对WEE1抑制剂的敏感性显著更高

图4 WEE1抑制剂(25、32和34)的作用机制与AZD1775相似

5，研究对34号化合物进行了扩展性评估，在24种不同癌症细胞系面板中表现出良好的活性和肿瘤选择性，IC50值范围从16 nM(淋巴瘤细胞系Ramos)到30,000 nM不等。通过多变量模型分析发现，WEE1基因拷贝数与对34号化合物的敏感性显著相关。此外，西方印迹实验证实，34号化合物能浓度依赖性地降低MDA-MB-231HM乳腺癌细胞中pY15-CDK1水平，确认了其细胞内WEE1靶点参与。

6，理化性质和ADMET-PK分析显示，15号化合物(噁烷-3-醇衍生物)相比AZD1775具有更好的理化和药代性质，溶解度提高，在小鼠和人微粒体中半衰期延长，微粒体内在清除率降低。体内药代动力学研究表明，15号化合物的组织分布体积(Vss = 2.97 L/kg)是AZD1775(Vss = 1.27 L/kg)的2倍以上，表明其组织渗透性更好。

全文总结

本研究利用患者来源类器官平台评估WEE1抑制剂对健康和恶性细胞活力的影响，为WEE1抑制剂的开发提供了重要见解。研究团队成功开发了一系列具有高效抗肿瘤活性的WEE1抑制剂，其中34号化合物作为主要候选物，不仅对WEE1具有极高的抑制活性(IC50值为14 nM)，还对PLK1表现出良好的选择性(选择性指数为12)，显著优于临床候选药物AZD1775和ZN-c3。总的来说，这项研究为靶向WEE1激酶的癌症治疗策略提供了新的候选药物和科学依据，有望推动相关药物的临床转化研究。