上海交大药学院和上海药物研究所合作发现新型cGAS抑制剂

环鸟苷-腺苷合成酶（cyclic GMP-AMP synthase, cGAS）通过感知细胞胞质中异常存在的dsDNA刺激机体产生免疫应答，这是生物体宿主防御的最重要机制之一。cGAS作为人体固有免疫系统的感受器，其自发和持续地活化促进炎性细胞因子的分泌导致免疫系统被异常激活，导致慢性炎症和自身免疫性疾病。因此，靶向cGAS的小分子抑制剂已成为该类疾病治疗药物研发的热点领域。然而，cGAS抑制剂的研究进展相对缓慢，目前文献报道的cGAS抑制剂大都存在细胞活性弱、代谢性质差等缺点，极大地限制了该类化合物作为候选药物进行临床有效验证，迄今为止，仅有1个小分子抑制剂（VENT-03）于今年进入临床I期试验阶段。

近日，上海交通大学药学院张翱团队与中国科学院上海药物研究所唐炜团队紧密合作，在靶向cGAS小分子抑制剂研究中取得进展。该工作最近在线发表于国际知名学术期刊J. Med. Chem. 2024, 67, 6268−6291. https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jmedchem.3c02229。

Figure 1. The representative cGAS inhibitors.

在这项研究中，研究者基于G140与h-cGAS的复合物晶体结构，对三环母核结构使用“sp²-to-sp³”的药物设计策略，一方面通过提高sp³碳的饱和度（Fsp³）提升化合物的理化性质，优化PK性质；另一方面增加化合物结构的立体性，增强化合物与cGAS的亲和力。同时，通过对吡唑环进行生物电子等排体替换，增加与cGAS疏水口袋的相互作用，探索局部最优杂环取代。自此，获得了一类具有新型四氢[咔唑-3,3’-吡咯]螺环骨架的cGAS抑制剂。其中，化合物30d具有相较于阳性化合物G140明显高的Fsp³值（0.43 vs. 0.29），在人源THP1-Dual细胞和鼠源Raw-lucia细胞中，化合物30d对dsDNA诱导的下游IFN-β的抑制活性与G140相当；值得注意的是，在大鼠体内代谢性质显著优于G140，表现在30d具有显著提升的半衰期（2.46 vs. 1.31 h）和暴露量（3141 vs. 1523 h*ng/mL）。

Figure 2. Structure-based drug design of new cGAS inhibitors.

进一步对化合物30d进行了手性拆分，并通过X-单晶衍射确定了30d-S和30d-R的绝对构型。30d-S在人源THP1-Dual细胞和鼠源RAW-Lucia细胞中对cGAS的抑制IC₅₀值分别为2.87 μM和1.02 μM，而30d-R的活性则较弱。同时，酶活测试发现，30d-S 对h-cGAS酶的抑制活性（IC₅₀低至0.006 μM）比阳性对照化合物G140的抑制活性（IC₅₀：0.051 μM）提高了7倍。化合物与cGAS竞争性结合试验研究结果显示，30d-S可竞争性结合h-cGAS蛋白中的ATP和GTP结合位点，K_d 值为 0.146 μM。此外，在细胞水平上，化合物30d-S剂量依赖地抑制cGAS激活的下游STING/TBK1/IRF3的磷酸化水平。在急性肺损伤（ALI）小鼠模型中，口服给药30d-S（30 mg/kg）能有效缓解小鼠肺部损伤和炎性症状，减少了IFN-β、TNF-α、IL-6的分泌。综上，该研究基于cGAS信号通路评价模型，发现了一类结构新颖且抑制活性强的化合物30d-S，具有开发为新型cGAS靶向抑制剂的巨大潜力。

Figure 3. Compound 30d-S reduced cGAS-STING inflammatory response in ALI mice.

本论文的第一作者是上海交通大学药学院博士研究生陈明杰和中国科学院上海药物研究所博士研究生雷书悦以及上海交通大学药学院博士后周子画。通讯作者分别为张翱教授和唐炜研究员以及宋子兰副研究员。该工作受到国家科技创新2030项目、国家自然科学基金面上项目以及上海张江国家自主创新重大项目等支持。

供稿：张翱课题组