1. 课题背景
2001年伊马替尼的上市揭开了小分子酪氨酸激酶抑制剂抵抗肿瘤的序幕，激起科学家将激酶作为治疗靶标的兴趣，引领了一批批优秀的抗肿瘤药物发展。
周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs)是与细胞周期进程相对应的一套Ser/Thr激酶系统。其生物学活性与另一种称为细胞周期蛋白的调节蛋白家族紧密相关，它们结合形成功能性异二聚体复合物[1]，负责细胞中与核酸相关的变化。根据其功能，CDK蛋白分为细胞周期CDK（CDK1,CDK2,CDK4,CDK6）与转录CDK（CDK7-9，CDK11-13,CDK19）。肿瘤细胞无限增殖与抗凋亡的特性被证明与该系统的失调相关[2]。
CDK9通过磷酸化负生长因子（NELF）、DRB敏感性诱导因子（DSIF）以及RNA聚合酶II的CTD端来影响细胞转录过程（图2）。RNA转录酶从起始复合物中释放后，不断向前延伸，但由于NELF和DSIF，停在启动子附近区域。诱导因子（DSIF），它也阻止了新的RNAPII分子的启动。在BRD4蛋白的诱导下，CDK9-cyclin T复合物被募集到启动子区域，磷酸化DISF，NELF和RNAPII CTD的Ser2。磷酸化导致NELF复合物的释放，并将DISF转化为阳性因子，从而消除了延伸嵌段。然后，RNAPII开始过渡到延伸期，并刺激新的RNAPII分子的启动[3]。此外，CDK9在全局转录的调节中也起着重要作用，尤其是在凋亡调节剂Mcl-1抗凋亡蛋白和下游原癌基因MYC的转录中，这些过程参与肿瘤细胞生长和细胞周期进程，从而控制肿瘤的增殖和存活。研究证明，在多种癌细胞当中，CDK9抑制作用可阻断RNAPII CTD的 Ser2的磷酸化并诱导MYC以及Mcl-1蛋白水平的下调[4]。这表明CDK9是一种潜在的抗肿瘤靶点。
CDK9-42由372个氨基酸组成，相对分子质量42kD，CDK9结构的分析表明，它属于alpha; beta;折叠的结构，包括N-末端和C-末端激酶叶，以及一个短小的C-末端延伸区。N-末端和C-末端激酶叶之间的裂缝即为ATP结合位点，并且具有高度保守性[5]，ATP分子的腺嘌呤环通过疏水作用结合于ATP口袋的疏水空腔中，腺嘌呤环上的氨基和氮原子分与ATP口袋铰链区Asp104、Cys106形成氢键作用，而磷酸基团主要与ATP结合口袋Asp167、Lys48、Lys151等形成离子键或氢键作用。
图一、CDK9蛋白的生物学作用
目前已有大量的CDK9抑制剂被报道，它们主要是通过竞争性地与激酶ATP口袋结合的方式来抑制CDK9活性。但由于这些蛋白质在催化域中的高度同源性，大多数CDK9抑制剂与其他CDK的选择性差。在结构上，基于与铰链残基结合的基团，CDK9非选择性抑制剂可分为三类，即类黄酮，氨基嘧啶和含氮稠合杂环化合物。虽然这些抑制剂均表现出显著的CDK9抑制活性，甚至很多都可以达到纳摩尔级别的抑制活性，但它们中大部分为广谱的CDK抑制剂，对CDK9不具有选择性，进而产生严重的毒副作用，限制了其进一步的临床研究。
进入临床研究的第一个真正意义上的高活性、高选择性的口服CDK9抑制剂是由拜耳公司研发的BAY-1143572（图二）。激酶活性结果表明其对CDK9的抑制活性为6nM，而对其他的CDK家族成员的抑制活性则在1000nM左右，产生约100倍的高选择性。同时该化合物对HelLa细胞和MOLM细胞都具有高效的抗增殖活性。除此以外，BAY-1143572在水中的溶解度高（479 mg/L，pH = 6.5），在体内的清除率低（Cl = 1.1 Lh-1Kg-1），口服生物利用度高（F = 54%），整体呈现出极佳的成药性。不仅如此，BAY-1143572更显示出可观的抗肿瘤生长活性，目前正处于临床I期研究[6]。
拜耳公司为了发现更优的选择性CDK9抑制剂，基于BAY-1143572进行了大量优化，最后发现了BAY-1251152（图二）[7]。相较于此前的BAY-1143572，该化合物展现出更好的CDK9抑制能力（IC50=3nM）与更高的抗癌细胞能力（IC50=26nM， MOLM13细胞）。并且对CDK2的选择性也更高、渗透率也更优，在临床开发研究中，BAY-1251152被证明可有效抑制异种移植模型中的肿瘤生长，并证明是另一种具有高选择性的CDK9抑制剂。不幸的是，与BAY-1251152相关的信息寥寥无几。
