在肿瘤临床治疗中,传统细胞毒类药物仍然占据着主导地位,此类药物虽抗肿瘤作用强、适用范围广,但由于其对肿瘤细胞和正常细胞选择性低,具有较强的毒副作用。目前开发具有高选择性、低毒性的新类型抗肿瘤药物是抗肿瘤新药发展的主流趋势。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1/2(PARP1/2)是重要的抗肿瘤新靶点,抑制PARP介导的碱基切除修复将导致同源重组修复功能缺陷肿瘤细胞发生协同致死,但不影响正常细胞,由此产生高选择性抗肿瘤作用。PARP抑制剂olaparib(AZD2281)、rucaparib(AG014699)和niraparib(MK4827)已被批准用于卵巢癌的临床治疗。希明哌瑞(SOMCL-9112)是张翱研究员课题组与本课题组等共同开发的新型PARP抑制剂,是针对olaparib体内活性偏弱(400 mg,每日两次)、生物利用度偏低(11.1%)、制剂欠稳定及存在安全性风险等不足,通过理性药物设计对其进行系统的优化,最终获得新结构的化合物及其创新制剂,目前已取得临床批件,正进行临床I期试验。在本课题中,我们在分子、细胞和动物模型上对希明哌瑞的PARP抑制作用、酶选择性、体外体内抗肿瘤作用、作用机制及药效学分子标志物进行了系统研究。采用ELISA法和生物素标记法测得希明哌瑞对PARP1酶活抑制的IC50分别为1.75 n M和0.74 n M,强于已上市同类药物olaparib;对PARP2抑制活性也很强,采用生物素标记法测得其IC50为0.22 n M。希明哌瑞对其它受试PARP酶抑制作用较弱,对酪氨酸激酶未显示明显抑制作用,表明希明哌瑞是高选择性PARP1/2抑制剂。采用BRCA缺陷和BRCA完善细胞进行的体外原理证实性研究,证明希明哌瑞对BRCA缺陷细胞具有选择性杀伤作用,且选择性显著高于olaparib。希明哌瑞对被试的11株具有同源重组缺陷的人肿瘤细胞均显示较强的增殖生长抑制作用,平均IC50为2.76μM,比阳性对照olaparib平均强43.8倍。在不同组织来源的多株同源重组修复功能正常的肿瘤细胞中,希明哌瑞对替莫唑胺、紫杉醇、SN38(伊立替康活性成分)以及奥沙利铂显示出不同程度的体外增敏作用,平均增敏倍数分别为6.8、2.8、2.8、1.70。因此,希明哌瑞单独治疗DNA修复基因如BRCA缺陷的肿瘤时,通过协同致死效应产生选择性抗肿瘤作用;联合应用时对其它多种抗肿瘤药物具有增敏作用。体内抗肿瘤作用研究显示,在低于olaparib 25倍的剂量下,希明哌瑞在裸小鼠皮下移植瘤模型(CDX,cell-line-derived xenografts)中表现出显著的体内抗肿瘤作用。在BRCA2缺陷的V-C8细胞裸小鼠移植瘤模型,希明哌瑞8 mg/kg组、4 mg/kg组、2 mg/kg组T/C百分数分别为25.47%、47.12%、39.40%;在BRCA1缺陷的MDA-MB-436细胞裸小鼠移植瘤模型,希明哌瑞8 mg/kg组、4 mg/kg组、2 mg/kg组T/C百分数分别为14.21%、17.02%和35.07%。希明哌瑞单用对同源重组修复功能完善的SW620裸小鼠皮下移植瘤模型未显示明显的生长抑制作用,但对替莫唑胺显示很强的增敏作用,三个合用组的联合用药指数均大于1。在PDX(patient-derived xenografts)裸小鼠移植瘤模型中,希明哌瑞10 mg/kg组的抑制率与olaparib 100 mg/kg的对照组相当,分别为76.73%和67.19%,希明哌瑞显示出约10倍于olaparib的肿瘤抑制作用。作用机制研究显示,希明哌瑞符合PARP抑制剂抗肿瘤的一般作用规律。希明哌瑞是PARP1底物NAD+的竞争性抑制剂,通过抑制细胞内PARP1/2的活性,减少PAR的形成,在同源重组缺陷细胞内妨碍DNA单链断裂损伤的修复,导致复制性的DNA双链断裂损伤蓄积,并激活细胞内DNA损伤应答信号,激活细胞周期检查点,导致G2/M期阻滞;诱导细胞凋亡,最终导致细胞死亡,产生协同致死效应,发挥抗肿瘤作用。在MDA-MB-436人乳腺癌细胞的荷瘤裸小鼠上进行的药代和组织分布研究表明,希明哌瑞在瘤组织中的消除速度远低于在血浆中的消除速度,暴露量约为血浆暴露量的2.2-7.2倍。在希明哌瑞三个剂量组中(8 mg/kg、4 mg/kg、2 mg/kg),即使在给药后24 h,移植瘤内的希明哌瑞分别达0.17、0.12和0.05?M,仍高于其体外IC50约250倍至850倍。该结果为希明哌瑞产生强效的体内抗肿瘤活性提供了有力支持。体内药效学标志物研究显示,希明哌瑞在人乳腺癌MDA-MB-436裸小鼠移植瘤模型单次灌胃给予2 mg/kg和8 mg/kg后,外周血单核细胞(PBMC)和移组植瘤织的PARP1酶活性在5 min和30 min内时间剂量依赖性地被抑制,PAR水平明显降低;瘤组织中γH2AX水平剂量和时间依赖性地增加,在高剂量给药后30 min的瘤组织γH2AX水平升高最多,表明瘤组织DNA双链断裂蓄积呈剂量和时间依赖性地增加。该结果表明,希明哌瑞在体内模型中也可抑制PARP1/2的活性,从而减少PAR形成,造成双链断裂蓄积。主要研究结果显示,希明哌瑞是强效高选择性的PARP1/2抑制剂,通过抑制PARP1/2活性,单独应用时对同源重组修复缺陷肿瘤产生很强的体内外抗肿瘤作用;联合应用时在多种同源重组修复完善肿瘤细胞/移植瘤模型显示对多种机制不同的抗肿瘤药物具有很强的增敏作用。希明哌瑞的PARP1/2抑制活性、选择性、抗肿瘤作用总体强于已上市同类药物olaparib。PBMC和/或瘤组织中反映PARP1酶活性抑制的PAR水平和反映DNA修复抑制的γH2AX可以作为希明哌瑞在体内产生药效的分子标志物,用于监控希明哌瑞的疗效反应。