前   言   

细胞分裂周期是生命中的一个基本过程，细胞中发生的一系列事件导致两个相同的子细胞的形成。C     DKs属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，其激酶活性需要与细胞周期蛋白结合。据报道，     CDKs异常会导致增殖、基因组和染色体不稳定，从而导致人类癌症，并促进癌症的进展和侵袭性。    

图1、细胞分裂周期，以及CDKs和检查点的作用

作者 | 橙子

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CDK2

与其他蛋白激酶类似，CDK2具有典型的双叶结构，N端(残基1-82)和C端结构域(残基83-297)。CDK2为ATP和磷酸化受体蛋白底物提供了相邻的结合位点，使得ATP的γ-磷酸面对底物表面Ser/Thr的羟基侧链。在无有丝分裂信号的情况下，CDK2处于不活跃状态。在G1期后期，CDK2活性的增加是因为：（1）e2f介导的CCNE基因转录，其蛋白产物结合并激活CDK2；（2）CDK4/6-cyclin D介导相互作用蛋白/激酶抑制蛋白(Cip/Kip)与CDK抑制剂p21Cip1、p27Kip1和p57Kip2CDK的分离，这些抑制剂与CDK2-cyclin复合物结合并使其失活；（3）CDK2磷酸化后Cip/Kip泛素化介导其蛋白水解。

图3、人类激酶组中，FDA批准的71个激酶抑制剂

图2、CDK2的激活和抑制

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CDK2的功能

调控细胞周期与DNA复制——在细胞分裂过程中，CDK2是一个核心的细胞周期调节因子，从G1期晚期一直活跃到整个S期。CDK2通过结合cyclin E1或E2、cyclin A2、CAK复合物(CDK7、MAT1、cyclin H)磷酸化和CDC25A抑制磷酸化的去除而被激活。CDK2也磷酸化复制前复合物的几个组分，这是启动DNA合成所必需的。CDK2在协调细胞中心体复制周期中发挥重要作用。

图3、NU6140是选择性调控细胞周期与DNA复制的CDK2抑制剂

调控DNA损伤反应（DDR）——在DNA损伤后，DDR在G1/S期阻滞细胞，以修复受损的DNA并在子细胞中保持基因组保真度。G1/S DNA损伤检查点的两种机制通过CDK2抑制增殖。以CDC25A为靶点进行降解，导致WEE1对CDK2的Thr14和Tyr15位点进行持续抑制磷酸化，从而阻断其进入S期。

图4、CDK2在DNA损伤反应中的双重作用

调控细胞凋亡 ——CDK2调控凋亡通路的核心调控和功能成分。CDK2靶蛋白FOXO1在dsDNA断裂后触发DNA损伤诱导的凋亡中起着重要作用。CDK2还通过磷酸化促生存因子髓系白血病细胞分化蛋白(MCL-1)来防止细胞凋亡。

图5、CDK2在调控细胞凋亡中的作用

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CDK2活性的生物标志物

cyclin–CDK复合物的变化 ：CDK2活性的主要调节因子是其结合的细胞周期蛋白： cyclin E1, cyclin E2, cyclin A1和cyclin A2 ，以及cyclin-CDK2复合物的细胞周期蛋白依赖的激酶抑制剂：p21, p27和p57。每一种cyclin和cyclin依赖的激酶抑制剂蛋白本身都受细胞周期的调控，控制这些蛋白表达的复杂调控网络在癌症中也是失调的。

图6、cyclin–CDK复合物的变化在调控细胞周期中的作用

cyclin–CDK复合物的修饰：在细胞周期进程中，CDK2是一个增加生长因子信号传导的通道，是PI3K/AKT通路的靶点；AKT在S晚期和G2晚期磷酸化CDK2的Thr39位点，导致其进入G2/M期的细胞质易位。CDK2也被cyclin活化激酶(CAK)激活：CDK7、cyclin H和MAT1，即通过添加Thr160磷酸化和CDC25A磷酸酶而去除抑制性Tyr15磷酸化。

图7、cyclin–CDK复合物的修饰在DNA损伤中的作用

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CDK2抑制剂

开发CDK2抑制剂的主要动机是它们作为抗癌药物的潜在应用，小分子CDK2选择性抑制剂将是解剖细胞过程或疾病基础的重要化学探针。1990s起，CDK2抑制剂的开发即已经有品种进入到临床阶段，但几乎都以多靶点抑制剂为主。

正构方向，CDK2中的Ilel0、Vall8、Ala31、Lys33、Phe80、Glu81、Phe8、Leu83、His84、Gln85、Asp86、Lys89、Glnl31、Leul34、Alal44和Aspl45等位点，在结合ATP的过程中发挥着至关重要的作用。但由于ATP结合口袋在CDK蛋白家族中的高度保守，使得针对ATP结合口袋开发选择性CDK2抑制剂较为困难，故非ATP结合的别构抑制剂也在开发当中，且已发现2个抑制剂新结合口袋：1）由Leu55、Lys56、Phe80、Asp145、Phe146和Lys33组成，位于ATP结合位点和C-端螺旋的中间；2）由Leu124、Phe152、Val154-156、Glu172、Gly176、Thr182、Val184、Val227-230、Ser232-234和Asp270-Asn272组成。

图8、ATP和CDK2抑制剂的结合模式

Dinaciclib（III期）

开发公司为 默沙东 ，为 CDK1/2/5/9抑制剂 ，目前处在临床III期用于治疗难治愈的慢性淋巴细胞白血病。2011年，FDA授予Dinaciclib治疗CLL孤儿药资格。临床研究结果表明，Dinaciclib与利妥昔单抗联合用药治疗复发性慢性淋巴细胞性白血病时，患者的耐受性良好。

Seliciclib（II期）

开发公司为 Cyclacel Pharmaceuticals ，是 CYC-200系列口服小分子细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK1/2/5/7）抑制剂的 先导化合物，目前处于临床II期，用于治疗B淋巴细胞白血病，与吉西他滨／顺铂联合使用作为一线用药治疗非小细胞肺癌。另外，公司还在研究该药物用于潜在治疗与SARS-CoV-2感染（COVID-19）相关的炎症。

PF-07104091（I/II期）

开发公司为 辉瑞，是CDK2选择性抑制剂 ，口服用于多种癌症的治疗，包括乳腺癌、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、卵巢癌等。2020年9月，启动了晚期SCLC、晚期上皮性卵巢/输卵管/原发性腹膜癌、晚期乳腺癌和晚期NSCLC的I/II期试验；2020年10月，公司将该药物列为转移性乳腺癌的I期试验。2021年4月，临床前数据在第112届AACR年会上公布该药物可以用于治疗各种肿瘤模型。

Ebvaciclib（I/II期）

开发公司为 辉瑞，是CDK2/4/6抑制剂 ；2018年11月，在爱尔兰都柏林举行的第30届AACR年会上，首次公布了Ebvaciclib的体外和体内数据；Ebvaciclib对CDK2、4、5和6的结合亲和力较高，较脱靶的CDK1和CDK9高40倍。2018年3月，在接受过CDK4/6抑制剂治疗和HR阳性HER2阴性乳腺癌、转移性三阴性乳腺癌或晚期顺铂耐药性上皮性卵巢癌/输卵管癌的难治/复发患者中启动了I/II期试验。

Fadraciclib（I期）

开发公司为 Cyclacel Pharmaceuticals，一种CDK2/9抑制剂 ，静脉注射用于治疗晚期癌症，包括慢性淋巴细胞白血病、急性髓系白血病和骨髓增生异常综合征。2018年4月，临床前数据在芝加哥举行的第109届AACR年会上公布；2018年11月，启动复发或难治性CLL的临床I期试验；2019年7月，启动复发或难治性AML和MDS的临床I期试验。

NUV-422（I/II期）

开发公司为 Nuvation Bio，为CDK2/4/6抑制剂 ，临床开发用于胶质瘤的治疗。2020年11月，启动一项针对复发或难治性高级别胶质瘤成人患者的I/II期试验；2021年2月，该公司计划在启动脑转移I期试验，之后启动脑转移、雌激素受体阳性转移性乳腺癌的I期试验，再之后启动转移性去势耐药前列腺癌的I期试验。

结  语

在参与细胞分裂的所有必需蛋白质中，细胞周期蛋白依赖性激酶是最重要的一大类，且已完全证明其与癌症的发生相关。迄今为止，已上市的CDK抑制剂很少（仅有4个，且均为CDK4/6抑制剂），而其家族庞大且功能相对明确，故这个大家族中的药物开发潜力巨大。

[1] 必应

[2] Cyclin-Dependent Kinase 2 Inhibitors in Cancer Therapy: An Update. J Med Chem, 2019. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.8b01469.

[3] Targeting CDK2 in cancer: challenges and opportunities for therapy. Drug Discovery Today, 2019. DOI: 10.1016/j.drudis.2019.12.001.

[4] 细胞周期蛋白依赖性激酶2的功能及其抑制剂的研究. 中国细胞生物学学报/2021.

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