端粒酶是一种在线性染色体末端负责DNA合成的逆转录酶，主要功能是保护线性染色体的末端片段。端粒酶在大多数成年生物的体细胞中处于休眠状态。而在癌细胞中则相反，端粒酶被重新激活，以自身的RNA为模板，反转录成端粒的重复单元TTAGGG加到染色体末端，阻止端粒随细胞分裂而缩短，从而使细胞绕过衰老途径成为永生化细胞。因此，开发端粒酶抑制剂在过去十几年间被认为是一个有希望的抗癌策略。虽然由于端粒酶的复杂性迄今为止还未有相应的抑制剂被引入临床，但为了实现这个目标所付出的各项努力和获得的突破性成果值得进行回顾和总结。今天和大家总结一下近年来针对端粒酶的抑制剂研发策略和先导化合物分子。
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端粒酶抑制剂分类及现状
1.G-四联体（G-quadruplex）稳定剂
G-四联体是存在于人类端粒DNA末端的富G单链序列，可以抑制端粒酶活性。通过化学配体稳定端粒G-四联体结构来抑制端粒酶活性进而阻断端粒的延长是一种过去比较流行的抗肿瘤策略。然而由于G-四联体的保守性，针对此靶点的化合物通常选择性不高。并且G-四联体不只存在于端粒区，近期还在一些基因的启动子区发现，例如c-kit，bcl-2，VEGF，H-ras。稳定这些区域的G-四联体可能会对肿瘤细胞以外的正常细胞产生不良影响。除此之外，这类化合物在药代动力学中还表现出有限的吸收。这类四联体稳定剂中最有希望的是Braco-19，在子宫癌细胞株(UXF1138L)中观察到端粒的显著缩短，现在作为一种潜在的抗癌药物已经获得了专利。
2.反义寡核苷酸
这类抑制剂包括PS-ODN、2-O-甲基RNA和GRN163L，可以与端粒酶的RNA模板（TER）区域形成稳定的双链体进而拮抗端粒酶活性。其中最受瞩目的是GRN163L（伊美司他，imetelstat），可使肿瘤细胞端粒酶RNA上的5′-CUAACCCUAAC-3′序列沉默。伊美司他对血液肿瘤、肺癌、乳腺癌和肝癌具有积极作用，但由于观察到的持续性低度肝毒性，导致FDA将这种药物的临床试验搁置了数年，2014年解除限制后重新进入临床评估。
3.非核苷类活性位点小分子抑制剂
当前被认为最有希望的抑制策略是使用化合物直接阻滞端粒酶催化亚基（TERT）中的活性中心。勃林格殷格翰公司的混合型抑制剂BIBR1532是其中的佼佼者，可分别与脱氧核糖核苷酸和DNA引物的位点相结合，从而选择性地抑制端粒酶活性。该化合物具有抗肿瘤、增强细胞对化疗药物敏感性的作用，并且作为一种潜在的抗癌药物已获得多项专利。
可用于抑制剂设计的端粒酶结构及其特点
基于结构设计端粒酶活性位点潜在抑制剂的前提是需要有人端粒酶的精确结构。2007年，T.thermophila的TRBD的高分辨率结构被发表（2R4G）。这个结构域对酶的活性是必不可少并且当时还没有结构上的同源物。第一个端粒酶催化亚基全长结构是在2008年通过T.castaneum的X射线获得(3DU5和3DU6)。该结构由三个高度保守的结构域形成环状结构组成。T.castaneum的TRBD与T.thermophila的TRBD的结构比较显示出一些相似之处。2010年获得了T.castaneum端粒酶的全长催化亚基与RNA-DNA发夹结构形成的复合物（3KYL）。2011年报道了一种将DNA底物与人TERT、TEN和TRBD的RNA模板结合的完整三维结构的理论方法。通过将人端粒酶转录变异体1的mRNA的翻译序列(GENBANK：NM_198253.2)用于同源建模和手动组装得到3D模型。第一个显示抑制剂的结构于2015年发表，揭示了T.castaneum端粒酶的全长催化亚单位与BIBR1532(5CQG)的复合物。最近发表了用冷冻电镜获得的与端粒DNA结合的活性Tetrahymena端粒酶结构(6D6V)。该结构包括一个与TEN结构域相互作用的TERT结构域，该结构域被认为物理上封闭了TER并调节其活性。由Cyro-EM获得的另一个结构包含底物结合的人端粒酶，并且是第一个发表的人端粒酶的结构特征(EMD-7521)。该结构的分辨率很低，据我们所知，还没有用于任何已发表的分子对接研究。2019年又发表了T.castaneum端粒酶催化亚基与端粒酶抑制剂复合物的另一种X射线结构(6E53)。该结构还含有RNA-DNA发夹结构和抑制剂在活性位点阻断了DNA合成。
TRBD:telomeraseRNAbindingdomain;TERT:telomerasereversetranscriptase;
TEN:telomeraseessentialN-terminaldomain
端粒酶抑制剂的潜在分子骨架特征
当前，针对端粒酶催化亚基还发现多种骨架的小分子化合物可作为其潜在抑制剂，多数尚未进入临床前研究。通过计算模拟的方法，研究人员利用结构构建了其对接模型，这将有助于合理设计更有效的端粒酶抑制剂。
1.Benzylidene-hydrazoneanalogs
2.Dihydropyrazole
3.Dibenzopyrrole
4.Flavonepyridines
5.Oxadiazole
6.Pyrazole
7.Spiroketals
8.Celastrol
9.Myricetin
10.Indolyl-2’-deoxynucleotideanalogs
11.Flavonoidderivatives
12.Chrolactomycinderivatives
端粒酶抑制剂设计的挑战和展望
在端粒酶抑制剂的设计中，最关键的问题是机制模型的可靠性。虽然人和T.castaneum催化亚基的活性位点在结构上是保守的，但使用非人类结构的研究是否能与人酶直接相关仍不清楚。此外，在设计中还应把RNA-DNA结构和镁离子考虑在内。尽管在过去的4-5年内针对端粒酶的抑制剂已经探索和发表了许多化学骨架，但很少有专利上的持续跟进，而且这些研究也没有得到药物研发公司的跟进。最重要的是，这些分子没有一种达到临床试验，预示着端粒酶抑制剂的研究仍有很长的路要走。
