WEE1是细胞周期调控的关键激酶，其与p53存在合成致死效应，被认为是肿瘤药物研发的潜力靶点。AZD1775（adavosertib）曾是WEE1靶点最具代表性的临床候选化合物，然而其对PLK1激酶存在显著的脱靶毒性，最终止步于II 期临床。

怎样才能在保留对WEE1强效抑制的同时，消除对PLK1的脱靶毒性？8月18日，在线发表于Journal of Medicinal Chemistry的一项研究给出了答案，研究通过分析蛋白小分子 X 射线共晶结构，使用大环化药物改造策略，得到了高选择性 WEE1 大环抑制剂，在结直肠癌患者来源类器官模型中展现出亮眼抗肿瘤活性。

这篇研究从基于结构的药物设计、药物分子筛选与优化、SAR探索，PDO药效与安全性评价到结构验证，形成了完整的证据链，是大环化策略在激酶药物设计中的典范。我们作为一家专业的结构生物学服务商，本篇推文重点聚焦在共晶结构解析在这个研究中的重要作用。

从AZD1775与WEE1的共晶结构到大环化合物

研究团队首先分析了AZD1775与WEE1蛋白的X射线共晶结构（PDB ID: 5V5Y），发现了一个关键信息：AZD1775在与WEE1结合时，分子呈现出清晰的U型空间构象，其两端的芳香环在空间上彼此靠近。

图1. AZD1775与WEE1的结合模式

团队基于此想到了大环化的分子设计策略，通过计算机辅助药物设计（CADD），在吡啶环与苯环之间插入了一个3原子醚键连接子，设计出一个14元大环化合物。计算预测显示，这个新分子和 WEE1 形成的复合物更加稳定。经过多轮化合物的迭代优化，团队设计出一系列大环化合物，在患者来源的结直肠癌类器官（PDO）模型中验证发现，化合物2和15展现出优异的抗肿瘤活性，同时对正常结肠表现出治疗窗口。

这种大环化操作在药物化学中具有明确的理论优势：通过预组织分子的有利构象，降低配体与蛋白结合过程的构象熵损失，从而提高结合亲和力；同时，刚性化的分子构型使其更精准地适配目标蛋白的结合口袋，减少对其他相似激酶的干扰。

图2. 大环化合物2的CADD设计与分子动力学模拟

共晶结构验证计算模型的准确性

计算机模拟可以预测分子的结合方式，但预测是否准确，必须通过实验验证。共晶结构解析是回答这一问题的直接手段。

研究团队成功获得了化合物2与WEE1蛋白的高分辨率共晶结构（PDB ID: 9R55，分辨率2.7 Å），并将其与计算机预测的结合模式进行叠加对比，结果显示两者高度吻合，RMSD仅为0.73 Å。这意味着计算机设计的大环分子，在真实的三维空间中确实按照预想的方式与靶点结合。

进一步分析共晶结构发现，化合物2保留了AZD1775的所有关键相互作用，包括与铰链区C379和N376的氢键，以及与F433和Y378的π-π堆积。同时，共晶结构还发现了吡啶环与F310的π-π作用以及与K328的π-阳离子作用，这是通过大环化引入的新的相互作用。这些额外的相互作用为选择性增强提供了结构层面的解释。