综述：PARP-1抑制剂在癌症治疗中的应用：设计、分子建模、结构-活性关系及临床进展

《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》：PARP-1 inhibitors in cancer therapy: design, molecular modeling, structure–activity relationships, and clinical advances

　　**摘要**
聚（ADP-核糖）聚合酶-1（PARP-1）是一种在DNA修复和维持基因组稳定性中起关键作用的酶。在具有同源重组缺陷的肿瘤（尤其是BRCA1/2突变）中发现合成致死性，证实了PARP抑制剂作为一类重要的靶向抗癌剂。目前已有几种抑制剂（包括奥拉帕利、鲁卡帕利、尼拉帕利和塔拉佐帕利）获得临床批准，并在选定的患者群体中显示出显著的临床益处。本文综述了PARP-1抑制剂的结构发展，从经典的NAD类似物到新型的非NAD和双靶点化合物，重点讨论了结构-活性关系（SAR）和分子建模研究。文章强调了PARP-1催化域内的关键结合相互作用以及影响选择性和效力的因素，同时还介绍了克服药物耐药性和提高治疗效果的新策略。尽管取得了显著的临床成功，但仍存在一些挑战，如不良反应、获得性耐药性和在某些肿瘤类型中的活性有限。预计通过持续的研究和开发合理药物设计及基于生物标志物的疗法，将能够提高PARP-1靶向治疗的精确度和长期效益。

**引言**
基因组DNA不断受到内源性和外源性损伤的威胁，包括活性氧（ROS）、自发的水解反应、紫外线辐射、电离辐射以及烷基化或交联剂[1, 2]。细胞依赖于高度协调的DNA损伤响应（DDR）途径来检测损伤并通过专门的机制进行修复，例如碱基切除修复（BER）、同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）[3]。这些修复途径对于维持基因组完整性和防止恶性转化至关重要。

聚（ADP-核糖）聚合酶（PARPs）是一类核酶，至少包含17个成员，它们共享一个负责将ADP-核糖单元从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）转移到目标蛋白质的保守催化域[4,5,6]。PARP-1是PARP家族中最丰富且研究最广泛的成员，在DNA单链断裂（SSBs）的修复中起着关键作用[4, 15, 16]。PARP-1在与其锌指DNA结合域结合后，通过NAD+催化聚（ADP-核糖）（PAR）链的合成[17]。这些带负电荷的PAR聚合物作为DNA修复蛋白的招募信号，从而促进基因组完整性的恢复。此外，PARP-1还参与染色质重塑、转录调控、复制叉稳定和细胞死亡途径的调节[7, 8]。

合成致死性的概念使得PARP-1抑制具有治疗意义，即同时破坏两个互补的细胞途径会导致细胞死亡，而单独破坏任一途径则可以容忍[18]。如图1所示，PARP-1的药理学抑制会导致未修复的SSBs积累，在DNA复制过程中这些SSBs会因复制叉崩溃而转化为DNA双链断裂（DSBs）[19, 20]。在正常细胞中，这些DSBs可以通过同源重组得到有效修复。然而，携带BRCA1或BRCA2有害突变的肿瘤细胞缺乏这种补偿性修复机制[11]。因此，PARP抑制选择性地诱导HR缺陷癌细胞的细胞毒性，而具有完整HR能力的正常细胞则相对不受影响[21,22,23,24]。

**机制**
通过一种称为PARP捕获的过程，被抑制的PARP-1会紧密结合到DNA损伤位点，形成有毒的PARP–DNA复合物。许多PARP抑制剂除了具有催化抑制作用外，还具有细胞毒性。临床批准的PARP抑制剂在捕获能力上有所不同，这影响了它们的毒性谱和治疗效果[12]。奥拉帕利、鲁卡帕利、尼拉帕利和塔拉佐帕利等抑制剂已被批准用于治疗BRCA突变和同源重组缺陷的恶性肿瘤，特别是卵巢癌和乳腺癌[12, 13]。基于HR缺陷和BRCA突变状态的分子患者分类的重要性进一步体现在PARP药物被纳入精准肿瘤学框架中[9, 10]。从结构上看，这些药物作为烟酰胺类似物与PARP-1的NAD+催化口袋竞争性结合，支架结构的变化会影响结合亲和力和PARP捕获能力[14]。为了提高效力和选择性，基于结构的药物设计方法集中在扩展分子支架到相邻的疏水区域并优化烟酰胺结合位点内的氢键相互作用上。

尽管PARP抑制剂在临床上取得了成功，但仍存在一些挑战，如治疗相关的副作用、获得性耐药性和在某些肿瘤类型中的活性有限。为了提高治疗效果和克服耐药机制，需要继续进行合理药物设计和基于生物标志物的疗法研究。

**PARP-1在癌症治疗中的作用**
PARP-1是一种多功能核酶，在维持基因组稳定性方面起着基础性作用。除了其在DNA修复中的已知功能外，PARP-1还参与染色质重塑、转录调控、复制叉稳定和程序性细胞死亡的调节[7, 8]。此外，PARP-1活性的失调与肿瘤进展和治疗耐药性有关，因为它在细胞应激反应中处于核心位置。

**PARP-1在DNA修复中的作用**
PARP-1参与DNA单链断裂（SSBs）的修复，这些断裂通常由氧化损伤、水解反应和碱基切除修复（BER）过程中产生的中间体引起[15, 16]。PARP-1包含一个N端DNA结合域（含有锌指基序Zn1、Zn2、Zn3）、一个自修饰域、一个WGR调控域和一个C端催化域，后者负责聚（ADP-核糖）的合成[15, 16]。锌指域在感知DNA链断裂时促进PARP-1与受损DNA的结合，触发构象变化以激活催化域。活化的PARP-1通过将NAD+切割成烟酰胺和ADP-核糖单元，催化ADP-核糖单元向目标蛋白质的转移[17]。这些PAR聚合物共价附着在PARP-1本身和其他核受体蛋白上，形成一个带负电荷的平台，从而招募重要的BER蛋白如XRCC1、DNA连接酶III和DNA聚合酶β[17]。除了SSB修复外，PARP-1还参与复制叉稳定并防止S期进展期间DNA双链断裂的积累[8]。然而，PARP-1的持续激活或失调可能导致基因组不稳定和细胞存活信号通路的改变[15, 16]。

**合成致死性**
合成致死性的概念指的是两种不同途径的同时受损会导致细胞死亡，而单独破坏任一途径则可以维持细胞存活[18]。在肿瘤学中，这一原理被用于选择性靶向肿瘤特异性脆弱性。PARP-1抑制是最成功的合成致死性临床应用之一，它参与生理条件下的DNA单链断裂（SSBs）修复。PARP-1的药理学抑制会导致未修复的SSBs积累，在DNA复制过程中这些SSBs会因复制叉崩溃而转化为DNA双链断裂（DSBs）[19, 20]。在正常细胞中，这些DSBs通过同源重组得到有效修复。然而，携带BRCA1或BRCA2有害突变的肿瘤细胞缺乏这种补偿性修复机制[11]。因此，PARP抑制选择性地诱导HR缺陷癌细胞的细胞毒性，而具有完整HR能力的正常细胞则相对不受影响[21,22,23,24]。

**临床应用**
临床前研究表明，BRCA1或BRCA2缺陷细胞对PARP抑制表现出显著的敏感性，从而验证了合成致死性方法在癌症治疗中的有效性[19,20,21,22,23,24]。PARP抑制剂在BRCA突变和HR缺陷恶性肿瘤中的临床开发基于这种选择性细胞毒性。值得注意的是，PARP抑制剂的细胞毒性不仅限于催化抑制，许多抑制剂还能通过PARP捕获增强复制应激和DNA损伤积累[12]。

**PARP抑制剂作为抗癌剂**
PARP抑制剂在DNA修复中的关键作用及其在具有同源重组（HR）异常的肿瘤中利用合成致死性的潜力是它们临床开发的主要依据。如前所述，PARP-1抑制会导致单链DNA断裂持续存在，这些断裂在DNA复制过程中因复制叉崩溃而转化为双链断裂[19, 20]。在正常细胞中，DSBs主要通过同源重组（HR）途径得到修复，这是一种需要功能性BRCA1和BRCA2蛋白的高保真修复机制[11, 21]。然而，携带BRCA1/2有害突变的肿瘤细胞缺乏HR修复能力。在这些细胞中，PARP抑制后，DSBs的积累导致依赖容易出错的修复途径（如非同源末端连接（NHEJ）和单链退火（SSA），从而导致基因组不稳定和最终细胞死亡[22, 23]。

**结论**
总体而言，PARP抑制剂在药物化学和医药化学方面提供了全面且最新的概述，特别强调了合成策略与分子建模及详细的结构-活性关系（SAR）分析的结合。文章还讨论了临床批准的抑制剂、新兴的支架结构和耐药机制，以提供PARP-1靶向癌症治疗的当前进展和未来方向。综述涵盖了2016年至2026年间通过PubMed、Scopus和Web of Science等数据库报告的关键发展。最近，将PARP抑制剂与雄激素受体信号抑制剂（ARSI）联合使用进一步扩展了这一领域的治疗选择[28]，突显了合理联合策略的潜力。除了上皮恶性肿瘤外，PARP抑制剂在Ewing肉瘤中的应用也得到了研究。将PARP抑制剂与拓扑异构酶I抑制剂（如伊立替康）以及放疗结合使用的联合方法，在临床前和早期临床研究中显示出增强的抗肿瘤活性[29]。同时，双靶点HDAC/PARP抑制剂也被探索作为应对某些肉瘤模型中对PARP抑制剂单药治疗反应有限的一种策略[30]。其他肿瘤背景也得到了研究，包括Ets-1过表达的乳腺癌模型[31]以及伴有脑转移的恶性肿瘤，其中药物穿过血脑屏障的能力是一个关键的药理学考虑因素[32]。在卵巢癌中，将PARP抑制剂与抗血管生成剂联合使用在一线治疗中显示出改善的疗效[32]。重要的是，预测反应的生物标志物不仅限于BRCA突变。PTEN缺陷[33]和CDK1抑制[34]都与HR修复能力受损和对PARP抑制剂敏感性的增加有关。使用患者来源的肺腺癌模型进行的临床前研究表明，PARP抑制剂治疗后肿瘤有所消退，生存期延长[34]，这进一步支持了这类药物的广泛治疗潜力。其他与DNA损伤反应相关的基因，包括ATM、ATR、MRE11A和NBS1，也被发现能够调节对PARP抑制剂的敏感性[35]。此外，长期使用PARP抑制剂（如奥拉帕利和维利帕利）在BRCA1缺陷的小鼠模型中延缓了肿瘤的发展，这表明它们可能在高风险人群中具有化学预防作用[36]。总体而言，这些发现强调了PARP抑制剂临床应用的不断扩大，并突显了在患者选择中分子分层的重要性。

**PARP-1抑制剂**

**临床批准的PARP-1抑制剂**
图4展示了临床批准的PARP-1抑制剂。所有这些抑制剂都是NAD+竞争性抑制剂，它们具有保守的烟酰胺模拟药效团，能够与PARP-1的催化结构域结合。尽管这些抑制剂具有相似的药效团，但骨架结构和取代基取向的微小差异显著影响了它们的效力、PARP捕获效率和药代动力学行为。

**临床批准的PARP-1抑制剂及其IC50（nM）值** [37,38,39,40,41,42,43]
**奥拉帕利（AstraZeneca）**
奥拉帕利于2014年12月获得FDA批准，用于治疗至少经过三种一线化疗后仍具有生殖系BRCA（gBRCA）突变的卵巢癌患者，这一批准基于一项关于奥拉帕利单药治疗gBRCA突变癌症的非随机研究[44]。奥拉帕利是一种强效的PARP-1抑制剂，其IC50为1.1 nM。如图4所示，奥拉帕利的结构类似于NAD。其邻苯二甲酰亚胺核心和羧酰胺基团能够与Gly863和Ser904等残基形成关键的氢键相互作用，从而增强其抑制效力[45]。奥拉帕利的合成路线如图1所示。

**鲁卡帕利（Rucaparib）**
鲁卡帕利于2016年12月19日获得FDA批准，用于治疗具有有害生殖系BRCA1和BRCA2突变、因此患乳腺癌和卵巢癌风险增加的患者[47, 48]。鲁卡帕利是一种PARP-1抑制剂，其IC50为0.8 nM。其刚性三环骨架增强了NAD+结合口袋内的π–π堆叠相互作用，提高了结合亲和力[49]。鲁卡帕利的合成路线如图2所示。

**尼拉帕利（Niraparib）**
尼拉帕利于2017年3月27日获得FDA批准，用于维持治疗对铂类化疗有反应的复发性上皮卵巢癌、输卵管癌或原发性腹膜癌患者[51]。尼拉帕利是一种PARP-1抑制剂，其IC50为3.8 nM[52]。其结构类似于NAD，结构修饰改善了药代动力学特性，特别是口服生物利用度和组织分布[49]。

**塔拉佐帕利（Talazoparib）**
塔拉佐帕利于2022年获得FDA批准，用于治疗具有有害或疑似有害生殖系BRCA突变的成人患者，这些突变与表皮生长因子受体2（HER2）阴性、局部晚期或转移性乳腺癌相关[54]。塔拉佐帕利是一种PARP-1抑制剂，其IC50为0.57 nM[55]。与其他已批准的抑制剂相比，它表现出极高的PARP捕获效率，这显著增强了其细胞毒性，但也带来了更高的血液系统毒性[56]。

**其他PARP抑制剂**
表1提供了临床批准的PARP抑制剂的比较概述，突出了它们在结构特征、生物活性和药理学特性方面的关键差异。尽管这些抑制剂具有相似的烟酰胺模拟药效团，但骨架结构的差异导致了PARP捕获效力和药代动力学行为的差异。塔拉佐帕利具有最高的PARP捕获效率，而奥拉帕利、鲁卡帕利和尼拉帕利的捕获活性相对适中。此外，物理化学性质的差异影响了组织分布和毒性特征。这些结构和药理学差异强调了在PARP抑制剂开发中合理设计骨架的重要性，以优化效力、选择性和安全性之间的平衡。

**NAD类似物**
大多数临床批准的PARP抑制剂作为NAD+竞争性抑制剂发挥作用。这些骨架也指导了许多研究中的NAD竞争性衍生物的设计，旨在提高效力、选择性和药代动力学特性。PARP-1的抑制活性主要通过体外酶学测定进行评估，而抗增殖效应则通过标准细胞活力测定进行评估。表2总结了这些衍生物的代表性例子。

**吡啶衍生物**
吡喃[2,3-d]嘧啶-2,4-二酮衍生物已被报道为强效的PARP-1抑制剂[69]。新合成的化合物通过体外酶学测定评估了其对PARP-1酶的抑制活性。化合物8和9的IC50分别为4.06 nM和3.61 nM，而化合物10的IC50为2.76 nM。从蛋白质数据库中获取了奥拉帕利与PARP-1复合物的晶体结构（PDB ID: 5DS3），并用作分子对接的模板，以研究这些衍生物在催化位点的结合模式。它们的合成路线如图8所示。

**合成过程**
吡喃[2,3-d]嘧啶-2,4-二酮衍生物8和9的合成是通过适当取代的前体进行缩合，随后进行分子内环化以构建融合的吡喃-嘧啶二酮骨架。最终的功能化步骤产生了用于评估PARP-1抑制活性的目标化合物[65]。分子对接分析显示，化合物8在PARP-1催化位点形成了多种稳定相互作用[65]。此外，π–π堆叠相互作用（涉及Tyr907）以及π–硫相互作用（涉及His909）进一步稳定了配体在结合口袋内的位置。图5 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。化合物8在PARP-1活性位点内的二维分子相互作用如图6所示，化合物9与嘧啶二酮环的羰基之间有多个氢键相互作用，同时Gly863还与嘧啶二酮环的氨基之间存在氢键相互作用；此外，His862与Tyr907之间以及Tyr896与噻吩环之间存在π–π堆叠相互作用。图6 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。化合物9在PARP-1活性位点内的二维分子相互作用。螺芳基二氧杂环烷衍生物被设计为NAD+-竞争性PARP-1抑制剂[70]。通过体外酶测定实验，这些合成化合物显示出强烈的PARP-1抑制活性，IC50值介于0.9至2.7 nM之间。化合物11和12的抑制活性最强，IC50值分别为1.01 nM和0.9 nM。使用Molecular Operating Environment (MOE, 2020.0901)软件对化合物与人类PARP-1结合口袋的结合模式进行了分子对接研究，并将其与生物活性进行了关联。从蛋白质数据库中获取了与奥拉帕利共结晶的PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 7KK4）作为对接模板。此外，这些化合物对BRCA1突变的乳腺癌细胞（例如MDA-MB-436）表现出抗增殖活性，这是通过标准细胞活力测定评估得出的。它们的合成路线在方案9中有所概述[70]。图9 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。化合物11是通过α,β-不饱和酮与硫代半卡巴嗪缩合制备得到相应的吡唑啉衍生物。化合物12则是通过乙酰乙酸酯与碱介导的迈克尔加成反应，随后进行环化和乙醇消除反应制备得到最终产物[70]。如图7所示，化合物11的硫酰胺基团与Ser904的羟基以及Gly863的主链氨基之间存在氢键相互作用；吡唑啉环与Tyr907之间也存在芳香族π–π堆叠相互作用，有助于其在活性位点内的稳定。图7 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。化合物11在PARP-1活性位点内的二维分子相互作用。喹唑啉酮衍生物被设计为NAD+-竞争性PARP-1抑制剂[71]。化合物13和14通过体外酶测定实验显示出强烈的PARP-1抑制活性，IC50值分别为39 nM和27 nM。此外，这两种化合物与对照组相比显著诱导了癌细胞的凋亡，这是通过标准细胞实验评估得出的。使用Discovery Studio 2.5软件中的C-Docker协议进行了分子对接研究，以探究目标化合物在PARP-1活性位点内的结合模式。从蛋白质数据库中获取了与奥拉帕利共结晶的PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 5DS3）作为对接模板。它们的合成路线在方案10中有所概述[71]。图10 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。化合物13和14是通过亲核加成后消除反应制备得到最终产物的。如图8所示的分子对接结果显示，化合物13在PARP-1催化口袋内形成了多个稳定作用，包括与关键残基Tyr907、Ser904和Gly863的多个氢键相互作用。此外，涉及Tyr907、His862和Lys903的三个阳离子–π相互作用进一步增强了结合稳定性。图8 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。化合物13在PARP-1活性位点内的二维分子相互作用。设计并合成了一系列新型苯并咪唑三环衍生物[72]。化合物15通过体外酶测定实验显示出强烈的PARP-1抑制活性，IC50值为0.51 nM。分子对接研究揭示了其在PARP-1活性位点内的结合模式。从蛋白质数据库中获取了与奥拉帕利共结晶的PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 5DS3）作为对接模板。此外，该化合物对HCT116（结肠癌）和HCC1937（乳腺癌）细胞系表现出显著的抗增殖活性，IC50值分别为6.62 nM和12.65 nM，这是通过标准细胞活力测定评估得出的。化合物15的合成路线在方案11中有所概述[72]。图11 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。化合物15是通过氟代邻苯二胺在碱性条件下的酸介导环缩合反应制备得到苯并咪唑中间体，随后与1,2-二溴乙烷进行烷基化反应，最后通过PyBOP介导的酰胺偶联与羧酸反应得到化合物15[68]。分子对接分析显示，化合物15与Ser904、Gly863等保守残基形成了三个关键的氢键相互作用；此外，三环系统的氮原子与Arg878形成了氢键。这些相互作用表明其结合模式与奥拉帕利相似，可能解释了观察到的纳摩尔级IC50值。此外，氟苯基与Tyr896之间以及苯并嗪环与Tyr907之间也存在π–π堆叠相互作用，进一步稳定了配体在催化口袋内的位置。图9 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。基于尿素的化合物设计并合成了一系列新型尿素基苯酰胺衍生物[73]。其中，化合物16和17对HCT116（结肠癌）细胞表现出抗增殖活性，IC50值分别为7.87 μM和8.93 μM。此外，这两种化合物通过体外酶测定实验显示出强烈的PARP-1抑制活性，IC50值分别为5.17 nM和6.06 nM。使用Molecular Operating Environment (MOE, Version 2015.10)和Schr?dinger软件（Release 2019–2）进行了分子对接研究，以探究它们在PARP-1活性位点内的结合模式。从蛋白质数据库中获取了与奥拉帕利共结晶的PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 5DS3）作为对接模板。化合物18的合成路线在方案12中有所概述[73]。图10 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。化合物16是通过C–N交叉偶联制备得到的。化合物17是通过C–O交叉偶联制备得到的。图10显示，化合物16与Gly863的主链形成了两个关键的氢键，并与Tyr907的侧链发生了π–π相互作用，这表明苯酰胺核心的重要性。图10 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。基于哌啶的衍生物被设计为NAD+-竞争性PARP-1抑制剂[74]。化合物18和19通过体外酶测定实验显示出强烈的PARP-1抑制活性，IC50值分别为8.33 nM和12.02 nM。此外，这两种化合物对MDA-MB-436（三阴性乳腺癌）细胞表现出抗增殖活性，IC50值分别为8.56 ± 1.07 μM和6.99 ± 2.62 μM。使用BatchVinaGUI v2.2.0和AutoDock Vina 1.2.3进行了分子对接研究，以探究它们在PARP-1活性位点内的结合模式。从蛋白质数据库中获取了与奥拉帕利共结晶的PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 5DS3）作为对接模板。化合物18的合成路线在方案13中有所概述[74]。图11 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。化合物18是通过CF3取代的β-二羰基中间体在碱性条件下与胍盐酸盐环缩合制备得到杂环中间体，随后通过Boc脱保护得到胺中间体(d)，再与羧酸通过HATU和DIPEA偶联得到化合物18[74]。对接分析表明，化合物18和19在PARP-1活性位点内的结合模式与奥拉帕利相似。如图11所示，化合物18与Gly863和Tyr896等保守残基形成了氢键相互作用；Ala898和Tyr907也参与了疏水相互作用，进一步稳定了配体的结合。图11 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。设计并合成了一系列新型苯并呋喃[3,2-d]嘧啶-4(3H)-酮衍生物[71]。化合物20和21显示出PARP-1抑制活性，其中化合物21的抑制活性最强（IC50 = 26 nM）。此外，化合物21对SK-OV-3（卵巢癌）细胞表现出抗增殖活性，IC50值为4.98 μM。使用AutoDock Vina进行了分子对接研究，以探究其在PARP-1活性位点内的结合模式。从蛋白质数据库中获取了与奥拉帕利共结晶的PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 7AAD）作为对接模板。它们的合成路线在方案14中有所概述[75]。图12 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。起始化合物在乙腈中与二醛衍生物发生碘促缩合反应生成醛中间体，随后在乙醇/醋酸中回流反应，通过与适当的胺反应生成化合物20和21，引入了硫脲取代基[75]。如图12所示，化合物21与苯并呋喃环的氧原子与Ala880和Gly894残基形成了四个氢键相互作用；此外，硫脲部分与Tyr907和Glu988形成了两个氢键。图12 这张图片的替代文本可能是使用AI生成的。全尺寸图片。尽管大多数临床批准的PARP抑制剂都是NAD+-竞争性抑制剂，但人们仍在努力扩展PARP-1抑制剂的化学多样性，探索了替代的非NAD类似物骨架。虽然NAD类似物仍然是催化抑制的有效策略，但超越传统骨架和框架的结构创新为提高选择性、结合相互作用以及应对潜在的耐药机制提供了机会。在这方面，已经报道了几种非NAD类似物衍生物，并在表3中进行了总结。表3 本综述中讨论的代表性新型非NAD类似物作为PARP-1抑制剂。全尺寸表格。这类化合物通过整合两个药效团骨架设计而成，即1,2,3-三唑和查尔酮结构，这两种结构此前已在PARP-1抑制剂开发中被报道过。这些化合物通过美国国家癌症研究所（NCI）对60种人类癌细胞系进行了评估，其中白血病细胞系对抑制剂最为敏感。在这些化合物中，化合物22显示出最强的PARP-1抑制活性，IC50值为3.15 nM[76]。合成了一系列含有1,2,3-三唑结构的新型 erythrina生物碱衍生物，并评估了它们的抗增殖活性。其中，化合物23对A549（肺癌）细胞的抑制活性最强，IC50值为1.89 μM[77]。合成的吲哚基-三唑衍生物被评估了对MCF-7（乳腺癌）细胞的PARP-1抑制活性和抗增殖活性。这些化合物的PARP-1抑制活性IC50值介于30.79至1282.82 nM之间。生物评估进一步表明，选定的化合物（24–27）显著减少了MCF-7细胞的增殖、迁移和侵袭能力，这是通过MTT（细胞活力）、伤口愈合和BrdU掺入实验评估得出的。化合物24、26和27表现出最强的抗增殖和抗迁移效果，这与它们的PARP-1抑制活性一致[78]。同时开发了NAD-竞争性和非NAD类似物PARP-1抑制剂，扩展了这一类的化学多样性。此外，最近的策略专注于设计能够同时靶向多个生物靶点的化合物。因此，双作用抑制剂正被探索作为一种有前景的方法，通过结合PARP-1抑制和其他药理效应来增强抗肿瘤活性。这类混合分子可能提高治疗效果，并可能减少与单一靶向药物相关的耐药性。表4总结了典型的I型PARP-1双作用抑制剂及其IC50值。表4 本综述中讨论的代表性新型双作用PARP-1抑制剂

本研究旨在确定这两种酶（醛糖还原酶ALR2和PARP-1）双重抑制所需的关键药效团结构，从而设计出几种基于海因妥因的分子。针对这些关键酶的靶向策略可能是处理糖尿病肾病（DCs）的有效方法，糖尿病肾病是糖尿病最严重的并发症之一。这些分子已经合成并进行了测试，同时使用体外酶测定法评估了它们对醛糖还原酶（ALR1）的选择性。结果显示，化合物28、29和30作为PARP-1抑制剂的IC50值分别为950、810和1420 nM，如表4所示[79]。

组蛋白去乙酰化酶（HDACs）包含18个基因家族，根据其与相应酵母同源物的相似性被分为I-IV类[80]。PARP-1和HDACs的协同抑制代表了一种潜在的有效癌症治疗途径，通过整合已批准药物奥拉帕利（olaparib）和奇达米德（chidamide）中的关键药效团。化合物31、32和33表现出良好的双重PARP-1/HDAC-1抑制活性，其活性可与参考药物奥拉帕利和奇达米德相媲美[81]。使用Schr?dinger Maestro（2018）进行了分子对接研究，以探讨设计化合物在PARP-1活性位点内的结合模式。从蛋白质数据库中检索了PARP-1的X射线晶体结构（PDB ID: 5DS3）作为对接模板。对接使用Glide模块进行，基于对接得分和关键氢键相互作用分析了所得到的结合构象。化合物32的合成路线如图15所示，该化合物对PARP-1酶具有显著的抑制作用，并对癌细胞系表现出显著的抗增殖活性。

这种合成路线包括从初始中间体开始的多步骤序列，该中间体被转化为相应的甲基酯。随后，酯通过与适当的杂环酸衍生物进行EDCI/HOBt介导的酰胺偶联，得到下一个中间体。在碱性条件下酯基团的水解产生了相应的羧酸。最后，通过HBTU介导的酰胺偶联与适当的胺类物质反应，再使用三氟乙酸（TFA）进行Boc脱保护，得到了目标化合物32[81]。化合物32的分子对接结果也显示在图13中，这些氢键包括三个由 phthalazin-1(2H)-one 部分与 Gly863 和 Ser904 形成的键，以及两个由 2-酰胺基团与 Arg878 和 Tyr896 形成的键。然而，唯一的结合差异在于化合物32的氟苯基部分略有变形，这影响了该部分与 Tyr896 之间的 π–π 堆叠相互作用，这对结合有一定负面影响，但这一影响被 2-氨基苯酰胺部分的存在所抵消，后者可以很好地适应 PARP-1 活性位点的亚口袋。

新型双CDK9/PARP-1抑制剂环素依赖性激酶9（CDK9）是一组功能多样的酶，它们在细胞周期的调控和进展中起着关键作用。最近的研究强调了CDK9在各种关键病理过程中的重要性，包括癌症[82]。CDK9和PARP抑制剂的组合在卵巢癌和三阴性乳腺癌（TNBC）中显示出协同的抗肿瘤效果。最有效的双CDK9/PARP抑制剂是通过整合同时针对CDK9和PARP的药效团设计而成的。如表4所示，化合物34和35对CDK9和PARP-1表现出强而平衡的抑制活性，并对多种癌细胞系具有广谱抗增殖效果。具体来说，用35处理MDA-MB-231（三阴性乳腺癌）细胞会引发细胞凋亡[83]。

新型双PARP-1/蛋白酶体抑制剂细胞维持蛋白质稳态的主要方式之一是通过泛素-蛋白酶体系统，该系统对于细胞内蛋白质的加工和分解至关重要。通过干扰DNA同源重组（HR）修复途径，蛋白酶体抑制已被证明可以增强PARP-1抑制剂的抗肿瘤效果。在这种情况下，使用了奥拉帕利（olaparib）和伊沙佐米（ixazomib）的结构成分来创造一类同时针对PARP-1和蛋白酶体的新型抑制剂。化合物36和37在相关癌细胞模型中显示出显著的抗增殖活性，并且在克服PARP-1抑制剂的耐药性方面也显示出有希望的结果。根据机制研究，这些物质可以通过下调RAD51和BRCA1的表达水平来抑制HR修复[84]。

PARP-1靶向药物发现的最新进展已经超出了传统的NAD+-竞争性抑制剂。新兴策略包括开发旨在提高异构体选择性和减少脱靶毒性的PARP-1选择性抑制剂[85]。此外，还探索了靶向蛋白水解的嵌合体（PROTACs）作为诱导PARP-1选择性降解的替代方法，这可能在克服催化抑制相关的耐药性方面具有潜在优势[86]。另外，还研究了通过非催化结合位点调节酶活性的别构PARP抑制剂，作为传统活性位点抑制的补充策略[87]。这些发展突显了PARP-1抑制剂设计的不断演变，并支持对下一代治疗方法的持续探索。

PARP-1抑制剂的结构要求已经得到了广泛研究，特别是针对NAD+-竞争性类似物的结构-活性关系（SAR），这些类似物旨在模仿NAD+的烟酰胺部分并与其催化结构域结合。如图14所示，并在我们的综述中进行了澄清，可以得出以下结论：首先，强效抑制的关键结构要求是存在一个与芳香环或杂环相连的羧酰胺基团，该基团能够与保守的残基（如Gly863和Ser904）形成关键的氢键相互作用。这些相互作用对于将抑制剂固定在NAD+结合口袋内至关重要，并且在临床批准的化合物和研究中提到的化合物中普遍存在。杂环核心结构的变化显著影响结合亲和力和效力。融合的双环和三环系统，如phthalazinone和benzimidazole骨架，需要增强催化位点内的π–π堆叠和疏水相互作用，从而提高抑制活性。另一方面，较简单或不太刚性的骨架通常由于在结合口袋内的对齐不佳而表现出较低的效力。

其次，取代基效应在调节活性中也起着关键作用。吸电子基团，如氟或含有羰基的部分，可以通过增强氢键和偶极相互作用来提高结合亲和力。此外，引入芳香取代基有助于与Tyr896和His862等残基形成π–π堆叠相互作用，进一步稳定配体结合。空间因素也必须仔细平衡，虽然较大的取代基可以通过占据相邻的亚口袋来提高选择性，但也不能过于庞大，以免干扰最佳取向。

第三，连接区域的长度和灵活性影响抑制剂在催化结构域内的空间定位，特别是在混合或扩展骨架中。适当的连接剂设计能够使药效团群最佳定位，从而提高对PARP-1及其相关异构体（如PARP-2）的效力和选择性。最后，物理化学性质，包括脂溶性和极性，与药代动力学行为密切相关。具有平衡极性的化合物表现出改善的膜渗透性和组织分布，而过高的脂溶性可能导致脱靶效应和毒性。这些考虑对于设计具有增强组织穿透性的化合物尤为重要，例如那些针对中枢神经系统的化合物，如pamiparib。除了催化抑制外，PARP捕获效力也成为抗癌效果的关键决定因素，如talzoparib所示。促进PARP–DNA复合物稳定形成的结构特征可以在某些高亲和力抑制剂中增强细胞毒性，但也可能增加血液学毒性的风险，如rucaparib和niraparib所示。因此，在抑制剂设计中实现催化抑制和捕获效力之间的最佳平衡至关重要。

另一方面，非NAD类似物抑制剂代表了一种旨在增加结构多样性和克服传统NAD模拟骨架局限性的替代策略。这些化合物通常依赖于PARP-1结合位点内的不同相互作用模式，包括疏水接触和非经典氢键，这可能有助于提高选择性和减少耐药性。此外，还开发了同时调节PARP-1和其他生物途径（如HDAC、CDK9或蛋白酶体活性）的双靶点抑制剂。在单个分子中整合多种药效团可以实现协同的抗肿瘤效果，增强疗效，并有可能克服耐药机制，例如双作用蛋白酶体抑制剂可以帮助克服RAD51耐药机制。然而，这样的设计需要仔细优化，以保持有利的药代动力学性质并最小化脱靶毒性。

PARP-1抑制剂在癌症治疗中的挑战PARP-1抑制剂的不良反应奥拉帕利（olaparib）和氟唑帕利（fluzoparib）单药治疗通常与轻度至中度的不良反应相关，这些不良反应一般不需要停止治疗。最常见的不良反应包括疲劳、恶心和呕吐，这些都是与FDA批准的PARP抑制剂相关的最常见的胃肠道毒性[88, 89]。鲁卡帕利（rucaparib）单药治疗表现出更多的不良反应，如贫血、血红蛋白下降、腹痛、味觉障碍、食欲减退和腹泻。其他不良反应还包括血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）升高、血小板减少以及肌酐水平升高[90]。尼拉帕利（niraparib）单药治疗的不良反应与鲁卡帕利相似，但它是最常见的引起高血压和睡眠障碍的PARP-1抑制剂。塞纳帕利（senaparib）单药治疗也报告了中性粒细胞减少作为不良反应[91]。帕米帕利（pamiparib）单药治疗还出现了一些其他PARP-1抑制剂不常见的不良反应，如厌食和感觉异常[92]。与塞纳帕利类似，也有治疗相关的不良反应，如贫血、血小板计数下降和虚弱[93]。总体而言，奥拉帕利和氟唑帕利似乎与较少的不良反应相关，这表明这些药物可能具有更 favorable的安全性特征。

继发性恶性肿瘤包括骨髓增生异常综合征和急性髓系白血病，这些是严重的不良事件，会显著增加患者的整体负担，需要停止可能维持生命的治疗，并使后续的治疗干预复杂化。所有发展为骨髓增生异常综合征或急性髓系白血病的患者之前都接受了基于铂的化疗或其他DNA损伤药物，因此很难将继发性恶性肿瘤明确归因于PARP抑制剂。同时，如果患者在使用PARP抑制剂时出现全血细胞减少，应进行适当的调查以排除其他原因，如营养缺乏或病毒感染[94]。

BRCA1/2蛋白对于（HR）修复和保护复制叉至关重要。因此，肿瘤细胞可以通过以下机制获得对PARP抑制剂的耐药性。恢复HR修复机制和保护复制叉这种机制涉及通过体细胞逆转在突变的BRCA1/2等位基因中恢复HR修复，而另一种机制涉及识别保护复制叉的替代策略。在具有BRCA1/2突变的肿瘤中，最常见的获得性机制是出现恢复BRCA1或BRCA2蛋白功能的二次基因内突变[95, 96]。无论哪种机制，都需要同时针对两者，通过结合细胞周期检查点抑制剂和PARP来完全对抗PARP-1耐药性，这限制了DNA修复的时间，通过恢复HR促进受损DNA的复制，从而导致细胞死亡[97]，如双作用抑制剂和双CDK9/PARP-1抑制剂中所提到的。

热休克蛋白90（HSP90）在暴露于PARP抑制剂选择压力时参与稳定突变BRCA1蛋白的BRCT结构域。在这种抗性机制中，使用小分子抑制剂靶向抑制HSP90可以使非BRCA突变癌细胞对PARP抑制剂更加敏感[98]。信号通路的失调：酪氨酸激酶信号通路的激活可以通过磷酸化增强PARP-1的酶活性，并促进DNA修复信号，从而降低PARP抑制剂的治疗效果。此外，在使用PARP抑制剂后，其他通路显著上调，导致细胞生长和增殖的促进。因此，抑制这些通路可能是克服这种抗性机制的未来策略[99]。RAD51–单链DNA丝状结构的形成：“辐射敏感”蛋白RAD51与单链DNA（RAD51–单链DNA）丝状结构结合，在HR修复中起着关键作用，RAD51焦点可作为HR修复和PARP抑制剂抗性的潜在生物标志物。RAD51丝状结构的调节、形成和降解对于维持HR效率至关重要。RAD51的积累增加会在BRCA1缺陷的癌细胞中恢复HR功能，并导致对PARP抑制剂的抗性[100]。克服这种抗性机制可能涉及靶向RAD51丝状结构的形成或稳定性，例如通过抑制RAD51的组装或促进其不稳定。另一种方法是使用双重作用抑制剂，如某些化合物所示，这些抑制剂能够通过下调RAD51和BRCA1的表达水平来抑制HR修复[84]。结合其他相关因素，这突显了BRCA突变癌症中抗性机制的复杂性。

结论：聚（ADP-核糖）聚合酶-1（PARP-1）因其在修复DNA损伤中的关键作用而成为癌症治疗的重要靶点。在过去十年中，PARP-1抑制剂的研发取得了显著进展，已有几种药物获得临床应用批准，包括奥拉帕利、尼拉帕利、鲁卡帕利和塔拉佐帕利。除了这些已批准的药物外，还有大量研究致力于设计和合成具有更强效力、选择性和药理特性的新抑制剂。本综述总结了PARP-1抑制剂开发的最新进展，涵盖了NAD+竞争性抑制剂、非NAD类似物骨架和双重作用化合物。总体而言，结构活性关系（SAR）观察表明，理想的PARP-1抑制剂需要一个能够与Gly863和Ser904形成氢键的烟酰胺模拟杂环核心，并结合芳香取代基，这些取代基通过π–π堆叠相互作用与Tyr896/Tyr907结合，以及适当定向的连接基团延伸到相邻的疏水口袋。此外，混合骨架的设计和双重靶向策略已成为提高抗癌效果和应对单一靶向疗法相关抗性的有希望的方法。继续探索新的化学骨架，结合基于结构的药物设计和生物学评估，有望发现更具效力和选择性的PARP-1抑制剂。总之，结构多样的PARP-1抑制剂的持续开发强调了这种治疗方法在提高癌症治疗方面的潜力，并为该领域的未来药物化学研究提供了宝贵的见解。尽管PARP-1抑制剂的发展取得了显著进展，但仍存在许多挑战，包括药物抗性、毒性管理以及在某些肿瘤类型中的活性有限。未来的研究应侧重于通过设计下一代抑制剂来提高选择性，开发双重靶向分子，并确定预测性生物标志物以优化患者选择。基于结构的药物设计和联合治疗策略的进步预计将进一步扩展PARP-1抑制剂在癌症治疗中的临床应用。