通过药物手段逆转肿瘤抑制基因（TSGs）启动子区域的异常DNA超甲基化，是癌症治疗的一个关键策略。然而，目前获批的核苷类似物低甲基化药物（HMAs）的临床疗效受到剂量依赖性毒性和高耐药率的限制。非核苷类、选择性DNA甲基转移酶1（DNMT1）抑制剂提供了一种有前景的替代方案。迄今为止，仅有有限的化学结构类型（以双氰基吡啶衍生物GSK3685032为例）被证明具有可转化的DNMT1抑制活性，且在长期暴露后会出现耐药性。

2026年4月9日，中国科学院广州生物医药与健康研究院孔祥谦，李智海，杭高院唐士兵和约翰霍普金斯大学Stephen B. Baylin共同通讯（唐士兵、宗梁怡、尚依妮，马舒元、魏家乐为论文共同第一作者）在PNAS 在线发表题为“Structure-guided design of 7-azaindole DNMT1 inhibitors active against hypomethylating agent–resistant acute myeloid leukemia”的研究论文。该研究采用结构导向的骨架跃迁和化学优化策略，开发了一系列基于双环7-氮杂吲哚骨架的DNMT1抑制剂（DNMT1i）。作者鉴定出DMI46，这是一种强效的酶活性DNMT1i，能够逆转癌症特异性的DNA甲基化异常并恢复TSG表达，从而产生显著的抗白血病效应和良好的耐受性。

冷冻电镜（cryo-EM）研究显示，与GSK5032相比，该7-氮杂吲哚类抑制剂能够更深入地嵌入DNMT1/半甲基化DNA复合物中的半甲基化CpG双联体，并增加在小沟区域的接触。这些结构特征使得DMI46能够持续靶向DNMT1，并在对GSK5032耐药的急性髓系白血病（AML）细胞中表现出显著的抗增殖活性。作者还在体外和体内实验中证明了DMI46能够克服AML对核苷类HMAs的耐药性。这些发现引入了一种全新的DNMT1i化学结构类型，其具有更强的靶点结合能力，并对HMA耐药的AML具有广泛的适用性。

启动子DNA甲基化的异常局部性增加及其导致的肿瘤抑制基因（TSGs）转录失活，是人类癌症中普遍存在的特征。这些癌症特异性改变驱动肿瘤的发生、进展和免疫逃逸，并通过DNA甲基转移酶1（DNMT1）在细胞分裂过程中得以维持；DNMT1由具有PHD和RING指结构域的泛素样蛋白1（UHRF1）招募至新复制的DNA上。因此，通过破坏DNMT1的维持性甲基化活性，从药理学上恢复高甲基化癌基因的肿瘤抑制功能，成为一种备受关注的癌症治疗策略。

核苷类似物DNMT抑制剂地西他滨（DAC）和阿扎胞苷（AZA）是骨髓增生异常性肿瘤（MDS）和急性髓系白血病（AML）获批的一线疗法。这些药物在细胞内三磷酸化并掺入新生DNA后，作为伪底物不仅共价捕获DNMT1，也捕获从头甲基转移酶DNMT3A和DNMT3B，形成DNA-蛋白质交联（DPCs），导致所有DNMT的非特异性降解和DNA低甲基化。然而，这些DNMTs-DPCs作为高细胞毒性的DNA损伤，加上这些胞苷类似物对核苷酸代谢的脱靶干扰，共同导致了严重的剂量限制性毒性，限制了第一代DNA低甲基化药物（HMAs）的完全临床潜力。总体而言，仅约30%至50%的MDS和AML患者获益，且大多数初始应答者会获得耐药性并复发，预后更差。

因此，过去数十年间，大量研究致力于开发非核苷类DNA甲基化抑制剂，近期达到顶峰的是含二氰基吡啶的DNMT1选择性抑制剂的发现。这些化合物通过与蛋白质和DNA同时相互作用，特异性结合DNMT1/半甲基化DNA（hemi-DNA）复合物，将DNMT1稳定在催化失活构象并促进其降解。在临床前模型中，原型化合物GSK3685032（GSK5032）显示出比DAC更好的耐受性、更强的去甲基化和抗肿瘤活性。

然而，需要指出的是，这可能是迄今为止唯一一系列具有明确作用机制（MOA）且能从体外活性明确转化为细胞低甲基化功效的非核苷类DNMT1抑制剂（DNMT1i）。由于这些HMAs选择性靶向S期形成的DNMT1/hemi-DNA复合物，且有效的表观遗传重编程需要较长时间，因此必须对其进行重复和长期暴露，这可能不可避免地导致适应性耐药，正如近期在结直肠癌细胞（CRCs）中的报道所示。因此，目前仍迫切需要具有不同作用机制、性质更优的额外DNMT1i，以克服耐药性并拓宽DNA去甲基化疗法的治疗应用范围。

结构导向优化获得具有增强DNMT1抑制效力的DMI46（图片源自PNAS ）

本研究通过基于结构的骨架跃迁和迭代化学优化，开发了一类具有7-氮杂吲哚核心的DNMT1i，并鉴定出化合物DMI46。该化合物表现出强效的酶水平DNMT1抑制活性、DNA低甲基化活性、TSG再激活活性以及抗白血病功效。高分辨率冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构显示，与GSK化合物相比，7-氮杂吲哚部分嵌入DNMT1结合的hemi-DNA中的两个C:G碱基对之间，提供了更强的π–π堆积作用以及与DNA的范德华接触。与这种增强的结合作用一致，DMI46在GSK5032耐药的AML细胞中仍保持显著的DNMT1抑制活性，并能抑制其增殖。重要的是，作为一种非核苷类DNMT1i，DMI46在体外和体内均能克服DAC耐药性。这些发现定义了一种具有更强靶向DNMT1活性且对HMA耐药AML有效的新型抑制剂化学型。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2532472123