1. 引言
近年来，谷氨酰胺代谢在肿瘤研究中备受关注。许多肿瘤细胞高度依赖谷氨酰胺来维持生存和增殖，其消耗速度远超正常细胞。谷氨酰胺不仅是癌细胞的重要能量来源，参与三羧酸（TCA）循环、脂质和核苷酸的生物合成，还在维持细胞氧化还原稳态中发挥关键作用，因此 “谷氨酰胺成瘾” 成为多数癌细胞的代谢特征。
谷氨酰胺酶（GLS）是谷氨酰胺分解代谢途径的限速酶，其中 GLS1 在多种肿瘤细胞系和原发性肿瘤中高表达，而 GLS2 的作用尚存在争议。基于此，GLS1 成为开发抗肿瘤药物的极具潜力的靶点。
目前报道的 GLS1 抑制剂主要分为两类：底物活性位点抑制剂和变构位点抑制剂。底物活性位点抑制剂以 6 - 重氮 - 5 - 氧代 - L - 正亮氨酸（DON）为代表，虽在临床前和临床研究中展现出一定的抗肿瘤活性，但因严重的胃肠道毒性和低选择性，其临床应用受限。近年来开发的 DON 前药（PDs）可改善这些问题，部分前药在儿科髓母细胞瘤治疗等方面展现出应用前景。
变构位点抑制剂以双 - 2-(5 - 苯基乙酰胺基 - 1,2,4 - 噻二唑 - 2 - 基) 乙基硫醚（BPTES）为代表，具有较高的安全性和特异性。然而，BPTES 的水溶性差、代谢稳定性低和生物利用度低等问题阻碍了其临床应用。因此，研究人员对其进行结构修饰，开发出了如 CB-839（Telaglenastat）和 IPN60090（或 IACS-6274）等类似物，其中 CB-839 和 IPN60090 已进入临床试验阶段。
本文旨在综述近六年来可逆变构 GLS1 抑制剂的发现和发展，分析其结构特征、结合模式，并对进入临床试验的 CB-839 和 IPN60090 进行深入探讨，同时介绍一类新型不可逆变构 GLS1 抑制剂，为靶向 GLS1 的药物设计提供参考。
2. GLS1：酶结构 - 功能关系
GLS1 由 N 端信号肽、催化谷氨酰胺酶结构域和 C 端区域组成。天然状态下，GLS1 以二聚体和四聚体形式存在，四聚体是其活性形式，可被无机磷酸等阴离子变构激活剂促进形成。变构激活剂通过诱导激活环（从 Gly315 到 Glu325）的正确取向，促进底物结合和催化反应。
GLS1 的催化位点含有 Ser-Lys-Tyr 催化三联体，与底物形成多个氢键。“盖子区域”（由 Tyr249-Lys255 组成，具有 “YIP” 基序）在调节 GLS1 的激活和小分子抑制机制中起重要作用，其可在开放和关闭两种构象间转换，影响底物结合亲和力。
目前文献报道了三个变构位点。变构位点 I 是研究较多的位点，BPTES 和 CB-839 等抑制剂结合于此，通过诱导激活环构象变化抑制酶活性。化合物 968 和 AV-1 等被预测结合于变构位点 II，但 968 的结合模式尚未经结构实验数据证实。变构位点 III 由 Shankar 等人通过 X 射线晶体学表征，与其他两个变构位点和活性位点不同，该位点具有独特的氨基酸组成和位置特征。
通过对 GLS1 与不同配体结合的晶体结构进行主成分分析（PCA）发现，不同配体的结合会导致 GLS1 在活性位点和变构位点区域的折叠发生明显差异，这为基于结构的药物设计提供了重要信息。
3. CB-839 和 IPN60090：进入临床试验的 GLS1 抑制剂
CB-839 是一种选择性 GLS1 抑制剂，对剪接变体 GAC 的半数抑制浓度（IC50）为 24 nM。在临床前研究中，CB-839 对多种癌症，包括乳腺癌、头颈部鳞状细胞癌、胶质母细胞瘤、非小细胞肺癌、黑色素瘤、急性髓系白血病、弥漫性大 B 细胞淋巴瘤和多发性骨髓瘤等，均展现出抗增殖活性。此外，CB-839 与多种药物联合治疗，如与紫杉醇、免疫疗法药物、mTOR 抑制剂、RTK 抑制剂等联合，在不同癌症模型中显示出良好的协同效应，可提高治疗效果并预防耐药性的产生。
基于 CB-839 在临床前研究中的良好表现，其已进入多项临床试验，包括单独使用或与其他化疗药物联合使用，用于治疗多种恶性肿瘤。然而，CB-839 存在一些局限性，如较高的计算 logP 值、较低的亲脂性效率（LipE）、需要较长的预孵育时间才能达到最大效力，且在体内难以到达肿瘤部位，需要高剂量给药。
为克服 CB-839 的不足，研究人员设计了 IPN60090。IPN60090 是一种高度选择性的 GLS1 抑制剂（IC50 = 31 nM），对 A549 细胞系具有良好的抗增殖活性（IC50 = 26 nM），且具有更高的微粒体稳定性和更好的溶解性，安全性良好。在体内研究中，IPN60090 在 H460 非小细胞肺癌异种移植模型和 H2122 非小细胞肺癌细胞系衍生的异种移植小鼠模型中，展现出与 CB-839 相似的疗效。目前，IPN60090 正在进行一项 I 期临床试验，以确定其作为单药治疗或与其他药物联合治疗实体瘤的最大耐受剂量。
3.1 负载 CB-839 的药理纳米颗粒
为提高 GLS1 抑制剂在肿瘤部位的疗效，减少剂量和副作用，研究人员开发了负载变构 GLS1 抑制剂的药理载体。例如，在脑肿瘤治疗中，CB-839 难以穿过血脑屏障（BBB），而将其封装在金纳米颗粒（Au-NPs）或聚合物胶束中，可改善其溶解性、细胞摄取和肿瘤损伤能力。这些纳米材料凭借其独特的尺寸和表面性质，能够通过增强渗透和滞留（EPR）效应被动迁移到肿瘤组织，实现肿瘤选择性和靶向治疗，为癌症治疗带来新的希望。
4. BPTES、CB-839 和 IPN60090 的合成
BPTES 的合成起始于硫代二丙酸与氨基硫脲在磷酰氯作用下反应生成双氨基噻二唑，再与苯乙酰氯在 N,N - 二甲基乙酰胺中，以三乙胺为碱反应制得，产率为 88%。
CB-839 的合成较为复杂，涉及多步反应。首先是 3 - 氨基 - 6 - 氯哒嗪与 2-(3-(三氟甲氧基) 苯基) 乙酸在 N,N - 二甲基甲酰胺中，以 N,N - 二异丙基乙胺为碱，丙基膦酸酐为缩合剂反应生成中间体 VII；VII 再与 4 - 氰基丁基溴化锌溶液在 1,3 - 双 (二苯基膦基) 丙烷] 二氯镍 (II) 存在下反应；后续经过与氨基硫脲和三氟乙酸反应，以及与 2 - 吡啶乙酸盐酸盐的反应，最终得到 CB-839。
IPN60090 的合成同样经过多步反应。首先将 3,6 - 二氯哒嗪与氢碘酸反应制备 3,6 - 二碘哒嗪，再与氢化钠和二叔丁基丙二酸酯在四氢呋喃中回流反应；然后与中间体 XIV 反应，接着与相应的乙酰胺在碳酸铯、xantphos 和烯丙基氯化钯二聚体存在下反应；最后经过盐酸处理和与 [双 (二甲基氨基) 亚甲基]-1H-1,2,3 - 三唑并 [4,5-b] 吡啶鎓、DIPEA 和甲胺反应，以 68% 的产率得到 IPN60090。
5. GLS1 变构抑制剂
5.1 BPTES 类似物
对 GAC 与 BPTES 和 UPGL-00019 复合物的结构分析发现，两者核心部分在酶腔内完美对齐，但苯乙酸侧翼取向不同。基于此，研究人员设计了一系列化合物，用较小的脂肪酰基取代 UPGL-00019 的一个或两个苯乙酸部分，以探究对活性和配体效率（LE）的影响。其中化合物 1 对 GAC 的抑制活性为 17 nM，与母体化合物 UPGL-00019 相当，且理化性质有所改善，LE 值从 0.28 提升至 0.32。
Duvall 等人根据 GLS1 与 BPTES 衍生物的共晶结构，开发了一系列新型类似物，将原型的无环二乙硫醚连接子压缩为巯基乙连接子，以更好地适配变构结合位点。其中化合物 2 抑制 GLS1 的 IC50值为 0.05 μM，但水溶性较差，阻碍了其进一步的药理研究。
Zhang 等人首次报道了 [11C - 羰基] BPTES（[11C] BPTES）作为正电子发射断层扫描（PET）探针，并研究了其在小鼠体内的生物分布，发现其在肝脏、肾脏和小肠等器官有较高摄取水平，且代谢适中。
5.2 CB-839 类似物
Chen 等人报道了一系列硒代二唑类似物，用硒取代 BPTES/CB-839 中双 - 2-(5 - 苯基乙酰胺基 - 1,2,4 - 噻二唑) 乙基硫醚部分的硫原子。根据 KGA 与 BPTES/CB-839 的共晶结构，硫代二唑基团靠近变构位点的 Tyr394 残基，硒代二唑的等排取代可提高硒吩环的电子密度，促进与 Tyr394 的相互作用。其中 CB-839 硒类似物 3 的活性比母体化合物高 2 倍（IC50分别为 0.001 μM 和 0.002 μM），且具有高选择性，不影响 GDH 活性。
Xu 等人通过点击化学方法制备了首个小分子荧光标记探针，用于筛选新的 GLS1 变构抑制剂。化合物 4 在荧光偏振（FP）结合试验和酶活性试验中表现出比 CB-839 更高的活性，但代谢稳定性较差。通过结构优化得到的化合物 5，含有 4 - 哌啶胺连接子和芳香杂环，对 GLS1 的抑制活性 IC50为 11.86 nM，在体外对多种癌细胞系具有较强的抗增殖活性，且在体内具有适度的抗肿瘤活性，无明显毒性。
Chang 等人在大环化合物结构优化过程中发现，关键中间体 6 是一种有效的 GLS1 抑制剂（IC50 = 25.06 nM），但体内稳定性较差。对其进行优化得到的化合物 7，稳定性提高，对 GLS1 的抑制活性更好（IC50 = 0.007 μM），在体外对 HCT116 细胞系具有更强的抗增殖活性，在体内对 HCT116 异种移植模型的肿瘤生长抑制效果优于 BPTES，与 CB-839 相当，且安全性更好。
5.3 CB-839 大环类似物
Xu 等人根据 GLS1 与 CB-839 的 X 射线晶体结构，设计了一系列大环结构的 GLS1 变构抑制剂。研究发现，环的大小对 GLS1 抑制活性至关重要，最优环应包含 28 或 29 个原子。大环化合物 8 对 GLS1 具有强效抑制活性（IC50 = 6 nM），能增加蛋白质稳定性（ΔTm = 18.45 °C），具有高结合亲和力（SPR，Kd = 24 nM）。在体外对 HCT116 和 MDA-MB-436 细胞具有抗增殖活性，可抑制集落形成，调节细胞内代谢物水平，增加 ROS 水平。与 CB-839 相比，大环类似物 8 在血浆和肝微粒体中的稳定性更高，但水溶性较低，口服生物利用度较低，不过两者在体内的抗肿瘤活性相似。
Lee 等人报道了新的 GLS1 大环抑制剂，在侧翼连接子中引入额外的氧原子以改善药代动力学性质。化合物 9 是一种有效的 GLS1 抑制剂（IC50 = 0.31 μM），对谷氨酰胺成瘾的 LR（LDK378 耐药）细胞生长具有抑制作用，对携带 KRAS 和 KEAP1 共突变的 A549 和 H460 细胞生长也有抑制作用，但对仅携带 KRAS 突变的 H358 细胞影响较小。分子建模研究表明，化合物 9 与 CB839 在靶标内的结合位点相似，部分模拟了模板的相互作用。
尽管大环化合物在酶抑制和细胞活性方面优于无环抑制剂，但存在理化性质不佳和口服生物利用度低的问题，且合成路线复杂、产率低，限制了其进一步优化。
5.4 噻二唑衍生物
Finlay 等人进行了结构简化研究，开发了一系列新型 BPTES 类似物，通过刚性类似物方法降低分子重量和脂溶性。最有前景的 KGA 抑制剂 10（IC50 = 0.021 μM）含有 3 - 氨基吡咯烷连接子，连接哒嗪环和 [1,3,4] 噻二唑 - 2 - 基] 乙酰胺部分，并带有苄基甲氧基取代基。化合物 10 对 GAC GLS1 剪接变体也具有相似的活性（IC50 = 0.051 μM）。在体内研究中，化合物 10 在 SCID 小鼠 NCI-H1703 非小细胞肺癌模型中，以 100 mg/kg 的剂量口服给药 21 天，第 12 天观察到最大肿瘤生长抑制率为 73%，且可调节肿瘤组织中的谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸水平。
Yang 等人报道了一系列 2-(1-(1,3,4 - 噻二唑 - 2 - 基) 哌啶 - 4 - 基) 乙醇类似物作为选择性 GLS1 抑制剂。其中化合物 11 活性最强，对 GLS1 酶、A549 和 HCT116 细胞的 IC50分别为 0.068 μM、0.57 μM 和 0.42 μM，对 GLS1 的选择性比 GLS2 高 220 倍。化合物 11 可抑制克隆形成，诱导细胞周期停滞在 G0/G1 期，诱导肿瘤细胞凋亡，提高 A549 和 HCT116 细胞中的 ROS 水平。在体内，化合物 11 口服给药后在 A549 和 HCT116 异种移植肿瘤模型中具有一定的抗肿瘤活性，生物利用度为 12.4%。
Sun 等人基于 GAC 的 X 射线晶体结构分析，发现了 GLS1 变构位点的一个新亚口袋（P3），由精氨酸 317 和赖氨酸 320 等碱性氨基酸组成。他们通过对噻二唑 - 四氢吡咯 - 哒嗪支架进行广泛的构效关系（SAR）研究，得到了能够适配 P3 亚口袋并与 Arg317 和 Lys320 形成阳离子 -π 相互作用的抑制剂化合物 12。化合物 12 对 GAC 的抑制活性 IC50为 10.26 μM，对 A549 细胞具有良好的抗增殖活性（IC50 = 4.04 μM）。晶体结构显示，化合物 12 的吡啶嗪和噻二唑环分别与 Leu322 和 Phe323 形成氢键，其末端苯环与关键残基 Lys320 形成阳离子 -π 相互作用，酰胺部分的羰基与碱性氨基酸侧链形成氢键。在体内，化合物 12 在大鼠中具有适度的口服半衰期和高分布容积，生物利用度为 5.0%，在小鼠 A459 异种移植肿瘤模型中的肿瘤生长抑制率高于 CB-839，且安全性良好，心脏毒性低且无致突变性。
5.5 结构不同的化合物
Withangulatin A（13）是一种天然刚性化合物，具有一定的 GLS1 抑制活性（IC50为 18.2 μM）和抗癌活性。对其 4 - 羟基进行结构优化得到的化合物 14，GLS1 抑制活性提高约 20 倍（IC50为 1.08 μM），对 MDA-MB-231 细胞的细胞毒性增强 20 倍（IC50为 0.32 μM）。对接研究表明，化合物 14 的结合模式与 CB
