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多種實(shí)體腫瘤，至今仍缺乏有效的治療方法，臨床治療通常需要多種藥物聯(lián)合使用。例如，膠質(zhì)瘤是成人中最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性腦腫瘤，單靠外科切除往往無(wú)法治愈?；颊叩念A(yù)后較差，腫瘤復(fù)發(fā)率較高，五年生存率僅為5%，目前可用的治療方式極為有限?？紤]到腫瘤基因組的復(fù)雜性以及涉及的多條信號(hào)通路，單一的治療方式可能無(wú)法有效應(yīng)對(duì)。因此，亟需針對(duì)不同致癌通路的組合治療方法。

雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一種在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中起著關(guān)鍵作用的蛋白激酶，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和存活等過(guò)程，同時(shí)也在腦膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。然而mTOR激酶抑制劑的選擇性差導(dǎo)致了較高的毒性和較差的臨床安全性，同時(shí)耐藥性問(wèn)題進(jìn)一步削弱了其臨床療效。這些因素極大地限制了mTOR抑制劑的臨床應(yīng)用，至今尚未有除雷帕霉素之外的mTOR抑制劑獲批上市。。

分子膠技術(shù)是一種新型的藥物開(kāi)發(fā)方法，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。該方法通過(guò)誘導(dǎo)靶蛋白降解來(lái)調(diào)節(jié)蛋白功能，以催化循環(huán)和事件驅(qū)動(dòng)的作用模式，有望克服小分子抑制劑的耐藥性。G1到S期過(guò)渡蛋白1（GSPT1）主要調(diào)控蛋白翻譯終止過(guò)程，并與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。GSPT1在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中高表達(dá)，通過(guò)長(zhǎng)鏈非編碼RNA MINCR調(diào)控miR-876-5p/GSPT1軸，促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的進(jìn)展。目前已有多種GSPT1降解劑被報(bào)道，并且一些已進(jìn)入臨床研究階段。

有研究表明，mTOR抑制劑耐藥原因之一可能是由于GSK3β表達(dá)量降低引起，而GSPT1的降解會(huì)促使GSK3β的表達(dá)上調(diào)，有望克服其耐藥。與此同時(shí)，mTOR的抑制能有效增強(qiáng)GSPT1降解劑活性。此外，mTOR抑制和GSPT1降解在細(xì)胞翻譯的始末具有協(xié)同作用。因此同時(shí)抑制mTOR并降解GSPT1為惡性腫瘤提供了一種新的聯(lián)合治療策略。

2024年12月3日，清華大學(xué)藥學(xué)院饒燏團(tuán)隊(duì)于《Journal of the American Chemical Society》（美國(guó)化學(xué)會(huì)志）上在線發(fā)表了題為“A dual-target and dual-mechanism design strategy by combining inhibition and degradation together”的研究文章。在這項(xiàng)研究中，作者開(kāi)發(fā)了一個(gè)雙靶雙機(jī)制小分子YB-3-17，它能夠高效、選擇性地抑制mTOR同時(shí)降解GSPT1，對(duì)腫瘤細(xì)胞增值抑制活性優(yōu)于單一治療及其聯(lián)合使用。此外，YB-3-17能夠在小鼠模型中安全有效地抑制腫瘤的生長(zhǎng)。作者首次將mTOR抑制與GSPT1蛋白降解結(jié)合起來(lái)，展示了將小分子抑制劑和降解劑特性成功整合到單一分子中的概念性與可行性，“一石二鳥(niǎo)”的策略有望達(dá)到“事半功倍”的效果，為膠質(zhì)瘤的精準(zhǔn)治療提供了一個(gè)有前景的方向。

首先基于雙靶雙機(jī)制的設(shè)計(jì)理念，作者結(jié)合多種mTOR抑制劑與E3泛素連接酶配體，并考慮分子膠的特性，構(gòu)建了獨(dú)特的分子膠化合物庫(kù)（圖1A）。研究人員經(jīng)過(guò)多輪篩選后得到了一個(gè)苗頭化合物YB-2-43，并經(jīng)過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化后得到活性最優(yōu)的雙功能分子YB-3-17（圖1A）。該分子能夠高效抑制mTOR并降解GSPT1（圖1B, C）。

圖1. 雙靶雙機(jī)制小分子YB-3-17的開(kāi)發(fā)及評(píng)價(jià)

隨后，作者對(duì)YB-3-17進(jìn)行了進(jìn)一步的生物學(xué)活性評(píng)估以及機(jī)制驗(yàn)證。如圖2A所示，YB-3-17能明顯抑制mTORC1/2復(fù)合物并降解GSPT1，顯著抑制其下游蛋白的磷酸化水平，并且呈現(xiàn)出良好的時(shí)間和濃度依賴性。YB-3-17能夠在低至10 nM的濃度下有效降解GSPT1，DC₅₀僅5 nM。此外，rescue競(jìng)爭(zhēng)性實(shí)驗(yàn)表明YB-3-17誘導(dǎo)GSPT1降解依賴于泛素蛋白酶體系統(tǒng)（圖2B）。作者還測(cè)試發(fā)現(xiàn)YB-3-17對(duì)mTOR的酶活I(lǐng)C₅₀僅為0.22 nM，甚至略優(yōu)于抑制劑MLN0128（IC₅₀ = 0.47 nM）（圖2C）。同時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)YB-3-17能夠有效抑制多種神經(jīng)腫瘤細(xì)胞的增殖，IC50值低至3.3 nM（圖2D），優(yōu)于單靶點(diǎn)mTOR抑制劑（MLN0128）、GSPT1降解劑，以及它們的聯(lián)合治療（圖1D），顯示出作用于雙靶點(diǎn)的協(xié)同效應(yīng)。

圖2. 雙靶雙機(jī)制小分子YB-3-17的活性評(píng)估及機(jī)制驗(yàn)證

作者對(duì)YB-3-17選擇性進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)評(píng)估。通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)和激酶譜實(shí)驗(yàn)表明了YB-3-17同時(shí)具有優(yōu)良的GSPT1降解和mTOR抑制選擇性（圖3A, B, C）?；诖?，作者還做了一個(gè)初步的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)YB-3-17的安全性進(jìn)行了測(cè)試（圖3D）。30 mg/kg的mTOR抑制劑MLN0128給藥一次會(huì)導(dǎo)致小鼠死亡，10 mg/kg 的MLN0128連續(xù)給藥三天則導(dǎo)致小鼠體重顯著下降。與之相比，30 mg/kg的YB-3-17連續(xù)給藥三天小鼠依然狀態(tài)良好。表明YB-3-17具有較高的體內(nèi)安全性，也進(jìn)一步反映出其優(yōu)良選擇性。

圖3. 雙靶雙機(jī)制小分子YB-3-17的選擇性及安全性評(píng)估

最后，作者評(píng)估了YB-3-17在小鼠模型上的體內(nèi)抗腫瘤活性。盡管MLN0128和YB-3-17均顯著抑制了腫瘤生長(zhǎng)，然而，YB-3-17在相等劑量下表現(xiàn)出更強(qiáng)的療效，例如2.5 mg/kg的YB-3-17產(chǎn)生了與10 mg/kg MLN0128相當(dāng)?shù)哪[瘤抑制效果。值得一提的是，10/20 mg/kg的YB-3-17幾乎完全阻止了腫瘤的生長(zhǎng)，并導(dǎo)致腫瘤消退，且小鼠狀態(tài)良好（圖4B）。顯示了YB-3-17在體內(nèi)強(qiáng)效的抗腫瘤能力及可靠的安全性。與溶媒組相比，YB-3-17顯著抑制了mTOR下游蛋白的磷酸化，并以劑量依賴的方式降解GSPT1（圖4C）。

圖4. 雙靶雙機(jī)制小分子YB-3-17的體內(nèi)抗腫瘤活性評(píng)估

總之，作者提出了同時(shí)抑制并降解兩種不同靶蛋白的雙靶雙機(jī)制小分子設(shè)計(jì)策略，創(chuàng)新地開(kāi)發(fā)了小分子YB-3-17。該分子能選擇性且高效地抑制mTOR并降解GSPT1。與臨床中mTOR抑制劑MLN0128相比，YB-3-17在體內(nèi)外的抗腫瘤效果均具有顯著優(yōu)勢(shì)且安全性更佳。YB-3-17以“一石二鳥(niǎo)”特性實(shí)現(xiàn)了“事半功倍”的效果，驗(yàn)證了雙靶點(diǎn)、雙機(jī)制策略的可行性，為腦膠質(zhì)瘤提供了新的治療思路。

饒燏團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事蛋白質(zhì)靶向降解技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作，致力于發(fā)展新型降解技術(shù)及其應(yīng)用，已取得了一系列研究進(jìn)展：開(kāi)發(fā)靶向難成藥靶點(diǎn)E3連接酶（Smurf1）的降解劑（Nature Chemical Biology 2024）；發(fā)展基于降解的蛋白質(zhì)分析（Degradation-Based Protein Profiling，DBPP），并將其應(yīng)用于中藥活性成分的靶點(diǎn)鑒定（Advanced Science 2024）；將PROTAC首次應(yīng)用于相分離，建立了基于PROTAC的BRD4相分離研究新方法（Cell Discovery 2023）；提出了 PROTAC 和分子膠協(xié)同應(yīng)用的模式，首次設(shè)計(jì)合成了新型雙靶、雙機(jī)制的降解劑，為靶向降解技術(shù)的發(fā)展提出了新的思路（Cell Research 2021）；實(shí)現(xiàn)難成藥靶點(diǎn)的藥物開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)合成全球首例選擇性CDK2降解劑，實(shí)現(xiàn)AML高效且低毒的分化治療（Nature Chemical Biology 2021）；構(gòu)建PROTAC系統(tǒng)性敲除模型，快速可逆實(shí)現(xiàn)大動(dòng)物體內(nèi)蛋白敲除（Cell Discovery 2019）；構(gòu)建新型CDK4/6降解劑，有效抑制腫瘤增殖（Journal of Medicinal Chemistry 2019）；構(gòu)建高效的BTK降解劑，解決臨床中出現(xiàn)的Ibrutinib耐藥問(wèn)題（Cell Research 2018；Leukemia 2019）。此次研究也是該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步拓展分子膠設(shè)計(jì)策略方面的應(yīng)用。

科學(xué)家

小檔案

 

饒燏 清華大學(xué)藥學(xué)院

1999年本科畢業(yè)于山東醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院（現(xiàn)山東大學(xué)藥學(xué)院），2002年碩士畢業(yè)于沈陽(yáng)藥科大學(xué)，2007年于美國(guó)佐治亞大學(xué)化學(xué)系獲博士學(xué)位，2007-2010年在紐約Memorial Sloan-Kettering Cancer Center從事博士后研究，2010年1月入職清華大學(xué)任教至今。2014年起分別任美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志ACS Medicinal Chemistry Letter編委，Chinese Journal of Medicinal Chemistry《中國(guó)藥物化學(xué)雜志》編委及Cancer Innovation 副主編。饒燏教授實(shí)驗(yàn)室聚焦藥物發(fā)現(xiàn)的化學(xué)生物學(xué)研究，長(zhǎng)期深耕蛋白靶向降解技術(shù)PROTAC與分子膠領(lǐng)域。課題組通過(guò)跨學(xué)科交叉，綜合運(yùn)用包括藥物化學(xué)，化學(xué)生物學(xué)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)，高通量篩選等多學(xué)科技術(shù)手段，來(lái)尋找新型安全、高效的小分子化合物應(yīng)用于臨床轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究。