4月16日,Nature Communications雜志在線以O(shè)riginal Article發(fā)表了中南大學生命科學學院羅志勇教授和中南大學湘雅藥學院劉蘇友副教授研究團隊原創(chuàng)抗腫瘤新藥發(fā)現(xiàn)成果——“Naturally-occurring spinosyn A and its derivatives function as argininosuccinate synthase activator and tumor inhibitor”。該研究成果歷經(jīng)七年,首次發(fā)現(xiàn)多殺菌素A(spinosyn A, SPA)及其衍生物LM-2I靶向激活腫瘤低表達抑癌蛋白ASS1活性,降低天冬氨酸,抑制嘧啶從頭合成,進而抑制腫瘤的增殖。
當前全球抗癌藥物研發(fā)的主要策略是基于促癌蛋白的抑制劑設(shè)計與發(fā)現(xiàn),而對抗腫瘤生長的抑癌蛋白激活劑的發(fā)現(xiàn)少有報道。因此尋找和發(fā)現(xiàn)通過增強抑癌蛋白功能的激活劑是臨床抗腫瘤新藥發(fā)現(xiàn)的新策略與重大需求,也是當前研究的難點。
精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthase 1,ASS1)為尿素循環(huán)中精氨酸合成的限速酶。新近研究表明,ASS1在多數(shù)腫瘤中表達降低,表現(xiàn)為腫瘤抑制因子。ASS1低表達引起抑癌功能降低,與乳腺癌、黑色素瘤、肝細胞癌、前列腺癌等大多數(shù)腫瘤的發(fā)生及預后不良相關(guān)。迄今為止,尚無通過增強ASS1的抑癌功能有效發(fā)揮抗腫瘤作用的報道。
LM-2I作為抑癌蛋白ASS1激活劑和腫瘤抑制劑,具有活性高、水溶性好且對哺乳動物毒性低等優(yōu)點,體內(nèi)、外抑瘤實驗均顯示其優(yōu)良的抗腫瘤活性及安全性,系新結(jié)構(gòu)、新靶點及新機制的原創(chuàng)抗腫瘤新藥發(fā)現(xiàn)。該研究為ASS1低表達的腫瘤特別是缺乏治療靶點的三陰性乳腺癌提供了新的候選藥物和新的治療策略。該成果已申請國家發(fā)明專利(CN111632061A)及國際發(fā)明專利(PCT/CN2021/073695)。
圖1. SPA和LM-2I靶向激活ASS1發(fā)揮抗腫瘤機制圖
多殺菌素是土壤刺糖多孢菌(Saccharopolyspora spinosa)經(jīng)過有氧發(fā)酵所產(chǎn)生的胞內(nèi)次級代謝產(chǎn)物,屬于大環(huán)內(nèi)酯類抗生素,其主要活性成分為SPA和SPD,哺乳動物的急、慢性毒性實驗表明,多殺菌素對哺乳動物的毒性低,且無致癌、致畸、致突變性或神經(jīng)毒性。該研究發(fā)現(xiàn),SPA體內(nèi)、外能夠顯著抑制乳腺癌細胞的生長,特別是惡性程度高、難治性的三陰性乳腺癌。
研究團隊以SPA為先導化合物合成了一系列衍生物,篩選發(fā)現(xiàn)了水溶性好、活性更高的新衍生物LM-2I。以此為基礎(chǔ),合成了SPA的生物素探針,應用pull-down、LC-MS/MS和蛋白質(zhì)定點突變等技術(shù),發(fā)現(xiàn)并鑒定了SPA及LM-2I直接靶向結(jié)合ASS1酶蛋白。其中,SPA和LM-2I中的C13-C14雙鍵和ASS1中的Cys97位點通過邁克爾加成反應共價結(jié)合;通過ASS1基因敲低和過表達、裸鼠成瘤實驗并結(jié)合腫瘤臨床樣本分析發(fā)現(xiàn):ASS1是乳腺癌的腫瘤抑制因子,其低表達與預后差直接相關(guān);ASS1酶促反應活性、ASS1基因敲除和LC-MS/MS的嘧啶核苷酸類代謝物檢測實驗發(fā)現(xiàn),SPA和LM-2I可顯著提高乳腺癌細胞中ASS1的酶活性,特別對于ASS1低表達的腫瘤如三陰性乳腺癌具有更強的抑瘤活性,主要通過抑制嘧啶合成,進而抑制了腫瘤細胞的增殖。
圖2. SPA及LM-2I的分子結(jié)構(gòu)和抗腫瘤效果評價
圖3. SPA及LM-2I作用靶點ASS1發(fā)現(xiàn)
圖4. SPA及LM-2I激活ASS1抑制嘧啶的從頭合成
中南大學羅志勇教授和劉蘇友副教授為該論文共同通訊作者,中南大學生命科學學院生物化學與分子生物學專業(yè)博士生鄒自征和胡息源為本文共同第一作者。上海交通大學醫(yī)學院夏立副教授及中國科學院昆明動物所陳策實教授參與該研究。
原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-021-22235-8
供稿:陳超 唐珂
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