多學(xué)科交叉 打造藥物研發(fā)新概念 “明辨忠奸”的小分子膠水：我院魯伯塤、丁澦、費(fèi)義艷團(tuán)隊(duì)合作 研發(fā)亨廷頓病潛在新藥
亨廷頓?。ɑ蚍Q亨廷頓舞蹈癥）位列四大神經(jīng)退行性疾病之一，臨床表現(xiàn)為不自主的舞蹈樣動(dòng)作、認(rèn)知障礙、精神異常等癥狀。由于引起該病的變異亨廷頓蛋白（mHTT）生化活性未知，無(wú)法靶向，傳統(tǒng)依靠阻斷劑以阻斷致病蛋白活性的方法并不適用。
近日，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魯伯塤與丁澦課題組和復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院光科學(xué)與工程系費(fèi)義艷課題組等多學(xué)科團(tuán)隊(duì)通力合作，開(kāi)創(chuàng)性地提出基于自噬小體綁定化合物（ATTEC）的藥物研發(fā)原創(chuàng)概念，并巧妙地通過(guò)基于化合物芯片和前沿光學(xué)方法的篩選，發(fā)現(xiàn)了特異性降低亨廷頓病致病蛋白的小分子化合物，有望為亨廷頓病的臨床治療帶來(lái)新曙光。
北京時(shí)間10月31日凌晨，相關(guān)研究成果《HTT-LC3連接化合物對(duì)變異HTT蛋白的等位基因選擇性降低》（“Allele-selective Lowering of Mutant HTT Protein by HTT-LC3 Linker Compounds”）以長(zhǎng)文(Article)形式發(fā)表于《自然》（Nature）主刊。魯伯塤、費(fèi)義艷和丁澦為該論文通訊作者，復(fù)旦大學(xué)博士生李朝陽(yáng)、王岑、王紫英和朱成鋼為第一作者。該研究工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金委以及國(guó)家科技部等多個(gè)項(xiàng)目的資助。
開(kāi)辟新思路：“小分子膠水”助力細(xì)胞自噬“吞沒(méi)”致病蛋白
既然運(yùn)用阻斷劑阻斷或抑制致病蛋白的傳統(tǒng)道路行不通，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，著眼于駕馭細(xì)胞自噬這一細(xì)胞內(nèi)蛋白降解途徑以有效降低變異亨廷頓蛋白水平。在自噬過(guò)程中，關(guān)鍵蛋白LC3被脂化后聚合擴(kuò)增，形成膜結(jié)構(gòu)，并將蛋白、脂類、細(xì)胞器等降解目標(biāo)包裹于其中，形成完整的自噬小體（autophagosome），與溶酶體融合后，其中包裹的物質(zhì)得以降解。
然而，自噬的降解功能強(qiáng)大，若自噬功能整體增強(qiáng)而缺乏特異性，會(huì)降解所有包裹進(jìn)自噬小體的蛋白，這樣一來(lái)，承擔(dān)著神經(jīng)保護(hù)功能的正常野生型亨廷頓蛋白以及其它發(fā)揮重要功能的蛋白也易被“誤吞”。傷敵一千，卻自損八百，并非理想之策。
如何在排除野生型亨廷頓蛋白的情況下，特異性地綁定致病蛋白進(jìn)入自噬小體？團(tuán)隊(duì)設(shè)想發(fā)明一種小分子綁定化合物ATTEC （Autophagosome Tethering Compounds），或稱之為“小分子膠水”，能夠直瞄靶心，牢牢地將LC3及致病蛋白（或其他致病物質(zhì)）黏在一起，進(jìn)而將致病蛋白包裹進(jìn)入自噬小體進(jìn)行降解。同時(shí)，“小分子膠水”并不黏附野生型亨廷頓蛋白，使其得以安然無(wú)恙。經(jīng)過(guò)篩選、純化及系列細(xì)胞實(shí)驗(yàn)后，團(tuán)隊(duì)共獲四個(gè)符合要求的理想化合物。
小分子膠水工作原理示意圖
至此，研究所得分子已具備滿足理想條件的理論可行性，而是否可適用于動(dòng)物細(xì)胞和人體細(xì)胞，通過(guò)給藥達(dá)到預(yù)期功效，則需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這四個(gè)化合物在小鼠神經(jīng)元、亨廷頓病病人細(xì)胞以及亨廷頓病果蠅模型中，均可顯著降低變異亨廷頓蛋白水平，而對(duì)野生型亨廷頓蛋白水平幾乎沒(méi)有影響，且起效濃度在納摩爾級(jí)別（~10 nM）。更令團(tuán)隊(duì)感到驚喜的是，“這四種化合物中有至少兩種，可以跨過(guò)血腦屏障，并通過(guò)低劑量腹腔給藥直接降低亨廷頓病小鼠的大腦皮層及紋狀體的變異亨廷頓蛋白水平，而不影響腦組織中的野生型亨廷頓蛋白水平，也改善了疾病相關(guān)的表型，為亨廷頓病口服或注射藥物的研發(fā)提供了切入點(diǎn)。”魯伯塤介紹道。
學(xué)科新交叉：小分子芯片和光學(xué)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高通量篩選
事實(shí)上，此類“小分子膠水”并不好找。若逐一對(duì)數(shù)千種化合物進(jìn)行細(xì)胞分析檢驗(yàn)，以從中甄別出符合理想性狀的幾種目標(biāo)分子，無(wú)疑如大海撈針，這也一度成為團(tuán)隊(duì)研究道路上的一大障礙。而信息科學(xué)與工程學(xué)院光科學(xué)與工程系費(fèi)義艷課題組的加盟則為“小分子膠水”的發(fā)現(xiàn)帶來(lái)了新的可能。該課題組發(fā)展了基于小分子芯片（Small Molecule Microarray, SMM）和免標(biāo)記斜入射光反射差（Oblique-Incidence Reflectivity Difference, OI-RD）技術(shù)的新型高通量藥物篩選平臺(tái)，能夠快速、靈敏、無(wú)標(biāo)記地從成千上萬(wàn)種小分子化合物中找到與靶標(biāo)蛋白結(jié)合的小分子。
課題組將近四千種小分子化合物點(diǎn)樣于芯片上，當(dāng)靶標(biāo)蛋白流過(guò)時(shí)，若它能夠與固定在芯片上的特定小分子結(jié)合，則該位置的分子層厚度增加，這一微小變化即可被光學(xué)方法（斜入射光反射差技術(shù)）靈敏檢測(cè)。采用這種新型的藥物篩選方法，課題組共找到兩種小分子，它們既能夠與LC3蛋白結(jié)合，也能夠與變異亨廷頓蛋白結(jié)合，但不與野生型亨廷頓蛋白結(jié)合。通過(guò)對(duì)具有類似結(jié)構(gòu)的小分子化合物的檢測(cè)，共獲得四種可綁定LC3與變異亨廷頓蛋白的“小分子膠水”。
應(yīng)用新前景：自噬小體綁定化合物打造藥物研發(fā)新概念
團(tuán)隊(duì)決定打破砂鍋問(wèn)到底，進(jìn)一步探究這些小分子化合物能夠區(qū)分變異亨廷頓蛋白與野生型亨廷頓蛋白的內(nèi)在機(jī)制。變異亨廷頓蛋白和正常蛋白結(jié)構(gòu)基本無(wú)異，唯一的差別就在于變異蛋白含有過(guò)長(zhǎng)的谷氨酰胺重復(fù)（polyQ）。而這些化合物之所以能夠“明辨忠奸”，正是因?yàn)槠淇蛇x擇性地結(jié)合變異亨廷頓蛋白所特有的過(guò)長(zhǎng)polyQ區(qū)域，根據(jù)這一特性對(duì)兩者予以區(qū)分。
依據(jù)這一特性，團(tuán)隊(duì)意識(shí)到這些小分子化合物的用武之地也許遠(yuǎn)不止亨廷頓病這一種疾病。目前已知有九種polyQ疾病，都是由特定的含有過(guò)長(zhǎng)polyQ的突變蛋白所導(dǎo)致。脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)III型疾病就是一例，它是中國(guó)人群中發(fā)病率最高的polyQ疾病，臨床表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)障礙、無(wú)法維持軀體姿勢(shì)和平衡等，可伴有突眼、腱反射亢進(jìn)、面肌顫搐、肌痙攣等癥狀。團(tuán)隊(duì)利用復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院教授王堅(jiān)課題組孫一忞醫(yī)生提供的共濟(jì)失調(diào)III型病人細(xì)胞進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些化合物均可以有效降低引起該病的變異蛋白（polyQ長(zhǎng)度為74）水平，而不影響其野生型蛋白水平（polyQ長(zhǎng)度為27）。
“這些化合物不僅可能對(duì)亨廷頓病的治療有效，也可能運(yùn)用于其它polyQ疾??；自噬小體綁定化合物（ATTEC）這一藥物研發(fā)新概念，也有望應(yīng)用于其它無(wú)法靶向的致病蛋白，甚至非蛋白的致病物質(zhì)。”談及成果未來(lái)應(yīng)用前景，魯伯塤充滿期待。神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域著名科學(xué)家HudaZoghbi（美國(guó)科學(xué)院院士、科學(xué)突破獎(jiǎng)（breakthrough prizes）獲得者）為該研究撰寫(xiě)了專文評(píng)論，發(fā)表于Nature，正面評(píng)價(jià)推薦了此項(xiàng)研究。
研究成果引起新聞媒體界的高度重視，校宣傳部委托學(xué)院專門(mén)組織媒體記者集體采訪活動(dòng)，到場(chǎng)的澎湃新聞、科技日?qǐng)?bào)、中國(guó)青年報(bào)、上海電視臺(tái)等主流媒體20余家記者，宣傳效果也是非常顯著！
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com