? 子科生物報道：天然產(chǎn)物、代謝物或基于表型篩選的藥物作用靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)與確證是創(chuàng)新藥物研發(fā)的重要源泉和關(guān)鍵難題。針對這一難題，中科院上海藥物所/國科大杭州高等研究院藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（以下簡稱杭高院藥學(xué)院）羅成團隊張豪副研究員開發(fā)了一種新的靶標(biāo)富集排序工具OTTER（在線服務(wù)器http://otter-simm.com/otter.html）。進而，針對著名天然產(chǎn)物雷公藤紅素，羅成、張豪團隊與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院陳國強院士團隊、藥學(xué)院張翱研究員團隊合作，在雷公藤紅素抗腫瘤分子靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與確證方面取得新進展。相關(guān)成果以“Celastrol suppresses colorectal cancer via covalent targeting peroxiredoxin 1”為題，在線發(fā)表于Signal Transduction and Targeted Therapy期刊。
雷公藤紅素又名南蛇藤素，是從衛(wèi)矛科植物雷公藤中提取的五環(huán)三萜類單體化合物，對多種腫瘤類型均具有較為顯著的抑制作用。然而雷公藤紅素具有較為明顯的毒性，其發(fā)揮抗腫瘤活性的分子靶標(biāo)及作用機制不夠清晰。同時，由于缺乏雷公藤紅素與靶標(biāo)的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，其如何與靶標(biāo)蛋白發(fā)生相互作用的分子機制不清晰，使得基于其化學(xué)結(jié)構(gòu)改造開發(fā)高效低毒的雷公藤紅素衍生物缺乏明確的指導(dǎo)方向。
圍繞上述問題，科研團隊運用新工具OTTER，以及基于雷公藤紅素組學(xué)數(shù)據(jù)分析獲得的差異表達基因列表，再結(jié)合生物化學(xué)、生物物理等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素對過氧化氫氧化還原酶（peroxiredoxin, PRDX）蛋白家族的若干成員，有較為明顯的酶活抑制。其中，雷公藤紅素對PRDX1蛋白的酶活抑制最強，IC50達到了約290納摩爾。進一步的質(zhì)譜數(shù)據(jù)及點擊化學(xué)實驗提示，雷公藤紅素與PRDX1蛋白的第173位半胱氨酸共價結(jié)合（圖1）。
圖1.新工具OTTER原理及雷公藤紅素靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)
該研究首次解析了雷公藤紅素與PRDX1蛋白的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)（分辨率1.76 埃），揭示了其獨特的結(jié)合模式。每個PRDX1蛋白二聚體，能夠共價結(jié)合兩分子的雷公藤紅素，并且這兩分子雷公藤紅素能夠與鄰近的PRDX1蛋白二聚體，形成非共價的氫鍵及疏水相互作用（圖2）。該研究通過復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，首次建立了雷公藤紅素如何與靶標(biāo)蛋白發(fā)生共價修飾作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
圖2.雷公藤紅素與PRDX1蛋白的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)
在此基礎(chǔ)上，團隊通過設(shè)計并合成衍生物，獲得了特異性及體內(nèi)安全性顯著提高的新型雷公藤紅素衍生物19-048。通過構(gòu)建PRDX1蛋白敲低及過表達的結(jié)直腸癌細胞系，該研究在細胞及動物層次上嚴(yán)格地確證了雷公藤紅素及其衍生物19-048的在靶效應(yīng)，并開展了化合物的作用機制研究。通過檢測化合物在小鼠體內(nèi)的急性毒性，該研究證明了衍生物19-048的安全性，顯著優(yōu)于原型雷公藤紅素（圖3）。
圖3. 雷公藤紅素的結(jié)構(gòu)改造及動物水平靶標(biāo)確證
該研究一方面證明了雷公藤紅素的體內(nèi)毒性，可以通過靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)及基于結(jié)構(gòu)的化學(xué)優(yōu)化而降低，另一方面也為更多重要天然產(chǎn)物的靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)，提供了可以直接參考借鑒的研究策略，以及實用的靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)新工具。
