靶向结直肠癌干细胞的创新治疗策略!APSB：LXH

来源：100医药网 2024-09-18 13:13

本研究揭示了PHGDH在结直肠癌干细胞中的关键作用，并证明通过分子胶介导的PHGDH降解可以显著削弱结直肠癌的干性和恶性表型。

（CRC）是第二大癌症类型，复发风险高。CRC中的结直肠癌（CRCSC）具有自我更新能力，在肿瘤发生、药物耐受和转移中起重要作用。3-磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）在丝氨酸合成途径中起关键作用，并在多种癌症中过表达。PHGDH成为一个有前景的抗癌靶点，受到广泛关注。

近日，南开大学杨光研究团队在APSB发表了题为Molecular glue triggers degradation of PHGDH by enhancing the interaction between DDB1 and PHGDH的研究论文，发现齐墩果酸类似物LXH-3-71可以与PHGDH的Cys281共价结合，从而引发泛素-蛋白酶体系统（UPS）介导的PHGDH选择性降解，显示出比传统PHGDH抑制剂更显著的抗癌活性。

研究表明，齐墩果酸类似物LXH-3-71具有强效的抗结直肠和抗癌干细胞活性。LXH-3-71在低微摩尔浓度下可显著抑制结直肠癌细胞和癌干细胞的增殖，减少肿瘤球的大小和数量，同时对正常细胞毒性较低。

图 1.LXH-3-71在体外条件下对结直肠癌细胞和相关干细胞的抗增殖作用

基于体外实验结果，研究员进一步在小鼠异种移植模型中评估了LXH-3-71的体内抗肿瘤活性。药代动力学研究显示，腹腔注射LXH-3-71在动物体内具有良好的生物利用度。在HCT-116皮下异种移植模型中，LXH-3-71以剂量依赖的方式有效抑制了肿瘤生长，并与参考药物5-FU进行了比较。试验动物体重变化微小，表明LXH-3-71和5-FU的耐受性良好。病理分析显示，LXH-3-71组的Ki67阳性细胞显著减少，证实了其对肿瘤增殖的抑制作用。此外，脾脏、肝脏、肾脏和肺组织的H E染色表明LXH-3-71无明显全身毒性。在CRC肺转移模型中，LXH-3-71处理组的肺部转移负荷显著减少，H E染色进一步证实了肺转移的显著降低。

图 2.LXH-3-71对体内CRC生长和转移的影响

为了探究LXH-3-71抑制癌细胞干性的机制，研究人员设计并合成了含有 , -不饱和酮结构的化学探针。结果显示，具有酮基的探针10在约5 mol/L的浓度下保留了强效的抗CRCSC活性，而其类似物13则未表现出任何活性。

图 3.基于化学探针鉴定LXH-3-71的靶蛋白

利用 差异化活性化学探针 进行下拉实验，以识别与抗CRCSC活性相关的靶蛋白。通过HCT-116细胞裂解物的处理，实验发现探针10与约55 kDa的蛋白PHGDH选择性结合，并通过LC-MS/MS和印迹确认。进一步分析发现，LXH-3-71与PHGDH的Cys281残基形成共价键。质谱分析显示，Cys281与LXH-3-71的硫醇部分发生共价反应。研究还表明，Cys281对于LXH-3-71的抗癌干细胞活性至关重要，且PHGDH与结直肠癌干细胞基因的mRNA水平呈正相关。总之，PHGDH被确认是LXH-3-71的直接靶点。

研究发现，LXH-3-71并不抑制PHGDH的酶活性，而是通过诱导PHGDH的多泛素化，促使其通过蛋白酶体降解。这种降解作用是剂量和时间依赖性的，并且在体内和体外均有效。蛋白质组学分析进一步确认了LXH-3-71对PHGDH的选择性降解，而不是通过影响其转录过程。总体而言，LXH-3-71通过一种与酶活性无关的机制，选择性地降解PHGDH，调控结直肠癌干细胞的干性。

图 4.LXH-3-71诱导的泛素依赖性PHGDH降解

通过敲低或过表达PHGDH发现，PHGDH的表达水平直接影响癌细胞的增殖、肿瘤球形成、自我更新以及CRC干细胞标志物的表达。PHGDH的敲低显著减少了肿瘤球形成和克隆形成能力，降低了干细胞标志物的水平，并抑制了肿瘤生长。相反，PHGDH的过表达则增强了这些特征。表明PHGDH在维持结直肠癌干细胞特性中起重要作用。

图 5.PHGDH在维持CRC细胞干性中的调节作用

LXH-3-71诱导PHGDH降解的分子机制研究发现，LXH-3-71通过促进PHGDH与DDB1-CUL4泛素连接酶复合体的结合，增强了PHGDH的多泛素化和降解。免疫沉淀和SDS-PAGE分析发现DDB1在LXH-3-71处理组中显著富集，表明LXH-3-71作为 分子胶 帮助形成PHGDH与DDB1-CUL4的复合体，从而促进PHGDH的蛋白酶体降解。微尺度热泳动法进一步证实LXH-3-71增强了PHGDH与DDB1的结合能力，而DDB1的敲低或复合体抑制剂则减弱了LXH-3-71的抗癌效果。

图 6.LXH-3-71作为分子胶促进PHGDH-DDB1的相互作用

图 7.LXH-3-71分子胶机制

基于LXH-3-71通过 分子胶 机制诱导PHGDH降解的研究，研究人员将其化学结构转化为新型PROTAC分子，用于靶向蛋白质降解（TPD）。将Gefitinib与LXH-3-71通过不同的化学连接子结合，筛选出最有效的EGFR降解剂 化合物37。随后，合成了针对CDK4的TPD分子45。实验结果显示，这些TPD分子的降解效果可通过MG-132或DDB1敲低抑制，证明了其通过PROTAC介导的降解机制。这些成果为设计和发现新型TPD分子提供了新策略。

图 8.源自LXH-3-71的PROTAC诱导的靶向蛋白质降解

总体而言，本研究揭示了PHGDH在结直肠癌干细胞中的关键作用，并证明通过分子胶介导的PHGDH降解可以显著削弱结直肠癌的干性和恶性表型。这一发现为开发新的抗癌疗法提供了重要的理论基础，也为进一步设计基于分子胶的靶向蛋白降解（PROTAC）药物开辟了新的路径。（100yiyao.com）

参考文献：

Huang Z, Zhang K, Jiang Y, et al. Molecular glue triggers degradation of PHGDH by enhancing the interaction between DDB1 and PHGDH[J]. Acta Pharmaceutica Sinica B, 2024. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2024.06.001

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