上海有機所交叉中心與合作者報道基于三價砷共價彈頭的新型PKM2抑制劑
砷化物作為傳統(tǒng)藥方成分在東西方古文明中應用歷史悠久，其中砒霜（As2O3，ATO）、雄黃（As4S4）與雌黃（As2S3）常作為抗生物質應用于多種感染性疾病。有機胂具有更強的藥效和更好的生物利用度，曾被應用于早期現(xiàn)代醫(yī)學的疾病治療中，如治療梅毒的Salvarsan。然而，因眾所周知的毒性，砷化物逐漸為現(xiàn)代醫(yī)學所棄用。直至上世紀70年代，我國醫(yī)學家發(fā)現(xiàn)ATO對急性早幼粒細胞白血?。?/font>APL）具有獨特療效，而美國FDA也在2000年批準了ATO用于APL臨床治療。因脫靶效應和藥物輸送上的缺陷，ATO在癌癥治療上的應用仍非常局限。近年來，多種針對腫瘤靶向遞送的有機胂藥物也相繼進入臨床，其中Darinaparsin已在日本獲批準用于外周T細胞淋巴癌的治療。研究表明，三價砷在體內可與多種蛋白半胱氨酸殘基的巰基側鏈發(fā)生共價反應，進而影響蛋白活性以發(fā)揮藥效。因此，三價砷官能團作為共價彈頭，具備應用于靶向型共價抑制劑研制的潛質。
中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心譚立課題組與仁濟醫(yī)院、上海市婦科腫瘤重點實驗室的莊光磊課題組、交叉中心李盈副研究員合作，近日在J Med Chem期刊上發(fā)表研究論文“Selective covalent targeting of pyruvate kinase M2 using arsenous warheads”，報道了基于三價砷的多種共價彈頭與巰基物種的可逆共價反應機制，基于有機胂共價探針、化學蛋白質組學方法和藥物化學手段所研制的高活性、高特異性、具口服生物利用度的有機胂PKM2抑制劑25，以及基于25對PKM2作為卵巢癌潛質治療靶點的可行性與機制探索。該項研究發(fā)現(xiàn)，化合物24與PKM2變構激活口袋附近的Cys474形成共價鍵，特異地抑制PKM2酶活，而不影響同源的PKM1（圖1）。在依賴于PKM2的卵巢癌細胞株中，24的前藥25展現(xiàn)出類似于RNAi的生長抑制效果，且活性依賴于PKM2的Cys474殘基。通過抑制PKM2，25顯著下調了敏感細胞株中的糖酵解水平、丙酮酸水平以及ATP/ADP比例，進而激活了AMPK通路，同時下調了c-MYC與Cyclin D1的表達，最終有效抑制了小鼠體內卵巢癌腫瘤的生長（圖2）。
圖1. 三價砷共價彈頭的可逆共價反應性與PKM2抑制劑的研制
這些發(fā)現(xiàn)表明，三價砷與巰基物種形成的共價鍵可逆可轉化，三價砷彈頭也用于靶向型共價抑制劑的研制，進而在非共價結合作用的輔助下實現(xiàn)對蛋白特定巰基的精準靶向。另一方面，有機胂PKM2抑制劑25在機制上不同于已報道PKM2抑制劑，且在特異性上顯著優(yōu)于常用抑制劑紫草素。同時，在依賴于糖酵解供能的卵巢癌亞型中，靶向PKM2被證明是一種具有潛質的干預策略。在譚立課題組前期報道的有機胂CDK12/13靶向抑制劑的基礎上，有機胂PKM2抑制劑25的研制與應用也再次證明——除了通過靶向遞送，有機胂化合物在癌癥的精準治療中具有更廣闊的應用前景。仁濟醫(yī)院、上海市婦科腫瘤重點實驗室的莊光磊課題組和交叉中心的李盈副研究員是這項研究的主要合作者。上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心、上海藥物所、國家蛋白質中心（上海）、上海交大醫(yī)學部多個課題組及平臺，也為本項研究提供了必要幫助。該項研究受國家自然科學基金委、上海市科委和中國科學院資助完成。
圖2. 有機胂PKM2抑制劑25對卵巢癌生長抑制效果及機制
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