線粒體中的絲氨酸蛋白酶ClpP在維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)中起重要作用，且近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。然而，現(xiàn)有的ClpP激動(dòng)劑缺乏選擇性，給肺鱗癌治療帶來(lái)安全隱患。為此，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所楊財(cái)廣課題組致力于ClpP的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制及小分子激動(dòng)劑等方面的研究，并取得進(jìn)展。
該研究通過(guò)高通量篩選發(fā)現(xiàn)，趨化因子受體CCR1拮抗劑BX471可以選擇性激動(dòng)人ClpP（HsClpP）。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，該團(tuán)隊(duì)獲得一類具有柔性骨架的HsClpP激動(dòng)劑。其中，化合物ZK53能夠結(jié)合并激動(dòng)HsClpP的酶學(xué)活性。此外，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)HsClpP/ZK53的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)揭示了小分子的作用機(jī)制。與已報(bào)道的多數(shù)具有剛性骨架結(jié)構(gòu)的HsClpP激動(dòng)劑不同，ZK53不具有ONC201的多環(huán)并環(huán)結(jié)構(gòu)，也沒(méi)有ADEP4中復(fù)雜的環(huán)肽類骨架，而是以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的柔性六元環(huán)為基礎(chǔ)，支撐兩部分“邊臂”與HsClpP蛋白結(jié)合。
在選擇性上，ZK53不結(jié)合也不激動(dòng)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和羅伊斯乳桿菌的ClpP，不影響腸道菌群的體外生長(zhǎng)。研究通過(guò)序列比對(duì)與蛋白突變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選擇性產(chǎn)生的原理是由于HsClpP中146位色氨酸與ZK53的3,5-二氟苯基產(chǎn)生了π-π堆積作用，穩(wěn)定了ZK53與HsClpP的結(jié)合，而細(xì)菌蛋白中該位置為體積較小的氨基酸，削弱了這一作用，進(jìn)而降低了ZK53與細(xì)菌ClpP的結(jié)合能力。
此外，該團(tuán)隊(duì)借助遺傳學(xué)手段，通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明HsClpP功能的激活在肺鱗癌中具有抗腫瘤活性。ZK53通過(guò)靶向激動(dòng)肺鱗癌細(xì)胞內(nèi)的HsClpP，促進(jìn)線粒體呼吸鏈復(fù)合物蛋白降解，進(jìn)而影響線粒體膜電位、ROS水平、mtDNA拷貝數(shù)、氧化磷酸化和線粒體形態(tài)，最終干擾線粒體正常功能。此外，ZK53抑制肺鱗癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡。在動(dòng)物水平上，ZK53抑制肺鱗癌細(xì)胞系裸鼠移植瘤和KrasLSL-G12D/+；Lkb1fl/fl（KL）自發(fā)肺鱗癌模型中腫瘤的增殖和發(fā)展。
該工作開(kāi)發(fā)了具有新穎骨架結(jié)構(gòu)的HsClpP選擇性小分子激動(dòng)劑，概念上驗(yàn)證了針對(duì)不同物種同源性較強(qiáng)的ClpP蛋白酶可以實(shí)現(xiàn)選擇性激活，為ClpP選擇性激動(dòng)劑的設(shè)計(jì)提供了新方法。此外，開(kāi)展通過(guò)激動(dòng)HsClpP抑制肺鱗癌發(fā)生發(fā)展的抗腫瘤活性研究，為肺鱗癌的治療提供了頗有前景的策略。該研究由上海藥物所和中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心合作完成。復(fù)旦大學(xué)的科研人員參與研究。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助，并獲得上海同步輻射光源和先導(dǎo)專項(xiàng)化合物資源庫(kù)的支持。
