硫酸酯酶诱导的原位抗肿瘤supra-protacs
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科学
2024-04-19 17:07
北京
靶向蛋白质降解最近已成为癌症治疗的一种创新策略，并以PROTACs为例。尽管PROTACs已被应用于降解多种致癌蛋白，但仍然遭受着膜渗透性低，靶向传递能力差等限制。近日，南开大学余志林课题组在《J. Am. Chem. Soc.》期刊上发表了一种基于硫酸酶响应的活细胞肽原位自组装的抗肿瘤超分子 PROTACs（Supra-PROTACs）靶向制剂策略工作，以同时提高靶向递送效率和优化 PROTACs 的 POI 降解能力。作者设计了一种名为bola-亲水肽衍生物六肽（EIYsIYsE），通过硫酸酯酶响应肽组装系统，将其自组装成纳米纤维。配制Supra-PROTAC时，选择了BH3片段GQVGRQLAIIGDDINR和LAHypYI，并与六肽连接，形成配体L1和L2。EIYsIYsE与L1和L2以适当的摩尔比共组装，生成了pro-Supra-PROTAC EIYsBE3。产生的前体在过表达硫酸酯酶的肿瘤部位经过酶反应原位组装成Supra-PROTAC EIYBE3。 ![]()
接着研究了硫酸化酪氨酸在硫酸酯酶作用下的水解过程。结果显示硫酸酶能有效将硫酸化酪氨酸转化为Fmoc-Tyr-OH。作者设计并合成了含有两个硫酸化酪氨酸残基的六肽，在硫酸酶作用下，六肽逐渐转化为无硫酸化的形式。圆二色性（CD）光谱显示硫酸盐水解导致六肽构象转变且具有聚集倾向。表征了六肽形成的聚集体的形态后，结果表明在硫酸酯酶存在下，硫酸化肽能够诱导肽自组装成有序的纳米纤维。![]()
接着，在Supra-PROTAC EIYBE3 及其对应物的结构特征以及 pro-Supra-PROTAC 的酶反应性的研究中发现：非硫酸化和硫酸化的共聚物分别具有主要的β-片状构象和无规线圈构象，这表明主要肽成分的构象得到了保留。在 EIYsBE3 溶液中加入硫酸化酶后，硫酸化肽 EIYsIYsE 迅速转化为肽 EIYIYE，这表明共组装体具有硫酸化酶反应性，硫酸化的共聚物在酶的催化下组装成了定义明确的纳米纤维，从而使硫酸化酶催化水解后的前体能够制成 Supra-PROTAC。 ![]()
作者还研究了多肽组装物在4T1乳腺癌细胞中的摄取途径。结果显示，硫酸化的多肽具有更强的内化能力，又进一步证实了硫酸化多肽主要通过内吞/溶酶体介导的途径进入细胞，并在细胞质中组装成定义明确的纳米纤维。相比之下，非硫酸化多肽的溶酶体共定位较差，可能是通过非溶酶体途径内化。![]()
而Pro-Supra-PROTAC对癌细胞的细胞毒性和细胞死亡机制研究表明，Bcl-xL与EIYB形成的复合物阻止了其与促凋亡蛋白Bak的结合，导致Bak释放并激活凋亡途径。EIYsB处理的细胞中Bak表达上调，部分释放Bcl-xL，促进细胞死亡。合理调节SupraPROTAC中配体比例有利于降解POI，且配体密度影响细胞摄取和蛋白质降解效率。pro-SupraPROTAC可以招募VHL诱导4T1细胞中的POI Bcl-xL降解，从而激活依赖于caspase的细胞凋亡途径，导致细胞死亡。![]()
Supra-PROTACs对Bcl-xL的降解具有重要意义。通过抑制硫酸酶，Supra-PROTACs原位形成，促进了Bcl-xL的降解。此外，还能选择性地降解Bcl-xL而不影响其他蛋白质，表现出巨大潜在的治疗价值。同时，通过引入其他配体蛋白，如HER2和CRBN，可以进一步扩展降解范围，开发降解其他相关蛋白质的protacs，提高治疗效果。![]()
通过肿瘤小鼠模型研究发现，原位形成的Supra-PROTACs在肿瘤中具有良好的蓄积和保留能力，进而提高了肿瘤治疗效果。与游离肽相比，多肽组装体在肿瘤中的保留率更高，可能因形态学转变导致的纳米纤维形态。联合应用pro Supra-PROTAC和化疗药物显示出良好的疗效。Pro-Supra-PROTAC 具有可靠的生物相容性和极高的 POI 降解效率。 ![]()
总结，报道的原位配制的抗肿瘤PROTAC策略，通过肽的自组装提高靶向递送效率和优化POI降解。Pro-Supra-PROTAC在活细胞内组装成纳米纤维，降解Bcl-xL并诱导细胞凋亡。体内实验证实其对肿瘤具有靶向积累和抑制生长作用，且具有良好的安全性。目前疗效有限，但具有巨大的潜力。本文作者：HC
