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细胞自噬（Autophagy）是维持细胞稳态的关键过程。通过降解细胞器、蛋白质、脂质、核酸和其他分子成分，细胞参与了一种微妙的循环策略，利用不同的构建模块来系统地解决营养缺乏问题。多项研究表明，自噬功能的失调与神经退行性疾病、代谢紊乱、癌症及炎症等多种疾病密切相关。因此，自噬通路中的关键蛋白，尤其是LC3家族蛋白，成为治疗这些疾病的重要靶标。然而，由于LC3的蛋白-蛋白相互作用界面缺乏明显的结合口袋，设计有效的LC3抑制剂成为药物开发中的一大难题。针对这一问题，中国科学院上海药物研究所罗成研究员团队通过基于结构的药物设计方法，开发了一种高效的LC3A/B共价抑制剂LC3in-C42。近日，该项研究发表于药物化学领域的著名期刊Journal of
Medicinal Chemistry（J. Med. Chem.
2024, 67, 14, 12184–12204）【1】。该化合物通过优化共价弹头与非共价作用区，实现了对LC3蛋白的高效抑制，在蛋白水平和细胞水平上均展现了强大的自噬抑制能力。LC3家族蛋白（LC3A、LC3B、LC3C）与其他自噬相关蛋白的相互作用对自噬体的形成至关重要，是自噬过程中不可或缺的核心蛋白，其负责自噬体的膜延伸和自噬底物的降解。但由于其相互作用界面平坦、缺乏可靶向的小分子结合口袋，现有的靶向LC3小分子抑制剂在活性和选择性方面存在显著不足，限制了其在疾病治疗中的应用。为应对这一挑战，罗成研究员团队利用共价抑制剂设计策略，成功设计了新型化合物LC3in-C42。该化合物基于之前开发的LC3抑制剂DC-LC3in-D5，通过对化合物的共价弹头和非共价结合部分进行优化，使其能够更好地靶向LC3蛋白并抑制自噬。在这一研究中，研究团队详细探讨了LC3in-C42的结构-活性关系（SARs），并成功地通过分子杂交的方式将吲哚和双氯代苯片段结合，设计出了拥有极高活性的LC3抑制剂。LC3共价抑制剂的设计
共价抑制剂近年来因其靶向性强、作用持久，在药物开发中备受关注。通过分析LC3复合物的晶体结构，研究团队对DC-LC3in类化合物进行了深入研究，并将其分解为共价弹头与非共价作用区两部分。在探索构效关系时，研究发现三级胺的引入提升了共价弹头的活性，吲哚和双氯代苯的非共价结合部分也显著增强了结合力。基于分子杂交策略，研究人员将LC3in-C32与LC3in-C41的关键片段进行整合，最终合成了LC3in-C42。分子模拟结果显示：化合物LC3in-C42通过与LC3的疏水口袋HP2的增强结合，实现了共价与非共价作用的平衡，显著提升了活性。![]()
图1. LC3in-C42分子优化设计方案及分子对接预测LC3in-C42与LC3B的结合模式
体外实验验证
通过AlphaScreen实验，研究团队测试了LC3in-C42在体外的抑制效果。结果表明，LC3in-C42的IC50值仅为7.6 nM，远远优于此前的DC-LC3in-D5抑制剂（IC50值为51.68 nM）与LC3in-C32抑制剂IC50值为33.61 nM）。这标志着该化合物在活性方面实现了质的飞跃。![]()
图2. AlphaScreen实验表明LC3in-C42体外活性显著提升
在细胞实验中，LC3in-C42同样表现出卓越的自噬抑制能力。研究人员通过免疫荧光实验和自噬流实验，验证了该化合物在低浓度下即能有效抑制自噬体的形成，并阻止LC3-II的脂化过程。相比于DC-LC3in-D5，LC3in-C42在5 μM的浓度下即可显著抑制自噬过程，而DC-LC3in-D5需要更高的浓度（20 μM）才能达到相同的效果。自噬流分析表明，LC3in-C42能够有效阻止P62的降解，进一步证明了其在细胞自噬过程中的显著抑制作用。此外，该化合物在细胞内的热稳定性测试（CETSA）结果显示，LC3in-C42能够选择性地靶向LC3A/B蛋白，而对GABARAP等其他LC3家族蛋白的影响较小。这一发现表明，LC3in-C42不仅在活性上远超DC-LC3in-D5，在选择性方面也表现出更优异的特性。![]()
图3. 体外实验验证表明LC3in-C42的自噬抑制能力显著强于DC-LC3in-D5
应用展望
LC3in-C42作为一种新型的共价抑制剂，不仅为深入研究LC3蛋白在自噬过程中的作用提供了重要工具，也为治疗与自噬相关的疾病，如神经退行性疾病、癌症等，提供了潜在的药物开发路径。未来的研究将进一步优化LC3in-C42的药物性和体内稳定性，以确保其在临床应用中的安全性和有效性。该研究通过结构药物设计开发了新型LC3A/B抑制剂LC3in-C42。通过优化共价弹头和非共价作用区，LC3in-C42展现出优异的活性和选择性，并在体外和细胞水平上有效抑制自噬过程。该化合物有望成为研究自噬机制的重要工具，并为未来自噬相关疾病的治疗提供了新的药物候选。参考文献
[1] Zhou
Z, Huang S, Fan S, Li X, Wang C, Yu W, Du D, Zhang Y, et al. Structure-Based
Design and Discovery of a Potent and Cell-Active LC3A/B Covalent Inhibitor[J].
Journal of Medicinal Chemistry, 2024, 67(14): 12184-12204.
