【Cell】GSDMD小分子激动剂发现-激活细胞焦亡治疗肿瘤
文摘
2024-09-26 06:44
上海
2024年9月，哈佛大学吴皓院士和Judy Lieberman院士合作在 Cell 发表了最新药物发现成果。他们通过高通量筛选发现了一种能够激活在肿瘤中广泛表达的GSDMD的小分子——6,7-二氯-2-甲基磺酰基-3-N-叔丁氨基喹啉（DMB）。该化合物能够有效激活GSDMD的孔形成和细胞焦亡，进而抑制肿瘤生长。GSDMD（Gasdermin D）是一种介导细胞焦亡的成孔蛋白，通过诱导受感染或受损细胞的死亡来限制病原体的扩散，并通过释放免疫系统可识别的信号分子进一步促进炎症反应。同时，GSDMD还可以通过诱导肿瘤细胞焦亡，增强抗肿瘤免疫反应。因此，开发能够在癌细胞中激活GSDMD的药物，也是当前抗肿瘤研究中的新兴方向，展现了巨大的治疗潜力。![]()
研究者巧妙地设计了一种时间分辨荧光（TRF）脂质体泄漏的体外活性分析方法，将GSDMD、Tb3+与脂质体包被，然后检测脂质体泄漏的Tb3+与二吡啶啉酸（DPA，dipicolinic acid）反应。以高通量筛选了超过100,000种小分子化合物库，确定了 24 种活性化合物，其中最有效的化合物是C-185（DMB）。
具体来说，与稳态荧光分析相比，由Tb3+螯合物的长荧光寿命提供的TRF分析通过避免背景干扰提高了灵敏度。使用去垢剂渗透脂质体作为阳性对照，确定了该筛选的Z'因子为0.8，表明其适合于高通量筛选。从哈佛ICCB-Longwood化合物库中筛选了超过10万个小分子，以寻找激活GSDMD孔形成、以触发脂质体泄漏的命中化合物，这些化合物至少是去垢剂引起的总泄漏的50%。在排除了与许多生物靶点非特异性反应的干扰化合物、GSDMD独立脂质体干扰化合物、自荧光化合物和无饱和剂量反应曲线的化合物后，鉴定了24种活性化合物。其中最有效的结果之一是C-185，或又名DMB，其EC50为0.7±0.0 μM。DMB是一种潜在的调节糖尿病患者胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）的口服药物，但由于其疗效不足，尚未进一步开发用于临床。进一步，DMB通过微量热泳动（MST）测定直接与GSDMD结合，解离常数（KD）为 1.1±0.4 μM。以前的冷冻电镜结构显示，DMB在C347处共价修饰GLP-1R。为了了解DMB如何激活GSDMD，使用纳米液相色谱-串联质谱（nano-LC-MS/MS）分析了DMB处理过的重组人GSDMD。胰蛋白酶片段显示Cys191通过DMB的C2和Cys191反应，对其他Cys残基进行了有限的修饰。Cys191在炎症小体激活过程中是棕榈酰化的，而这是GSDMD寡聚化和孔隙形成所必需的。![]()
实验表明，DMB 在体外能够诱导细胞焦亡的典型特征，如细胞肿胀、SYTOX Green 摄取和 LDH 释放。然而，DMB 诱导的焦亡并不依赖炎性 Caspase 的活性。DMB 在多种表达 GSDMD 的肿瘤类型中，能够触发低水平的脉冲式焦亡，在有效抑制肿瘤生长的同时，不会损害表达 GSDMD 的免疫细胞。这一过程无需依赖炎性 caspase 对 GSDMD 的切割活化，展现了其独特的抗肿瘤潜力。4. DMB诱导肿瘤消退，增强抗肿瘤免疫
研究测试了 DMB 在同种异体小鼠中对肿瘤的作用。DMB 可显著抑制野生型 EMT6 肿瘤的生长，并增强 CD8+ 自然杀伤细胞的功能，同时未引起全身性炎症或明显毒性。但对 GSDMD 或 GSDMD/GSDME 双敲除的肿瘤抑制效果不明显。也就是说 DMB 诱导的抗肿瘤免疫依赖于肿瘤中 GSDMD 的表达。![]()
DMB的抗肿瘤效应依赖于 GSDMD 的表达
研究还发现，DMB 对肿瘤细胞的直接杀伤作用较弱，其抗肿瘤效果依赖于免疫系统的参与。具体表现为，DMB 能够在多种肿瘤细胞系中抑制肿瘤生长，但在免疫缺陷小鼠（如NOD scid gamma小鼠）中，DMB 未能有效抑制 EMT6 肿瘤的生长。这是因为，DMB 通过诱导肿瘤细胞焦亡，促进免疫细胞的募集和激活，从而形成了一种正反馈机制，最终导致更多肿瘤细胞焦亡和免疫系统的强力激活。![]()
DMB的抗肿瘤效应依赖于免疫系统
此外，DMB还可以与抗 PD-1 协同作用，治疗耐药肿瘤，且在小鼠模型中表现出良好的效果。并且 DMB 处理的肿瘤细胞可以作为对抗继发性肿瘤的疫苗，防止肿瘤复发。![]()
DMB诱导免疫原性细胞死亡，其抗肿瘤效应依赖于免疫反应5. 总结
综上所述，该研究展示了一种通过焦亡诱导抗肿瘤免疫的新型疗法策略。并发现了一种 GSDMD 激动剂——DMB，DMB 通过靶向 GSDMD，诱导癌细胞焦亡，从而减少肿瘤负荷，并增强肿瘤浸润的 CD8+ 和 NK 细胞的活性。DMB 还可以与抗 PD-1 协同作用，治疗耐药肿瘤，且在小鼠模型中表现出良好的效果。相比传统化疗和放疗，通过 GSDMD 激动剂直接诱导细胞焦亡具有多个优势，如减少药物耐药性风险、精准引发免疫原性细胞死亡，并扩大免疫疗法的适用范围。研究还表明，DMB 的毒性较低，对宿主免疫细胞无明显副作用，显示了其在免疫疗法中的潜力。感谢关注、点赞，及转发分享的朋友。
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00898-5
