血液是生命的源泉，是人体至关重要的运输载体，缺少或病变都会导致致命后果。其中，镰状细胞病（SCD）是一种普遍的、危及生命的血液疾病，可归因于β-血红蛋白的遗传突变。利用CRISPR-Cas9基因编辑技术诱导胎儿血红蛋白（HbF）的产生，能够有效治疗镰状细胞病，该疗法（Casgevy疗法）已获得FDA批准上市，但该疗法涉及对DNA的基因编辑，而且售价高达220万美元。
我们能否开发出一种小分子诱导剂，来安全有效的诱导胎儿血红蛋白（HbF）的产生呢？
2024年7月4日，国际制药巨头诺华公司的研究人员在 Science 期刊发表了题为：A molecular glue degrader of the WIZ transcription factor for fetal hemoglobin induction 的研究论文。
该研究开发了小分子药物——dWIZ1和dWIZ2，它们是转录因子WIZ的分子胶降解物，用于治疗镰状细胞病（SCD）。在人源化小鼠和食蟹猴中，WIZ的药理学降解可以提高HbF的水平并具有良好耐受性。这项研究将促进创新药的开发，为治疗镰状细胞病的治疗开辟了新的道路。
镰状细胞病及其治疗策略
镰状细胞病（SCD）影响着全世界数以百万计的人群，尤其是在资源有限的欠发达地区不成比例地发生。长期以来，开发一种全球可及的口服胎儿血红蛋白（HbF）诱导剂一直是该领域的主要目标。
成人血红蛋白（HbA）主要在出生后表达，其包含四个蛋白质亚基——两个β-珠蛋白和两个α-珠蛋白。β-珠蛋白基因突变会导致镰状细胞病（SCD）和β-地中海贫血。
但人类还要另一种血红蛋白亚基——γ-珠蛋白，它在胎儿发育期间表达，γ-珠蛋白与α-珠蛋白结合形成胎儿血红蛋白（HbF）。正常情况下，人类在出生后，BCL11A转录因子会抑制γ-珠蛋白的表达，从胎儿血红蛋白转换为成人血红蛋白。通过敲除BCL11A转录因子来重新启动γ-珠蛋白表达，进而重新产生胎儿血红蛋白（HbF），能够替代有缺陷的成人血红蛋白，并显示出了显著的治疗益处。
在过去的十多年时间里，诺华公司已经筛选了大约200万种化合物，以寻找一种有前景的化合物用于临床治疗镰状细胞病（SCD）。近些年来，诺华公司也短暂地开发了基于CRISPR的基因编辑治疗策略，类似于Vertex Pharmaceuticals和CRISPR Therapeutics合作开发的Casgevy疗法。
然而，尽管CRISPR基因编辑在临床上取得了显著的成功，但很明显，这一治疗策略操作复杂、价格昂贵（售价高达220万美元），难以用于非洲以及其他欠发达地区的数百万镰状细胞病患者。
论文第一作者、诺华生物医学研究血液学副主任 Pamela Ting 博士表示，令人遗憾的是，基于CRISPR的基因编辑疗法在大多数镰状细胞病患者中存在着巨大挑战，这些患者生活在医疗服务不足的社区或中低收入国家。因此，安全、有效和全球可获得的HbF诱导药物仍然是一个十分重要且未被满足的需求。
Casgevy疗法提供了明确的临床证据表明，上调HbF的策略是解决镰状细胞病主要症状的安全有效方法。因此，研究团队将工作重点聚焦于开发一种安全有效的小分子药物，通过调节转录因子的方式来上调HbF的表达。
小分子药物治疗镰状细胞病
值得注意的是，蛋白靶向降解嵌合体（PROTAC）是一项新兴的、十分有前景的蛋白质降解技术。受其启发，研究团队团队利用靶向Cereblon（CRBN）的分子胶化学文库来探索HbF的再激活。CRBN是一种进化上保守的蛋白，同时也是PROTAC技术常用的E3泛素连接酶。
在这项最新研究中，为了鉴定诱导HbF的小分子药物，研究团队筛选了2814个CRBN相关小分子化合物的库。研究团队通过使用检测红细胞中HbF上调的细胞测定法，确定了数十种候选分子，其中一种化合物——化合物C，由于具有优越的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）特性，在进一步表征后被优先考虑。
开发一种基于CRBN的HbF小分子诱导剂
化合物C增加了HbF阳性细胞的百分比，EC50为100nM，同时保留成红细胞的增殖和分化。在质谱实验表明这种化学物质靶向WIZ转录因子后，研究团队将化合物C重新命名为dWIZ-1。
CRISPR基因敲除实验和表型筛选研究有力证实，转录因子WIZ是一种以前未被识别的HbF表达抑制因子。dWIZ-1可以将WIZ募集到CRBN-泛素连接酶复合物中，以触发靶向蛋白质降解。此外，研究团队还开发了另一种名为dWIZ-2的小分子药物，其具有与dWIZ-1类似的功能。
WIZ作为HbF表达负调控因子的靶标鉴定和表征
在进一步的临床前研究中，包括分子检测、AlphaFold蛋白质建模和X射线晶体学、小鼠和非人类灵长类动物模型，均证实了dWIZ-1和dWIZ-2可以促进WIZ降解，提高HbF的表达水平，并且具有良好的耐受性。
其中，最重要的临床前数据是在3只食蟹猴身上使用dWIZ-2治疗的结果，这项体内研究对食蟹猴进行了28天的监测。结果显示，它们几乎所有外周网状细胞中γ-珠蛋白基因和HbF的产生都明显上调，并且没有细胞毒性的迹象。
dWIZ-2促进WIZ降解，提高HbF表达水平，并且具有良好的耐受性
不仅如此，研究团队还发现了转录因子WIZ直接与β-珠蛋白基因簇位点结合的证据，这十分出乎意料，这也是第一次观察到WIZ的这种作用，并且珠蛋白位点似乎对WIZ的功能缺失高度敏感。更令人惊讶的是，这一现象与BCL11A结合位点“不谋而合”，而BCL11A正是Casgevy疗法中成功靶向的转录因子。
总的来说，这项发表于 Science 期刊的研究开发了两种小分子药物——dWIZ1和dWIZ2，可以将转录因子WIZ招募到CRBN形成三元复合物，促进WIZ的降解，进而上调胎儿血红蛋白（HbF）的表达水平，用于治疗镰状细胞病（SCD）。这项研究确立了WIZ降解作为一种全球可及的镰状细胞病的治疗新策略。
最后，研究团队表示，当前仍有一些有待解决的问题，包括特异性。作为一种转录因子，WIZ天然结合在基因组的多个位点上，β-珠蛋白基因簇只是其中之一。靶向WIZ的非特异性效应可能会导致红细胞中数百个基因的表达变化。因此，需要对系统性WIZ降解的安全性进行严格评估，有待在人体进行进一步试验。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk6129
转自：生物世界
预览审阅：风铃
责任编辑：柳塘压雪
