通过诱导铁死亡抗肿瘤的GPX4抑制剂|2421119-60-8 |JKE-1674

       铁死亡（Ferroptosis）是一种铁依赖的脂质过氧化引发的新型细胞死亡形式,参与多种神经退行性疾病如阿尔茨海默病病（AD），帕金森氏病（PD），亨廷顿病（HD）等。近年来研究表明，耐药癌细胞造成的癌症复发和铁死亡密切相关，铁死亡的触发可以清除逃避治疗的癌细胞，以此提供一种防止癌症复发的有效策略。其中，谷胱甘肽过氧化物酶4（Glutathione peroxidase 4, GPX4）被认为是通过铁死亡杀死治疗抗性癌细胞的重要靶点。开发GPX4小分子共价抑制剂，诱导铁死亡从而有效地靶向癌细胞已成为当今药物开发的热点。 几年之后，科学家们发现了一种这样的分子。这种分子被叫做ML210，它跟GPX4结合并触发铁死亡作用，但其发现者并不确定是如何做到的，因为ML210是一种异常光滑的分子且没有明确的方法来形成所需的键。据外媒报道，来自麻省理工学院(MIT)布罗德研究所和哈佛大学的研究人员解开了一个可能能带来癌症新疗法的分子之谜。近日，该研究小组发现了一种奇怪的分子是如何通过诱导一种鲜为人知的细胞死亡来杀死癌症的，另外他们发现了其他可能更有效的分子。研究人员探索了已知铁死亡诱导剂ML210小分子靶向抑制GPX4的抗肿瘤分子机制，并在此基础上获得新型抑制剂。

       GPX4在产生脂质信使分子的通路中发挥重要功能，主要负责降解脂质过氧化物，移除毒性的中间产物。GPX4的功能一旦被抑制，就会触发铁死亡。因此，它是一种有希望的通过铁死亡杀死治疗抵抗癌细胞的靶点。目前现有的GPX4抑制剂如RSL3、ML162等，都是通过具有反应活性的烷基氯基团共价连接GPX4的活性位点上46位硒代半胱氨酸残基发挥抑制作用的。然而，该基团具有较差的选择性和药代动力学性质。因此，开发具有成药性的新型GPX4小分子抑制剂将有助于拓宽亲电性化学类型和作用机制的范围。

      研究人员选择了区别于含烷基氯反应活性基团的化合物ML210，该分子结含硝基异噁唑的结构，是目前应用广泛的诱导铁死亡的小分子。尚未有研究证明小分子ML210是通过与GPX4直接作用抑制其活性而诱导的铁死亡。

      首先，研究人员证实ML210可以有效地诱导铁死亡，其对GPX4活性的抑制作用与RSL3和ML162的效果相当。并且通过设计ML210的小分子炔基探针进行细胞内靶标蛋白富集分析，利用pulldown、intact-cell CETSA以及竞争性pulldown实验证明ML210小分子是通过共价修饰GPX4的硒代半胱氨酸残基来发挥抑制作用。基于细胞蛋白质组反应性分析实验发现小分子抑制剂ML210对GPX4蛋白具有更好的选择性。

       由于ML210没有明显的反应活性基团，研究人员想进一步探究其实现良好选择性的原因。通过intact蛋白质质谱的监测细胞中产生的GPX4-抑制剂的复合物，他们发现加入ML210后形成了+434Da的加成产物，和ML210相比少了41Da，并且发现纯蛋白和细胞裂解液中的GPX4不和ML210发生共价连接。因此，研究人员提出假设：ML210可能是一种前药，在细胞内进行代谢经历化学转化后共价修饰GPX4。

       研究人员聚焦于硝基异噁唑基团上，该基团具有很高的化学敏感性。通过一系列的构效关系分析及实验证明，他们确定ML210的细胞活化包括硝基异噁唑5位的消除。文献报道硝基异噁唑在碱性条件下会水解生成α-硝基酮肟和羧酸，作者发现在一定的条件下ML210会很快转换成含有α-硝基酮肟结构的JKE-1674。实验证实，小分子JKE-1674具有和ML210相同的生理作用且都不能在纯化后或者细胞裂解液中和GPX4发生共价作用。这表明，JKE-1674只是中间代谢产物，还存在其它的分子形式以生成蛋白反应性亲电试剂最终靶向GPX4。

       基于缺失的41Da分子量分析，研究人员提出JKE-1674通过脱水形成带有氧化腈活性基团的JKE-1777，它是ML210在细胞内代谢最终靶向GPX4的亲电试剂，可以直接与硒代半胱氨酸反应生成+434的加成产物。他们提出了如图所示的含被保护的氧化腈活性基团的GPX4抑制剂ML210和JKE-1674在细胞内代谢向JKE-1777转化的潜在机制。并通过后续的药化分析，团队开发设计了一系列含被保护的氧化腈活性基团的小分子，都具有良好的GPX4抑制活性。对ML210及JKE-1674进行理化性质和药代动力学检测，发现与原有的含烷基氯活性基团的抑制剂相比，水溶性和稳定性都得到了极大的改善。

       综上，该研究通过阐明小分子ML210在细胞内的活化机制，发现了与GPX4共价结合的新型亲电试剂结构即含有氧化腈活性基团的小分子抑制剂。这些小分子抑制剂具有更高的选择性、更优良的药代动力学性质，可以作为研究铁死亡的重要工具化合物，并为开发改良的GPX4小分子抑制剂奠定了良好的基础。

JKE-1674物理化学性质：

JKE-1674英文别名：

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