JMC | 靶向LC3A/B的共价抑制剂药物化学优化与确证

英文原题：Structure-Based Design and Discovery of a Potent and Cell-Active LC3A/B Covalent Inhibitor

通讯作者：付伟（复旦大学），陈凯先、罗成（中国科学院上海药物研究所）

作者：Zhenfei Zhou, Siqi Huang, Shijie Fan, Xueyuan Li, Chengyu Wang, Wanlin Yu, Daohai Du, Yuanyuan Zhang, Kaixian Chen*, Wei Fu*, and Cheng Luo*

细胞自噬（Autophagy）是一种在真核生物中高度保守的细胞稳态维持机制，具体为通过溶酶体（Lysosome）将细胞内组分进行降解和回收的过程。多项研究表明，细胞自噬紊乱与多种疾病相关，其中包括神经退行性疾病、感染、炎症、代谢异常、癌症和衰老等。因此，细胞自噬通路相关蛋白是疾病治疗的潜在干预靶标。LC3家族蛋白参与了自噬体的扩展延伸和封闭的过程，是自噬体形成和自噬底物降解至关重要的核心蛋白。

LC3蛋白执行功能主要通过其蛋白相互作用界面，但是其蛋白-蛋白质相互作用界面缺少结合位点，难以利用小分子化合物进行靶向。因此已报道的小分子化合物普遍活性低、选择性差，细胞活性弱。在前期工作中，中国科学院上海药物研究所罗成研究员利用共价抑制剂设计策略结合多种分子生物学手段，开发得到了首个具有明确活性的LC3共价化合物DC-LC3in-D5（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 26105），其体外破坏蛋白相互作用活性达到200 nM，并在细胞层面能够实现自噬抑制。

近日，罗成研究员团队在已有成果的基础上再次取得重要进展。通过分析团队获得的复合物晶体结构，将DC-LC3in类化合物分为共价弹头与非共价作用区两个部分重点探索构效关系，针对共价弹头部分的改造结果说明相隔两个亚甲基的三级胺对于活性有所提升，非共价部分的改造结果说明吲哚片段与双氯代苯片段对活性提升的作用十分明显。通过将优势片段吲哚与双氯代苯进行分子杂交的设计手段，得到了化合物LC3in-C42，使得小分子化合物加强了与LC3的疏水口袋HP2的非共价结合，实现了共价/非共价亲和力的平衡（图1）。

LC3in-C42体外通过AlphaScreen实验，表明其IC₅₀值为7.6 nM。相较于DC-LC3in-D5显著提升（图2）。在细胞层面上，LC3in-C42展现出比DC-LC3inD5更强的自噬抑制能力，自噬流实验与免疫荧光实验表明，相较于DC-LC3in-D5，LC3in-C42可以在更低的浓度下抑制自噬（图3）。

图2. 结构优化使得体外活性显著提升

图3. 自噬流实验与免疫荧光表明LC3in-C42的自噬抑制能力显著强于DC-LC3in-D5

在本研究中，该团队利用基于结构的药物设计策略和分子杂交手段，开发了截至目前为止活性最强的靶向LC3A/B的小分子共价抑制剂LC3in-C42。该化合物可作为一个优秀的化学探针用于探究LC3相关的自噬功能与机制研究，同时也为自噬相关疾病提供了一个潜在的先导化合物。

相关研究成果发表在药物化学领域经典期刊Journal of Medicinal Chemistry 上。复旦大学与中科院上海药物研究所/中科中山药物创新研究院联合培养博士生周振飞、上海药物研究所博士生黄思琦、中科中山药创院助理研究员范仕杰为该论文共同第一作者，复旦大学付伟教授、上海药物研究所陈凯先院士、罗成研究员为该论文的共同通讯作者。

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Zhenfei Zhou, Siqi Huang, Shijie Fan, Xueyuan Li, Chengyu Wang, Wanlin Yu, Daohai Du, Yuanyuan Zhang, Kaixian Chen*, Wei Fu*, and Cheng Luo*

J. Med. Chem. 2024, 67, 14, 12184–12204

Publication Date: July 15, 2024

https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.4c00898 

© 2024 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）