中南大學(xué)羅志勇、劉蘇友研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)物多殺菌素A及衍生物為ASS1激活劑和腫瘤抑制劑 日期：2021-04-19
4月16日，Nature Communications雜志在線以O(shè)riginal Article發(fā)表了中南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院羅志勇教授和中南大學(xué)湘雅藥學(xué)院劉蘇友副教授研究團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)抗腫瘤新藥發(fā)現(xiàn)成果——“Naturally-occurring spinosyn A and its derivatives function as argininosuccinate synthase activator and tumor inhibitor”。該研究成果歷經(jīng)七年，首次發(fā)現(xiàn)多殺菌素A(spinosyn A, SPA)及其衍生物L(fēng)M-2I靶向激活腫瘤低表達(dá)抑癌蛋白ASS1活性，降低天冬氨酸，抑制嘧啶從頭合成，進(jìn)而抑制腫瘤的增殖。
當(dāng)前全球抗癌藥物研發(fā)的主要策略是基于促癌蛋白的抑制劑設(shè)計(jì)與發(fā)現(xiàn)，而對(duì)抗腫瘤生長(zhǎng)的抑癌蛋白激活劑的發(fā)現(xiàn)少有報(bào)道。因此尋找和發(fā)現(xiàn)通過(guò)增強(qiáng)抑癌蛋白功能的激活劑是臨床抗腫瘤新藥發(fā)現(xiàn)的新策略與重大需求，也是當(dāng)前研究的難點(diǎn)。
精氨酸代琥珀酸合成酶（argininosuccinate synthase 1，ASS1）為尿素循環(huán)中精氨酸合成的限速酶。新近研究表明，ASS1在多數(shù)腫瘤中表達(dá)降低，表現(xiàn)為腫瘤抑制因子。ASS1低表達(dá)引起抑癌功能降低，與乳腺癌、黑色素瘤、肝細(xì)胞癌、前列腺癌等大多數(shù)腫瘤的發(fā)生及預(yù)后不良相關(guān)。迄今為止，尚無(wú)通過(guò)增強(qiáng)ASS1的抑癌功能有效發(fā)揮抗腫瘤作用的報(bào)道。
LM-2I作為抑癌蛋白ASS1激活劑和腫瘤抑制劑，具有活性高、水溶性好且對(duì)哺乳動(dòng)物毒性低等優(yōu)點(diǎn)，體內(nèi)、外抑瘤實(shí)驗(yàn)均顯示其優(yōu)良的抗腫瘤活性及安全性，系新結(jié)構(gòu)、新靶點(diǎn)及新機(jī)制的原創(chuàng)抗腫瘤新藥發(fā)現(xiàn)。該研究為ASS1低表達(dá)的腫瘤特別是缺乏治療靶點(diǎn)的三陰性乳腺癌提供了新的候選藥物和新的治療策略。該成果已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利（CN111632061A）及國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利（PCT/CN2021/073695）。
圖1. SPA和LM-2I靶向激活A(yù)SS1發(fā)揮抗腫瘤機(jī)制圖
多殺菌素是土壤刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）經(jīng)過(guò)有氧發(fā)酵所產(chǎn)生的胞內(nèi)次級(jí)代謝產(chǎn)物，屬于大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素，其主要活性成分為SPA和SPD，哺乳動(dòng)物的急、慢性毒性實(shí)驗(yàn)表明，多殺菌素對(duì)哺乳動(dòng)物的毒性低，且無(wú)致癌、致畸、致突變性或神經(jīng)毒性。該研究發(fā)現(xiàn)，SPA體內(nèi)、外能夠顯著抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，特別是惡性程度高、難治性的三陰性乳腺癌。
研究團(tuán)隊(duì)以SPA為先導(dǎo)化合物合成了一系列衍生物，篩選發(fā)現(xiàn)了水溶性好、活性更高的新衍生物L(fēng)M-2I。以此為基礎(chǔ)，合成了SPA的生物素探針，應(yīng)用pull-down、LC-MS/MS和蛋白質(zhì)定點(diǎn)突變等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)并鑒定了SPA及LM-2I直接靶向結(jié)合ASS1酶蛋白。其中，SPA和LM-2I中的C13-C14雙鍵和ASS1中的Cys97位點(diǎn)通過(guò)邁克爾加成反應(yīng)共價(jià)結(jié)合；通過(guò)ASS1基因敲低和過(guò)表達(dá)、裸鼠成瘤實(shí)驗(yàn)并結(jié)合腫瘤臨床樣本分析發(fā)現(xiàn)：ASS1是乳腺癌的腫瘤抑制因子，其低表達(dá)與預(yù)后差直接相關(guān)；ASS1酶促反應(yīng)活性、ASS1基因敲除和LC-MS/MS的嘧啶核苷酸類(lèi)代謝物檢測(cè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SPA和LM-2I可顯著提高乳腺癌細(xì)胞中ASS1的酶活性，特別對(duì)于ASS1低表達(dá)的腫瘤如三陰性乳腺癌具有更強(qiáng)的抑瘤活性，主要通過(guò)抑制嘧啶合成，進(jìn)而抑制了腫瘤細(xì)胞的增殖。
圖2. SPA及LM-2I的分子結(jié)構(gòu)和抗腫瘤效果評(píng)價(jià)
圖3. SPA及LM-2I作用靶點(diǎn)ASS1發(fā)現(xiàn)
圖4. SPA及LM-2I激活A(yù)SS1抑制嘧啶的從頭合成
中南大學(xué)羅志勇教授和劉蘇友副教授為該論文共同通訊作者，中南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)專(zhuān)業(yè)博士生鄒自征和胡息源為本文共同第一作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院夏立副教授及中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物所陳策實(shí)教授參與該研究。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22235-8
供稿：陳超 唐珂
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