最新研究成果 | 饒燏課題組在自然子刊《Leukemia》發(fā)表利用PROTAC技術(shù)降解多種突變型BTK蛋白克服臨床藥物依魯替尼耐藥的非霍奇金淋巴瘤
時(shí)間：2021-04-09 00:38:08學(xué)院：藥學(xué)院學(xué)校：清華大學(xué)
抗癌藥物耐藥無疑是相關(guān)患者最痛苦的事。全球銷售額排名前20的依魯替尼(Ibrutinib)是近年來治療淋巴瘤和慢性淋巴細(xì)胞性白血病的明星分子，即使是這樣療效顯著的靶向藥也難以避免耐藥的發(fā)生。2019年3月19日，清華大學(xué)藥學(xué)院饒燏課題組與北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院朱軍課題組，以及生科院劉萬里課題組合作在血液學(xué)國(guó)際著名期刊《白血病》（Leukemia）在線發(fā)表了最新研究成果《利用PROTAC技術(shù)降解多種突變型BTK蛋白克服ibrutinib耐藥的非霍奇金淋巴瘤的潛在治療方案》（Degradation of Bruton’s tyrosine kinase mutants by PROTACs for potential treatment of ibrutinib-resistant Non-Hodgkin lymphomas）。該論文通過構(gòu)建新型高溶解度的BTK蛋白高效降解劑，成功高效的降解多種臨床相關(guān)的突變型BTK蛋白，克服了臨床上非霍奇金淋巴瘤由于BTK蛋白突變引起的對(duì)臨床一線藥物ibrutinib的耐藥性。更為重要的是，新策略克服腫瘤耐藥的有效性得到了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。
?
Bruton's?tyrosine?kinase（BTK）屬于非受體型酪氨酸蛋白激酶，在B淋巴細(xì)胞信號(hào)通路（BCR）上游部分發(fā)揮著重要作用。作為Tec激酶家族的一員，BTK在B淋巴細(xì)胞分化和發(fā)育中起到關(guān)鍵作用。除了T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞，BTK只在造血細(xì)胞中有表達(dá)。在生物體中，BTK蛋白發(fā)揮了非常重要的生理功能。1952年美國(guó)兒科專家Ogdon Bruton發(fā)現(xiàn)如果在兒童體內(nèi)缺乏某種抗體，就會(huì)導(dǎo)致X-相關(guān)血中丙球蛋白貧乏癥（XLA），導(dǎo)致復(fù)發(fā)性的細(xì)菌感染和敗血癥。1993年，導(dǎo)致X-相關(guān)血中丙球蛋白貧乏癥的基因被最終確認(rèn)，在人體中，如果基因組中缺乏BTK基因，會(huì)導(dǎo)致B細(xì)胞數(shù)明顯下降，并且伴有血清丙種蛋白水平下降。
?
在活化的外周血B細(xì)胞樣（activated B-cell-like，ABC樣）彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）中，BTK在這類細(xì)胞的免疫逃逸中發(fā)揮著重要作用。BTK蛋白是首例在發(fā)現(xiàn)的在細(xì)胞凋亡方面具有雙功能條件作用的TEC家族激酶，在B淋巴細(xì)胞中能夠促進(jìn)自由基引發(fā)的細(xì)胞凋亡，但是卻能夠抑制Fas活化的細(xì)胞凋亡。在BCR的通路上，BTK蛋白是受酪氨酸蛋白激酶LYN和脾酪氨酸激酶SYK激活的，當(dāng)BTK蛋白活化后，即可激活下游蛋白PLC-γ2，然后促進(jìn)內(nèi)源性鈣離子、甘油二酯（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）的釋放，最終激活細(xì)胞核因子（NF-κB）的活化，從而抑制B淋巴細(xì)胞的凋亡，并且促進(jìn)癌癥的發(fā)生。
?
非霍奇金淋巴瘤（NHL）是B細(xì)胞惡性腫瘤的一種，僅美國(guó)每年新增病例6萬余人。彌散性大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）是NHL中最常見的一種，在美國(guó)和英國(guó)每年的發(fā)病率高達(dá)0.08%。套細(xì)胞淋巴瘤（MCL）作為NHL的一種，5年生存率小于50%。BTK共價(jià)抑制劑ibrutinib一直是治療多種非霍奇金淋巴瘤的一線用藥，包括套細(xì)胞淋巴瘤、慢性淋巴細(xì)胞白血病、華氏巨球蛋白血癥。2018年，ibrutinib的全球銷售額是44.5億美元，比2017年增長(zhǎng)39.4%。盡管如此，根據(jù)最新的臨床數(shù)據(jù)報(bào)道，針對(duì)ibrutinib已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的耐藥性。由于BTK蛋白481位半胱氨酸突變?yōu)榻z氨酸（C481S），使得ibrutinib的活性下降近500倍，臨床數(shù)據(jù)已經(jīng)證明這一突變是病人產(chǎn)生對(duì)ibrutinib耐藥的根本原因。并且證明，BTK蛋白481位其他突變也會(huì)引起ibrutinib失效。
?
饒燏課題組致力于探究細(xì)胞內(nèi)靶向蛋白質(zhì)降解技術(shù)（proteolysis-targeting chimeras，PROTAC），以及將PROTAC技術(shù)轉(zhuǎn)化為臨床相關(guān)的抗腫瘤活性分子，并于近年來取得了系列重要研究進(jìn)展：
2018年合作在《Cell Research》期刊率先報(bào)道了通過構(gòu)建新型BTK蛋白高效降解劑，克服了臨床上B細(xì)胞惡性腫瘤由于BTK蛋白突變引起的對(duì)臨床一線藥物Ibrutinib的耐藥性，新策略的靶向選擇性遠(yuǎn)優(yōu)于Ibrutinib，能夠避免Ibrutinib產(chǎn)生的嚴(yán)重副作用；
2018年合作在《ChemComm》報(bào)道了利用了不同的招募PARP1蛋白和E3連接酶的配體組合，實(shí)現(xiàn)了利用PROTAC技術(shù)靶向降解PARP1蛋白；
2019年合作在《Protein & Cell》期刊報(bào)道通過構(gòu)建新型HDAC6選擇性的高效降解劑，實(shí)現(xiàn)了在多種腫瘤細(xì)胞系中對(duì)HDAC6的高效降解，且該降解劑能夠降解EGFP融合蛋白，證明可以利用熒光手段在細(xì)胞層面實(shí)現(xiàn)蛋白降解過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；
2019年合作在《Cell Discovery》報(bào)道通過化學(xué)設(shè)計(jì)蛋白降解分子（PROTACs），快速可逆敲低動(dòng)物體內(nèi)蛋白（FKBP12），并首次成功實(shí)現(xiàn)恒河猴體內(nèi)蛋白全身快速敲降；
2019年合作在《Leukemia》報(bào)道通過構(gòu)建新型高溶解度的BTK蛋白高效降解劑，成功高效的降解多種臨床相關(guān)的突變型BTK蛋白，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中克服了臨床上非霍奇金淋巴瘤由于BTK蛋白突變引起的對(duì)臨床一線藥物ibrutinib的耐藥性。
饒燏課題組通過構(gòu)建全新骨架的PROTAC小分子，招募E3泛素化連接酶靶向降解BTK蛋白。新構(gòu)建的BTK蛋白降解劑可以在轉(zhuǎn)染的HeLa細(xì)胞中以小于50 nM的藥物濃度高效降解多種突變類型（C481S/T/A/G/W）的BTK蛋白。更為重要的是，新策略可以引起突變型DLBCL腫瘤內(nèi)BTK蛋白水平的降低，從而在體內(nèi)有效抑制腫瘤的生長(zhǎng)，克服腫瘤BTK激酶由于C481位點(diǎn)突變引起的對(duì)臨床一線藥物ibrutinib的耐藥性。除此之外，本研究還針對(duì)BTK蛋白下游信號(hào)進(jìn)行了探索，如PLC-γ2、p38及ERK1/2，明確了新型PROTAC分子作用于BTK蛋白后引起的細(xì)胞下游信號(hào)的改變，從機(jī)制層面上闡述了新策略發(fā)揮抗腫瘤效果的原因。
?
除治療DLBCL外，新型PROTAC小分子也可以有效抑制MCL（mino及Z138），其效果優(yōu)于目前臨床一線藥物ibrutinib。本研究的另一大亮點(diǎn)是將PROTAC策略與傳統(tǒng)小分子抑制劑聯(lián)用，如copanlisib、dasatinib等，大大提高了PROTAC策略的抗腫瘤效果。
該工作為基于PROTAC進(jìn)行抗耐藥非霍奇金淋巴瘤的藥物研發(fā)提供了重要信息，目前該團(tuán)隊(duì)研究人員在進(jìn)一步進(jìn)行此類新型化合物的開發(fā)工作，希望繼續(xù)提高其代謝穩(wěn)定性及抗腫瘤效果。
?
清華大學(xué)饒燏教授、朱軍教授和劉萬里教授為本論文共同通訊作者。饒燏課題組博士生孫永匯、北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院副研究員丁寧以及北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院研究員宋玉琴為本文并列第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及國(guó)家重大新藥創(chuàng)制項(xiàng)目的資助，同時(shí)也得到了北京自然科學(xué)基金的大力支持。
原文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41375-019-0440-x
?
Bruton's?tyrosine?kinase（BTK）屬于非受體型酪氨酸蛋白激酶，在B淋巴細(xì)胞信號(hào)通路（BCR）上游部分發(fā)揮著重要作用。作為Tec激酶家族的一員，BTK在B淋巴細(xì)胞分化和發(fā)育中起到關(guān)鍵作用。除了T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞，BTK只在造血細(xì)胞中有表達(dá)。在生物體中，BTK蛋白發(fā)揮了非常重要的生理功能。1952年美國(guó)兒科專家Ogdon Bruton發(fā)現(xiàn)如果在兒童體內(nèi)缺乏某種抗體，就會(huì)導(dǎo)致X-相關(guān)血中丙球蛋白貧乏癥（XLA），導(dǎo)致復(fù)發(fā)性的細(xì)菌感染和敗血癥。1993年，導(dǎo)致X-相關(guān)血中丙球蛋白貧乏癥的基因被最終確認(rèn)，在人體中，如果基因組中缺乏BTK基因，會(huì)導(dǎo)致B細(xì)胞數(shù)明顯下降，并且伴有血清丙種蛋白水平下降。
?
在活化的外周血B細(xì)胞樣（activated B-cell-like，ABC樣）彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）中，BTK在這類細(xì)胞的免疫逃逸中發(fā)揮著重要作用。BTK蛋白是首例在發(fā)現(xiàn)的在細(xì)胞凋亡方面具有雙功能條件作用的TEC家族激酶，在B淋巴細(xì)胞中能夠促進(jìn)自由基引發(fā)的細(xì)胞凋亡，但是卻能夠抑制Fas活化的細(xì)胞凋亡。在BCR的通路上，BTK蛋白是受酪氨酸蛋白激酶LYN和脾酪氨酸激酶SYK激活的，當(dāng)BTK蛋白活化后，即可激活下游蛋白PLC-γ2，然后促進(jìn)內(nèi)源性鈣離子、甘油二酯（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）的釋放，最終激活細(xì)胞核因子（NF-κB）的活化，從而抑制B淋巴細(xì)胞的凋亡，并且促進(jìn)癌癥的發(fā)生。
?
非霍奇金淋巴瘤（NHL）是B細(xì)胞惡性腫瘤的一種，僅美國(guó)每年新增病例6萬余人。彌散性大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）是NHL中最常見的一種，在美國(guó)和英國(guó)每年的發(fā)病率高達(dá)0.08%。套細(xì)胞淋巴瘤（MCL）作為NHL的一種，5年生存率小于50%。BTK共價(jià)抑制劑ibrutinib一直是治療多種非霍奇金淋巴瘤的一線用藥，包括套細(xì)胞淋巴瘤、慢性淋巴細(xì)胞白血病、華氏巨球蛋白血癥。2018年，ibrutinib的全球銷售額是44.5億美元，比2017年增長(zhǎng)39.4%。盡管如此，根據(jù)最新的臨床數(shù)據(jù)報(bào)道，針對(duì)ibrutinib已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的耐藥性。由于BTK蛋白481位半胱氨酸突變?yōu)榻z氨酸（C481S），使得ibrutinib的活性下降近500倍，臨床數(shù)據(jù)已經(jīng)證明這一突變是病人產(chǎn)生對(duì)ibrutinib耐藥的根本原因。并且證明，BTK蛋白481位其他突變也會(huì)引起ibrutinib失效。
?
饒燏課題組致力于探究細(xì)胞內(nèi)靶向蛋白質(zhì)降解技術(shù)（proteolysis-targeting chimeras，PROTAC），以及將PROTAC技術(shù)轉(zhuǎn)化為臨床相關(guān)的抗腫瘤活性分子，并于近年來取得了系列重要研究進(jìn)展：
2018年合作在《Cell Research》期刊率先報(bào)道了通過構(gòu)建新型BTK蛋白高效降解劑，克服了臨床上B細(xì)胞惡性腫瘤由于BTK蛋白突變引起的對(duì)臨床一線藥物Ibrutinib的耐藥性，新策略的靶向選擇性遠(yuǎn)優(yōu)于Ibrutinib，能夠避免Ibrutinib產(chǎn)生的嚴(yán)重副作用；
2018年合作在《ChemComm》報(bào)道了利用了不同的招募PARP1蛋白和E3連接酶的配體組合，實(shí)現(xiàn)了利用PROTAC技術(shù)靶向降解PARP1蛋白；
2019年合作在《Protein & Cell》期刊報(bào)道通過構(gòu)建新型HDAC6選擇性的高效降解劑，實(shí)現(xiàn)了在多種腫瘤細(xì)胞系中對(duì)HDAC6的高效降解，且該降解劑能夠降解EGFP融合蛋白，證明可以利用熒光手段在細(xì)胞層面實(shí)現(xiàn)蛋白降解過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；
2019年合作在《Cell Discovery》報(bào)道通過化學(xué)設(shè)計(jì)蛋白降解分子（PROTACs），快速可逆敲低動(dòng)物體內(nèi)蛋白（FKBP12），并首次成功實(shí)現(xiàn)恒河猴體內(nèi)蛋白全身快速敲降；
2019年合作在《Leukemia》報(bào)道通過構(gòu)建新型高溶解度的BTK蛋白高效降解劑，成功高效的降解多種臨床相關(guān)的突變型BTK蛋白，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中克服了臨床上非霍奇金淋巴瘤由于BTK蛋白突變引起的對(duì)臨床一線藥物ibrutinib的耐藥性。
饒燏課題組通過構(gòu)建全新骨架的PROTAC小分子，招募E3泛素化連接酶靶向降解BTK蛋白。新構(gòu)建的BTK蛋白降解劑可以在轉(zhuǎn)染的HeLa細(xì)胞中以小于50 nM的藥物濃度高效降解多種突變類型（C481S/T/A/G/W）的BTK蛋白。更為重要的是，新策略可以引起突變型DLBCL腫瘤內(nèi)BTK蛋白水平的降低，從而在體內(nèi)有效抑制腫瘤的生長(zhǎng)，克服腫瘤BTK激酶由于C481位點(diǎn)突變引起的對(duì)臨床一線藥物ibrutinib的耐藥性。除此之外，本研究還針對(duì)BTK蛋白下游信號(hào)進(jìn)行了探索，如PLC-γ2、p38及ERK1/2，明確了新型PROTAC分子作用于BTK蛋白后引起的細(xì)胞下游信號(hào)的改變，從機(jī)制層面上闡述了新策略發(fā)揮抗腫瘤效果的原因。
?
除治療DLBCL外，新型PROTAC小分子也可以有效抑制MCL（mino及Z138），其效果優(yōu)于目前臨床一線藥物ibrutinib。本研究的另一大亮點(diǎn)是將PROTAC策略與傳統(tǒng)小分子抑制劑聯(lián)用，如copanlisib、dasatinib等，大大提高了PROTAC策略的抗腫瘤效果。
該工作為基于PROTAC進(jìn)行抗耐藥非霍奇金淋巴瘤的藥物研發(fā)提供了重要信息，目前該團(tuán)隊(duì)研究人員在進(jìn)一步進(jìn)行此類新型化合物的開發(fā)工作，希望繼續(xù)提高其代謝穩(wěn)定性及抗腫瘤效果。
?
清華大學(xué)饒燏教授、朱軍教授和劉萬里教授為本論文共同通訊作者。饒燏課題組博士生孫永匯、北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院副研究員丁寧以及北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院研究員宋玉琴為本文并列第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及國(guó)家重大新藥創(chuàng)制項(xiàng)目的資助，同時(shí)也得到了北京自然科學(xué)基金的大力支持。
原文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41375-019-0440-x
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com