STTT | 一种新型的自噬诱导剂 Microcolin H 通过靶向磷脂酰基醇转运蛋白发挥强大的抗肿瘤活性

本文转自《生命科学修道院》公众号

在全球范围内，癌症是导致死亡的主要原因，也是几十年来提高预期寿命的最大障碍之一。仅在2020年，就有惊人的1930万例新发癌症病例报告，导致近1000万人死亡。纵观历史，天然产物已成为治疗各种人类疾病的药物开发的宝贵资源，其中特别关注抗癌化疗药物。它们的贡献是巨大的，在与癌症的斗争中继续具有巨大的希望。微胶蛋白（microcolins）和大肌藻胺 D（majusculamide D）是从海洋蓝细菌 Moorea producens（以前为大肌藻 Lyngbya majuscula）中分离得到的一系列具有相似结构的化合物。自1988年以来，microcolin A-D 和 majusculamide D 被分离出来，随后的生物学研究表明，这些化合物在体外对不同类型的人类癌细胞表现出广泛的抗肿瘤活性。2019年，共分离到9株新型 microcolin E-M，并显示出对肺癌细胞的显著细胞毒活性因此，以往的研究提示了 microcolins 在探索抗癌策略方面的潜在可能性。

自噬（autophagy）是一种基本的生理过程，在维持细胞稳态中起着至关重要的作用。它涉及细胞成分的降解和再循环，如蛋白质和受损的细胞器，通过一个自我消化的过程。这一过程在所有真核细胞中都是保守的，并作为新细胞生成的重要机制。自噬通过回收细胞内成分和代谢物，清除蛋白质聚集体，缺陷的细胞器和细胞内病原体参与细胞代谢和能量控制的调节，并与细胞保护和细胞死亡密切相关。多种应激状态可上调自噬流，如营养剥夺、代谢、氧化、病原体、DNA 损伤和蛋白毒性线索。自噬在多种代谢性疾病的发生发展中起着至关重要的作用。这一高度动态的过程与免疫、神经退行性疾病、心脏病，尤其是癌症的调节存在内在联系。在肿瘤中，许多研究表明自噬在肿瘤发生的不同阶段具有双重功能：在肿瘤进展过程中，自噬激活可促进肿瘤细胞存活（保护性自噬）或在肿瘤发生的初始阶段促进肿瘤细胞死亡（细胞毒性/非保护性自噬）。毫无疑问，细胞毒性自噬在抗癌研究领域具有巨大潜力。大量证据支持增强自噬可以作为预防癌症发展的措施，特别是在癌前病变中。几种已批准的药物、实验性药物和天然化合物（如二甲双胍、姜黄素、槲皮素和吉西他滨）可在不同类型的癌症中诱导自噬。其他自噬诱导剂（如 obatoclax、维生素 D 类似物和雷帕霉素）与放疗和化疗联用时增加癌细胞死亡。因此，激活自噬可能是一种有效的策略，迫切需要开发新的、更有效的自噬诱导剂用于肿瘤治疗。

磷脂酰肌醇转移蛋白（Phosphatidylinositol transfer protein, PITP）是一种广泛存在于真核生物中的可溶性蛋白。哺乳动物 PITPα 和 β 结合并将磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰胆碱（PC）从内质网（ER）转移到各种细胞膜。越来越多的证据表明，PITPs 是多种疾病的潜在治疗靶点，如癌症、神经退行性疾病、杜氏肌营养不良、炎症和心血管疾病。

2023年11月15日，中国医学科学院多肽研究创新单元（兰州大学）王锐院士与牟凌云、张海龙副教授以共同通讯在国际期刊 Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=39.3）在线发表题为“Microcolin H，a novel autophagy inducer，exerts potent antitumour activity by targeting PITPα/β”的研究论文。该研究运用多学科交叉协同策略（天然产物化学合成—化学蛋白质组学靶点确认—抗肿瘤作用机制研究—活性评价），系统性研究发现海洋多肽分子 Microcolin H 通过直接作用于靶点蛋白 PITPα/β 诱导肿瘤细胞发生自噬而发挥强大的抗肿瘤活性。并在临床样本中证实 PITPα/β 的高表达与胃癌患者的不良预后密切相关，揭示 PITPα/β 作为胃癌诊疗的潜在新靶点。

该论文以海洋天然多肽 Microcolin H 为研究对象，为了深入探索其抗肿瘤活性和机制，首先以单次大于 200 mg 的产量实现了 Microcolin H 分子的全合成，有效解决了该类天然产物的物质来源问题。其次，在细胞层面研究发现 Microcolin H 对于胃癌，肺癌，胰腺癌，肝癌等多种肿瘤细胞具有纳摩尔级的抑制活性。进一步地，通过运用化学蛋白质组学技术发现 Microcolin H 的直接作用靶点为磷脂酰肌醇转运蛋白 α/β（PITPα/β）。并利用蛋白热稳定性实验、分子动力学模拟，以及在胃癌细胞内敲除 PITPα/ PITPβ 导致 Microcolin H 响应丢失等手段，确认了 PITPα/β 是 Microcolin H 发挥抗肿瘤活性的直接作用靶点。

自噬是一种细胞自我降解的代谢过程，通过诱导细胞自噬，肿瘤细胞内的异常蛋白质和细胞器得以清除，阻断肿瘤的生存和扩散，为肿瘤治疗提供新的策略和途径。该研究发现，Microcolin H 能够显著诱导肿瘤细胞内 LC3Ⅰ 向 LC3Ⅱ 的转化, 增加 GFP-RFP-HeLa 细胞中自噬小体的形成与累积。敲除 PITPα/ PITPβ 会导致自噬表型出现并失去对 Microcolin H 处理的响应，明确了 Microcolin H  诱导肿瘤细胞发生自噬而死亡。最后，动物模型中 Microcolin H 也展现了良好的抗肿瘤活性， 10 mg/kg 治疗组的肿瘤抑制率达到 74.2%，并未发现明显的毒副作用。同时，自噬抑制剂 HCQ 显著减弱了 Microcolin H 在体内的抗肿瘤作用，进一步证明 Microcolin H 通过诱导自噬发挥抗肿瘤活性。

图1. 多肽 Microcolin H 作用于 PITPα/β 诱导细胞自噬发挥抗肿瘤活性

该论文插图由格索普生物制图团队创作

该工作得到了中国医学科学院多肽创新单元（IRT_15R27）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2019-I2M-5-074, 2021-I2M-1-026, 2021-I2M-3-001, 2022-I2M-2-002）以及中央高校基本科研业务费（lzujbky-2023-11, lzujbky-2023-ct02, lzujbky-2023-it19）、国家自然科学基金（21807053）的资助。兰州大学基础医学院博士生杨瀚舸、张晓玮、王聪以及张海龙副教授为论文共同第一作者。兰州大学基础医学院易娟副教授，甘肃中医药大学靳晓杰副教授，中国医学科学院药物研究所胡宽研究员和博士生王坤对本论文做出重要贡献。另外，感谢北京大学王初教授在质谱鉴定方面给予的支持。

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