Nat Chem Bio同期两篇报道，组蛋白酰化修饰相关蛋白的药物研发新突破

景杰生物|报道

表观遗传调控是生命稳态维持的重要机制。越来越多证据表明，组蛋白修饰水平的失调以及识别的紊乱可能是一些人类疾病（如癌症）的重要发病原因之一，这也使得组蛋白修饰相关蛋白成为近年来表观遗传学药物研发的热门靶点之一。在所有组蛋白修饰中，组蛋白乙酰化（Kac）是最早发现也是被研究得最充分的修饰，和机体生理功能及病理表征密切相关。

10月29日，国际专业学术期刊Nature Chemical Biology同期发表了两篇针对组蛋白酰化修饰相关蛋白的药物研发研究进展，分别报道了：

（1）上海交通大学医学院细胞分化与凋亡教育部重点实验室陈国强与张健课题组合作报道首个具有功能性SIRT6变构激动剂——MDL-800，并证实了SIRT6激动剂可以通过阻断细胞周期抑制肝癌细胞增殖；

（2）香港大学化学系李祥课题组和清华大学医学院李元元博士等合作，首次报道一类靶向AF9和ENL YEATS结构域的高效、特异性抑制剂，并证明其中一个选择性靶向ENL YEATS的抑制剂具有细胞膜通透性并可以和（+）-JQ1协同作用降低白血病细胞中的相关致癌基因的表达。

一系列的研究为组蛋白修饰相关蛋白作为表观遗传学药物研发靶标的确认提供了证据，也为延缓衰老、抗炎、治疗糖脂代谢等疾病治疗提供新的思路。本文总结了两篇研究的重点内容，以飨读者。

1.SIRT6变构激动剂

SIRT6作为组蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylases，HDACs)家族中的一个成员，主要对组蛋白H3K9Ac和H3K56Ac进行去乙酰化，被认为是经典的“长寿蛋白”，一直是人类衰老、代谢及肥胖、糖尿病、炎症、肿瘤等病理过程研究的明星分子。

不同于大部分蛋白需要抑制剂，SIRT6作为组蛋白去乙酰化酶一直期待能有激动剂突破，为延缓衰老、治疗糖脂代谢类疾病及抗肿瘤研究提供新的路径。然而，目前尚未有可用于靶标功能研究和验证的SIRT6小分子激动剂报道。

10月29日，上海交通大学医学院细胞分化与凋亡教育部重点实验室陈国强与张健等课题组合作，在Nature Chemical Biology发表研究论文，报道首个具有功能性SIRT6变构激动剂——MDL-800，并证实了SIRT6激动剂可以通过阻断细胞周期抑制肝癌细胞增殖，为SIRT6作为新靶标的确认提供了证据，也为该靶标药物开发提供了优质的先导化合物基础。

研究者首先通过课题组发展的Allosite工具，发现SIRT6的一个潜在变构位点，继而利用虚拟筛选和荧光FPL方法获得两个可以微弱激活SIRT6的苗头化合物，经过系统的药物化学结构修饰获得先导化合物MDL-800。

Fig.1 Allosite工具

基于高效液相/质谱等方法的酶动力学揭示MDL-800是通过提高SIRT6对于底物亲和力及去乙酰化酶催化效率来发挥激动活性。MDL-800在HDAC家族的18个成员中对SIRT6具有很好的靶标选择性。他们利用结构生物学联合突变实验及大量生物物理方法，证实MDL-800作用于SIRT6上的一个全新变构位点(与Allosite结果吻合)，并进一步确证了MDL-800是通过变构方式激活SIRT6去乙酰化酶活性而不影响SIRT6去长链酰化和ADP核糖转移酶活性。

Fig.2 MDL-800作用于SIRT6上的一个全新变构位点

该研究也利用MDL-800对SIRT6在肿瘤中潜在的靶标作用进行了药理学验证。MDL-800可以在肝癌细胞内特异性激活SIRT6组蛋白去乙酰化活性，下调H3K9Ac和H3K56Ac，阻断细胞周期阻滞从而抑制肝癌细胞增殖。在肝癌移植瘤动物及其敲除模型， MDL-800具有良好的在体特异性抑制肿瘤生长的效果。

Fig.3 MDL-800具有良好的在体特异性抑制肿瘤生长的效果

SIRT6激动剂MDL-800的研究发现激活SIRT6去乙酰化酶活性可作为肝癌治疗的一种有效手段。MDL-800作为首个具有功能活性的SIRT6小分子激动剂，也可用于研究SIRT6去乙酰化酶活性在人体其他生理和病理过程中的广泛作用，为SIRT6在延缓衰老、抗炎、治疗糖脂代谢等疾病治疗提供新的思路。

2.YEATS结构域抑制剂

组蛋白翻译后修饰在一系列染色质活动中扮演着极为重要的角色，也是调控表观遗传学事件的重要机制之一。在细胞内，组蛋白翻译后修饰受到其“书写器”（“Writer”）和“擦除器”（“Eraser”）的严密调节，并且通过招募其“阅读器”（“Reader”）效应蛋白来控制染色质结构及相关基因表达，从而影响DNA复制、细胞分裂、分化和凋亡等关键的细胞进程。

在所有组蛋白修饰中，赖氨酸乙酰化（Kac）是最早发现也是被研究得最充分的修饰。许多靶向组蛋白乙酰化“阅读器”——溴域（Bromodomain）的抑制剂在前期实验和预临床研究也表现出了潜在的抗癌效果，其中一些甚至已经进入了临床实验阶段。

YEATS结构域是2014年由清华大学李海涛课题组和美国MD安德森癌症中心石晓冰实验室鉴定出的新型组蛋白乙酰化“阅读器”，近两年又被发现可以更强的亲和力识别组蛋白巴豆酰化（Kcr）并调控相关基因表达。人类基因组共编码4种含有YEATS结构域的蛋白，分别是ENL、AF9、YEATS2和GAS41，其中ENL和AF9的YEATS结构域具有很高的序列相似性。

2017年，包括石晓冰实验室、美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心Scott A. Armstrong实验室、洛克菲勒大学C. David Allis实验室以及哈佛大学James E. Bradner实验室在内的众多课题组在Nature杂志上背靠背发表文章，阐明了ENL的YEATS结构域通过识别组蛋白乙酰化，招募相关蛋白复合体上调致癌靶基因的表达，从而导致并维持急性白血病的分子机理，而与其序列高度相似的AF9却在此过程中并无重要作用。

值得注意的是，石晓冰等人的研究还证明在白血病细胞中敲除ENL可以和著名的溴域抑制剂（+）-JQ1起到协同作用，进一步抑制癌细胞增长并增加白血病小鼠的存活率。这揭示联合靶向ENL结构域和溴域可以为白血病的治疗提供新的方案，也使得ENL YEATS结构域成为新的潜在药物靶点，然而目前尚未有靶向YEATS结构域抑制剂的相关报道。

10月29日，香港大学化学系李祥课题组和清华大学医学院李元元博士等合作在Nature Chemical Biology杂志发表研究成果，首次报道了一类靶向AF9和ENL YEATS结构域的高效、特异性抑制剂，并证明其中一个选择性靶向ENL YEATS的抑制剂具有细胞膜通透性并可以和（+）-JQ1协同作用降低白血病细胞中的相关致癌基因的表达。

2016年，李海涛团队报道了AF9 YEATS结构域通过π-π-π堆积偏好性地识别组蛋白巴豆酰化的晶体结构。受此启发，研究者首先将AF9 YEATS结构域识别位点（H3K9cr）的巴豆酰基替换为其他具有更大共轭体系的基团，得到了一系列基于组蛋白H3（4-13）序列的十肽。作者利用自己开发的一种竞争性光交联实验方法对这些十肽进行检测，发现将巴豆酰基替换为2-呋喃甲酰基或5-