【药学】于涵洋与管晓翔合作JACS：开发基于非天然核酸的PROTAC新技术，用于三阴性乳腺癌的治疗

2023-04-24 09:42:43, 于涵洋课题组

南京大学现代工学院于涵洋课题组与江苏省人民医院管晓翔课题组合作，设计合成了基于非天然核酸和天然核酸的二价PROTAC分子TEP，在细胞内靶向降解c-Myc/Max（图1）。TEP与CDK抑制剂联用时，在小鼠乳腺癌模型上展现了协同的抗肿瘤效果。这项工作近日在线发表在Journal of the American Chemical Society 上。李欣彤博士是文章的第一作者，于涵洋教授和管晓翔教授是文章的通讯作者。

图1. 二价PROTAC靶向降解c-Myc/Max。

乳腺癌是女性发病率第一和死亡率第二的恶性肿瘤。其中三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）侵袭性强、复发率高、临床预后差，而且缺少针对性靶点，治疗药物的选择十分有限。

c-Myc蛋白是TNBC潜在的治疗靶点。它是一种与癌症相关的转录因子，在超过50%的癌症中高表达。c-Myc与其关联因子X（Max）形成异源二聚体复合物，结合DNA增强子原件（E box），调控下游基因的表达。因此，靶向c-Myc可以为TNBC治疗提供新的策略。

但是，c-Myc表面缺少适合小分子结合的口袋，属于难以靶向的蛋白。作者的研究思路是：考虑到c-Myc本身是转录因子，适合作为核酸适体结合的靶标。若能开发结合c-Myc的核酸适体，结合PROTAC技术，可用于c-Myc蛋白的靶向降解和三阴性乳腺癌的治疗。

图2. TNA与DNA重复单元的化学结构。

作者选择了苏糖核酸（threose nucleic acid，TNA，图2）这种非天然核酸进行核酸适体的筛选，因为TNA能够抵抗核酸酶降解，具有优越的生物稳定性。作者首先筛选鉴定了靶向结合c-Myc/Max二聚体的TNA适体。值得一提的是，作者在初始筛选文库的序列设计中，包含了E-box DNA序列，如此筛选获得的TNA适体偶联E-box DNA，天然构成了结合靶标蛋白的二价亲和分子（图3）。

图3. 二价亲和性核酸分子的筛选过程。

正如预期的一样，使用如此设计的文库，筛选获得的二价亲和分子的亲和力强于单独的TNA适体和E-box DNA，K_d值分别是22、56和189 nM（图4）。

图4. 二价与单价分子的亲和力。

作者借鉴靶向蛋白降解嵌合体（PROTAC）技术，在二价亲和分子上进一步偶联泛素连接酶E3的配体泊马度胺（pomalidomide），构建了TNA适体-E box-pomalidomide（TEP，图5），希望用于细胞内靶向降解目标蛋白c-Myc。

图5. 基于二价亲和分子的PROTAC。

作者发现，TEP进入细胞后，诱导了c-Myc蛋白的降解。不含TNA适体的EP对照和随机DNA序列与泊马度胺的偶联物DP对照，都不能引起c-Myc蛋白的降解。TEP对 c-Myc蛋白的靶向降解，呈现浓度依赖性和时间依赖性（图6），而且依赖于蛋白酶体途径。

图6. TEP介导c-Myc蛋白的降解。

作者将TEP与另一种小分子抗癌药帕博西尼（palbociclib，乳腺癌临床治疗药物）联用，在细胞株上表现出了协同的抑制生长的作用（图7）。

图7. TEP与帕博西尼协同抗肿瘤。

最后，在三阴性乳腺癌模型小鼠上，作者将TEP与帕博西尼联用，二者协同增效，在小鼠体内抑制三阴性乳腺癌肿瘤的生长（图8）。

图8. TEP和帕博西尼联用，抑制小鼠肿瘤生长。

总之，这项工作开发了一种基于非天然核酸和天然核酸的二价PROTAC，可以在细胞内特异性降解癌症靶点蛋白c-Myc，在模型小鼠上有效抑制TNBC肿瘤的生长。这项工作为三阴性乳腺癌的化学生物学研究和临床治疗干预，提供了一种新的技术手段。

这一化学与医学交叉的工作得到了多方的支持。除了第一作者和两位通讯作者之外，张泽、高芳艳、马玉旋、魏东瀛、陆张伟博士、陈思琪、王梦琪、王月瑶副教授、徐坤博士、汪润添、徐锋、陈加余研究员、朱程君副教授、李喆教授对该工作亦有贡献。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

c-Myc-Targeting PROTAC Based on a TNA-DNA Bivalent Binder for Combination Therapy of Triple-Negative Breast Cancer

Xintong Li, Ze Zhang, Fangyan Gao, Yuxuan Ma, Dongying Wei, Zhangwei Lu, Siqi Chen, Mengqi Wang, Yueyao Wang, Kun Xu, Runtian Wang, Feng Xu, Jia-Yu Chen, Chengjun Zhu, Zhe Li, Hanyang Yu*, and Xiaoxiang Guan*

J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c02619

导师介绍

于涵洋

https://www.x-mol.com/university/faculty/22066