罗成团队在中科院上海药物所提出高效LC3A/B共价抑制剂的研究

细胞自噬（Autophagy）是维持细胞稳态的重要机制。通过降解细胞器、蛋白质、脂质、核酸等分子成分，自噬帮助细胞在营养缺乏情况下进行资源再利用。研究显示，自噬功能紊乱与神经退行性疾病、代谢紊乱、癌症、炎症等多种疾病密切相关。因此，自噬通路中的关键蛋白，特别是LC3家族蛋白，被视为治疗这些疾病的重要靶点。然而，由于LC3蛋白的相互作用界面缺乏明显的结合口袋，设计有效的LC3抑制剂成为药物开发中的一大难题。

为解决这一难题，中国科学院上海药物研究所的罗成研究员团队利用基于结构的药物设计方法，开发了一种高效的LC3A/B共价抑制剂LC3in-C42。该研究成果近期发表于著名期刊Journal of Medicinal Chemistry（J. Med. Chem. 2024, 67, 14, 12184–12204）。LC3in-C42通过优化共价弹头与非共价作用区，实现了对LC3蛋白的高效抑制，并在蛋白和细胞水平上展现了强大的自噬抑制能力。

LC3家族蛋白（包括LC3A、LC3B、LC3C）在自噬体形成中起着关键作用，负责自噬体膜的延伸和自噬底物的降解。但由于其相互作用界面平坦且缺乏可靶向的小分子结合口袋，现有的LC3小分子抑制剂在活性和选择性方面存在显著不足，限制了其在疾病治疗中的应用。

罗成团队利用共价抑制剂设计策略，成功设计了新型化合物LC3in-C42。该化合物基于先前开发的LC3抑制剂DC-LC3in-D5，通过对化合物的共价弹头和非共价结合部分进行优化，使其能更好地靶向LC3蛋白并抑制自噬。在研究中，团队详细探讨了LC3in-C42的结构-活性关系，并通过分子杂交策略结合吲哚和双氯代苯片段，设计出了高活性的LC3抑制剂。

共价抑制剂因其靶向性强、作用持久，在药物开发中备受关注。研究团队通过分析LC3复合物的晶体结构，对DC-LC3in类化合物进行了深入研究，并将其分解为共价弹头与非共价作用区两部分。在构效关系研究中，发现引入三级胺提升了共价弹头的活性，吲哚和双氯代苯的非共价结合部分显著增强了结合力。研究人员通过分子杂交整合了LC3in-C32与LC3in-C41的关键片段，最终合成了LC3in-C42。分子模拟显示：LC3in-C42通过与LC3的疏水口袋HP2的增强结合，实现了共价与非共价作用的平衡，显著提升了活性。

在体外实验中，AlphaScreen实验表明，LC3in-C42的IC50值仅为7.6 nM，远优于此前的DC-LC3in-D5（IC50值为51.68 nM）和LC3in-C32（IC50值为33.61 nM）。在细胞实验中，LC3in-C42也展现了卓越的自噬抑制能力。免疫荧光实验和自噬流实验验证，LC3in-C42在低浓度下即可有效抑制自噬体的形成，并阻止LC3-II的脂化过程。相比之下，LC3in-C42在5 μM的浓度下即可显著抑制自噬过程，而DC-LC3in-D5需要更高浓度（20 μM）才能达到相同效果。自噬流分析表明，LC3in-C42能有效阻止P62的降解，进一步证明了其在细胞自噬过程中的显著抑制作用。此外，在细胞内的热稳定性测试中，LC3in-C42能选择性地靶向LC3A/B蛋白，对GABARAP等其他LC3家族蛋白影响较小。这一发现显示，LC3in-C42不仅在活性上远超DC-LC3in-D5，在选择性方面也表现出更优异特性。

LC3in-C42作为一种新型共价抑制剂，不仅为研究LC3蛋白在自噬过程中的作用提供了重要工具，也为治疗与自噬相关的疾病，如神经退行性疾病、癌症等，提供了潜在药物开发路径。未来的研究将进一步优化LC3in-C42的药物性和体内稳定性，以确保其在临床应用中的安全性和有效性。通过结构药物设计开发的LC3A/B抑制剂LC3in-C42，展现了优异的活性和选择性，是研究自噬机制的重要工具，并为未来自噬相关疾病的治疗提供了新的药物候选。