Pevonedistat

写在前面 今天推荐的是由浙江大学医学院等团队联合发表于 《Signal Transduction and Targeted Therapy》（IF：27.7，JCR Q1）的一篇综述文章（2024 年 4 月在线发表）。该研究系统阐明了蛋白质 neddylation（NEDD8 修饰）的生化机制，揭示其通过 E1-E2-E3 酶级联反应调控泛素连接酶 CRLs 激活及非 cullin 底物功能，在细胞稳态、信号转导等生理过程中发挥核心作用。研究证实，neddylation 通路异常激活与癌症、代谢疾病、神经退行性疾病等密切相关，同时总结了靶向 neddylation 关键节点的小分子抑制剂研发进展及临床应用前景，为多种疾病的新型靶向治疗提供了全面的分子框架和理论依据。 研究背景 蛋白质翻译后修饰是维持细胞稳态的核心机制，其中 neddylation 作为类泛素修饰的重要成员，通过 NEDD8 蛋白与底物共价结合，调控蛋白质稳定性、活性及亚细胞定位。Neddylation 由 E1（NAE）、E2（UBE2M/UBE2F）、E3（RBX1/2 等）酶级联催化，底物涵盖 cullin 家族和非 cullin 蛋白，前者激活 CRLs 介导的蛋白质降解，后者直接调控多种信号通路。 近年来研究发现，neddylation 通路异常在人类多种疾病中普遍存在，尤其在癌症中呈现高激活状态，与患者不良预后相关。然而，neddylation 在生理过程中的系统调控网络、疾病发生中的具体机制，以及靶向抑制剂的临床转化仍需系统梳理，亟待通过综述整合现有研究，为后续基础研究和药物研发提供方向。 摘要部分 蛋白质 neddylation 是由 NEDD8（类泛素蛋白）介导的翻译后修饰，通过 E1（NAE）、E2（UBE2M/UBE2F）、E3（RBX1/2 等）酶级联反应，将 NEDD8 共价连接到底物蛋白的赖氨酸残基上。其底物分为 cullin 家族和非 cullin 蛋白，cullin 修饰激活 CRLs（最大泛素连接酶家族），非 cullin 修饰则调控底物稳定性、活性及定位。Neddylation 通过调控细胞周期、代谢、DNA 损伤修复、免疫反应等关键生理过程，维持细胞稳态；而通路异常激活或失调与癌症、代谢疾病、神经退行性疾病等密切相关。 靶向 neddylation 已成为极具潜力的治疗策略，目前已开发出 E1 抑制剂（如 MLN4924）、E2-E3 相互作用抑制剂等小分子药物，其中 MLN4924 已进入多项临床 trials，用于治疗骨髓增生异常综合征等疾病。未来需聚焦药物选择性优化、脱靶效应控制及个体化治疗方案构建，推动 neddylation 靶向疗法从基础研究走向临床应用。本综述系统梳理了 neddylation 的生化机制、生理功能、疾病关联及治疗潜力，为相关领域研究提供了全面参考。 研究内容 1. Neddylation 的生化过程与调控机制 Neddylation 是三步酶促反应过程：NEDD8 先由 E1 酶（NAE，由 UBA3 和 NAE1 组成）激活，再转移至 E2 酶（UBE2M/UBE2F），最后在 E3 酶（如 RBX1/2、MDM2 等）催化下结合底物。与泛素化不同，neddylation 以单修饰为主，也可形成 K6、K11 等位点连接的多聚链，且底物修饰后并非必然降解，而是通过构象变化调控功能。 去 neddylation 由去修饰酶介导，其中 CSN 复合物是主要去修饰酶，特异性去除 cullin 蛋白上的 NEDD8；DEN1/NEDP1 则主要作用于非 cullin 底物，避免异常多聚化。此外，DCN1 家族蛋白可作为共 E3 酶，增强 E2 与 cullin 的相互作用，提升 neddylation 效率；而细菌感染可通过 Cif 蛋白修饰 NEDD8，阻断通路激活。 图 1 .Neddylation 通路示意图 图 2 .Neddylation 研究时间线 研究结论：neddylation 通过高度有序的酶级联反应调控底物功能，去修饰酶与调控蛋白共同维持通路平衡，其独特的生化特征为靶向干预提供了特异性靶点。 2. Neddylation 在健康中的生理功能 Neddylation 广泛参与多种生理过程，通过信号转导与表观调控激活 NF-κB、HIF-1α 等通路，调控炎症反应和缺氧适应，同时修饰 HDACs、DNMT3b 等影响组蛋白修饰和 DNA 甲基化；在应激反应中，DNA 损伤时修饰 p53、DNA-PKcs 等调控损伤修复或凋亡，核仁应激时修饰核糖体蛋白 L11/RPS14 激活 p53 通路；在发育与稳态中，胚胎发育阶段调控心脏、大脑等器官形成，成体中维持心肌代谢转换、突触稳定性及认知功能；在免疫系统中，调控中性粒细胞、巨噬细胞、T 细胞等免疫细胞的增殖和功能，参与抗病毒先天免疫和适应性免疫反应；在干细胞维持中，激活 CRLs 降解 c-MYC、SOX2 等干细胞因子，调控胚胎干细胞和肿瘤干细胞的自我更新与分化。 图 3. Neddylation 酶与 cullin 底物的晶体结构 图 4. Neddylation 调控的核心生理过程 研究结论：neddylation 通过多维度调控细胞生理活动，从胚胎发育到成体稳态均发挥不可替代的作用，其精准调控是机体健康的重要保障。 3. 疾病中的异常 Neddylation Neddylation 通路失调与多种人类疾病密切相关，在癌症中，肺癌、乳腺癌、结直肠癌等多种肿瘤中 NEDD8、NAE1、UBE2M 等通路组分高表达，通过激活 CRLs 降解肿瘤抑制因子、促进代谢重编程和血管生成加速肿瘤进展，且高表达水平与患者不良预后相关；在代谢疾病中，肥胖和 2 型糖尿病患者中 NEDD8、NAE1 和 neddylated cullins 水平显著升高，neddylation 介导的 PPARγ 稳定对 adipogenesis 和脂肪积累至关重要，MLN4924 可有效抑制高脂饮食诱导的肥胖，UBE2M 通过促进 TRIM21 neddylation 加重肥胖相关炎症，MLN4924 还能通过抑制 CRL 介导的 IRS 降解改善 hepatic 胰岛素抵抗，抑制 HDAC6 neddylation 可保护血管内皮功能、减轻动脉粥样硬化；在慢性肝病中，乙肝病毒感染时 HBX 蛋白通过 neddylation 稳定自身促进病毒复制，肝纤维化中 NAE1 和 neddylated 蛋白水平升高，neddylation 激活 NF-κB 通路加重炎症和纤维化，NEDD8 knockdown 或 MLN4924 处理可抑制 HBV 复制，neddylation blockade 通过增加线粒体脂肪酸氧化延缓 NAFLD 进展，SRSF3 的 neddylation 降解则促进 NASH 和肝硬化进展；在神经退行性疾病中，阿尔茨海默病患者海马神经元中 NEDD8 胞质异常聚集，NAE1 通过 neddylate CUL1 激活 CRL1/SCF 调控 APP 加工，PS 的 neddylation 修饰影响 Aβ 产生，帕金森病中 PARKIN 和 PINK1 的 neddylation 修饰异常可能参与发病机制；在心脏疾病中，胚胎心脏中 neddylation 酶和 neddylated 蛋白高表达，出生后下调，Nae1 缺失导致心肌细胞增殖停滞和心室发育异常，CSN8 缺失则通过激活 RIPK1-RIPK3 通路诱导心肌细胞坏死，引发心肌病和心力衰竭；在免疫相关疾病中，neddylation 通过调控宿主限制因子的 neddylation 影响病毒感染，MLN4924 可恢复对 HIV 的限制，neddylation 还通过调控 CRL1/NFκB 信号调节促炎细胞因子产生，MLN4924 可通过 CRL2/HIF-1α 依赖机制增强肠上皮屏障功能，有望缓解炎症性肠病。 图 5. 异常 Neddylation 相关疾病 图 6.癌症中的异常 Neddylation 研究结论：neddylation 通路异常是多种疾病的共同驱动因素，其组分高表达或功能失调为疾病诊断和治疗提供了潜在生物标志物。 4. 靶向 Neddylation 的治疗策略与进展 针对 neddylation 通路的小分子抑制剂已成为疾病治疗的研究热点，NAE E1 抑制剂中，MLN4924（Pevonedistat）是首个进入临床的 NEDD8 激活酶抑制剂，通过结合 NAE 活性位点与 NEDD8 形成共价加合物阻断全通路 neddylation，诱导肿瘤细胞周期阻滞、凋亡、自噬和衰老，在多种癌症细胞系中显示有效抗癌活性，已开展多项 I/II 期临床试验，获 FDA 突破性疗法认定用于高危骨髓增生异常综合征治疗，TAS4464 作为高选择性 covalent NAE 抑制剂，在多种癌症模型中显示生长抑制作用，但因肝毒性终止 I 期临床试验，此外还有非共价 NAE 抑制剂和 NAE 激动剂处于研究阶段；靶向 E1-E2 相互作用的抑制剂中，HA-1141 直接结合 UBA3，阻断 CUL1-5 的 neddylation，同时诱导非经典内质网应激和 PKR 介导的整合应激反应，HA9104 选择性结合 UBE2F，阻断 CUL5 neddylation 导致 CRL5 底物 NOXA 积累，诱导肺癌细胞凋亡，Micafungin 通过占据 UBE2M 的催化半胱氨酸（Cys111）抑制 neddylation，抑制胃癌细胞存活和迁移；靶向 DCN1-UBE2M 的抑制剂中，NAcM-HIT 及其优化类似物 NAcM-OPT、pyrazolo-pyridones 类化合物（如 compound 40）、DI-591/DI-404、DI-1548/DI-1859、WS-291/WS-383、DC-2/DN-2、SK-464 等，通过破坏 DCN1-UBE2M 相互作用，选择性抑制特定 cullin 的 neddylation，部分抑制剂显示出保护肝脏、抗多发性硬化等潜在治疗价值；靶向 neddylation E3s 的抑制剂中，gossypol 通过直接结合 RBX1-CUL1 或 SAG-CUL5 复合物，阻断 CUL1 和 CUL5 的 neddylation，选择性积累 CRL1 底物 MCL1 和 CRL5 底物 NOXA，与 MCL1 抑制剂 S63845 联合使用可增强抗癌效果，C64 被鉴定为选择性结合 RBX1 与 CUL1-7 结合凹槽的化合物，但未证实其抑制活性。这些抑制剂可通过单药或联合化疗、放疗、免疫治疗等方式提升治疗效果，尤其在克服肿瘤耐药方面展现出显著潜力。 图 7.Neddylation 靶向小分子抑制剂 研究结论：neddylation 抑制剂通过多机制发挥疾病治疗作用，其中 E1 抑制剂临床进展最快，而选择性更高的 E2/E3 抑制剂为降低治疗毒性、提升疗效提供了新方向。 结果与讨论 本研究系统阐明了蛋白质 neddylation 的生化机制、生理功能及疾病关联，证实其通过酶级联反应调控 cullin 和非 cullin 底物，在细胞稳态维持中发挥核心作用，而通路异常激活是癌症、代谢疾病等的重要驱动因素，同时 Neddylation 靶向治疗展现出显著临床转化潜力，MLN4924 等抑制剂通过阻断通路可有效抑制肿瘤生长、改善代谢紊乱，且与放化疗、免疫治疗联合使用时协同增效，但目前仍面临核心挑战，E1 抑制剂易因阻断全通路导致脱靶效应，多数选择性抑制剂仍处于临床前阶段，疾病中 neddylation 失调的具体分子机制尚未完全明确，未来需聚焦优化药物选择性，开发肿瘤微环境靶向递送系统以降低全身毒性，结合基因组分型明确不同疾病的 neddylation 异常特征并设计个体化治疗方案，深入解析非 cullin 底物的生理功能及通路交叉调控网络以挖掘新的治疗靶点，本综述为 neddylation 相关研究提供了全面的分子框架，有望推动靶向疗法在多种疾病中的临床应用。 往期回顾 琥珀酰化专题|Nature Genetics（2024IF：30.800，JCR Q1）解读：PD-L1 琥珀酰化修饰调控黑色素瘤抗肿瘤免疫应答 琥珀酰化专题|《Explor Target Antitumor Ther》的（DOI：10.37349/etat.2023.00196）解读：琥珀酰化：调控细胞信号与疾病发生的关键机制 琥珀酰化专题|《Neural Regeneration Research》（DOI：10.4103/1673-5374.382229）解读：琥珀酰化修饰：脑卒中治疗的潜在靶向机制 琥珀酰化专题|《Frontiers in Neurology》（10.3389/fneur.2025.1678595）解读：赖赖氨酸琥珀酰化：神经退行性疾病的代谢 - 表观遗传核心 琥珀酰化专题|《Redox Biology》（2025年，88:103932）解读：赖氨酸琥珀酰化作为心血管疾病的代谢开关：机制见解与治疗前景 关于我们 安提海拉生物科技（厦门）有限公司成立于2015年4月。公司集研究、开发、销售生物产品为一体，是一家新兴的高新技术企业。公司依托现代科学技术，致力于提供分子生物学技术服务与相关产品，包括基因过表达与抑制（如多种病毒颗粒及Talen，crispr系统），超纯细胞因子、生长因子等蛋白产品以及其他分子生物学、细胞生物学服务。我们的目标是通过为科研院所及生物制药公司提供高品质的服务和产品，从而促进现代生物医学及制药行业的发展     长按识别二维码      关注微信公众号            关注视频号            全文链接：www.nature.com/sigtrans

青宇|张世珍|李志坚|梁婷|孙毅SunnyInnovation（杭州）生物制药有限公司，中国杭州310030摘要SAG（对凋亡敏感基因），也称为RBX2/ROC2/RNF7，最初被克隆为一个受氧化还原诱导的基因，编码一种富含半胱氨酸的抗氧化蛋白。后来研究发现，SAG属于RBX家族的第二个成员，具有RING结构域，对于E3连接酶在泛素化和neddylation过程中的活性至关重要。过去26年的研究数据显示，SAG在多种人类癌组织中过度表达，且与患者生存率较低呈正相关。功能研究表明，SAG对癌细胞生长以及由癌基因激活和肿瘤抑制因子失活引起的肿瘤发生过程至关重要。从机制上讲，SAG作为CRL5和CRL1的催化亚基，主要参与肿瘤抑制因子的泛素化及降解；当SAG被敲低或敲除时，这些肿瘤抑制因子会积累，从而抑制癌细胞的生长和存活，延缓肿瘤进展。因此，SAG E3正成为一种有吸引力的抗癌靶点，目前正在进行小分子抑制剂和PROTAC降解剂的药物发现研究。本文全面回顾了SAG的相关研究，涵盖了其分子克隆、生化特性、生物学功能、作为抗癌靶点的验证，以及针对SAG的药物发现进展。同时，也对SAG相关neddylation-CRLs的研究现状和未来方向提出了展望。引言SAG（对凋亡敏感基因）因其能被诱导凋亡的氧化还原剂激活并具有抗凋亡活性而被首次克隆[1]。后续研究证实，SAG也是一种E3泛素连接酶[2][3]。2013年，我们发表了关于SAG的综述[4]，总结了当时已知的其生化特性和生物学功能。在过去13年里，全球研究人员的共同努力下，SAG的研究取得了显著进展，包括确定了其与Cullin-5复合物的晶体结构[5]，进一步阐明了其在多种人类癌细胞生长和存活中的关键作用，并通过多种基因修饰小鼠模型证实了其在肿瘤发生中的促进作用，从而进一步验证了SAG E3作为抗癌靶点的潜力。本文简要回顾了SAG的早期发现历程和功能特性，重点介绍了过去13年的研究进展。基于早期研究发现p53受到氧化还原调控[6]，我们筛选了一组氧化还原化合物以激活p53，并鉴定出1,10-菲咯啉（OP）这种金属螯合剂作为强效的p53转录激活剂[7]。随后利用差异显示技术[8]，克隆了一个新的受氧化还原诱导的基因SAG（Sensitive to Apoptosis Gene），以及参与GSH合成的谷胱甘肽合成酶[9]，作为OP-p53诱导基因。SAG是一种高度保守的蛋白质[10][11]，分布于细胞质、细胞核以及最近发现的线粒体中[1][12]。在人类中，SAG位于3号染色体3q22–24区域[13]，在小鼠中位于9号染色体上[14]。SAG由113个氨基酸组成，含有12个半胱氨酸残基，这些半胱氨酸在氧化剂作用下会形成分子内和分子间的二硫键，从而清除活性氧（ROS）[1][10]（见图1A），在体外试管实验中抑制脂质过氧化[1]，在细胞培养条件下抑制ROS诱导的细胞凋亡[1][3][15]，以及在小鼠大脑[16]或大鼠心肌细胞[17]中的缺血-再灌注损伤[16]（更多细节见早期综述[4]）。后续研究发现，SAG具有C3CH4或C3H2C3的RING指结构域，该结构域与两个锌原子以交叉排列的方式结合，使其在与SCF/CRL1 E3连接酶的其他组分复合物时发挥催化作用[2][13]（详见图1B）。SAG的抗凋亡活性也依赖于其RING结构[15]。基于细胞培养的研究表明，SAG表达可促进细胞进入S期[18]，而反义转染敲低SAG则能抑制癌细胞生长[19]。自SAG作为抗氧化蛋白被克隆以来的26年里，其生化特性被确定为抗氧化蛋白和同时具有neddylation及泛素化功能的E3连接酶；生物学上，它被认定为促癌蛋白和有潜力的抗癌靶点。图2展示了SAG研究的重要里程碑事件（用红色框标出），表1列出了2013年后发表的部分重要研究（2013年之前的研究已包含在综述[4]中）。章节摘录SAG作为抗氧化蛋白早期研究通过体外和体内模型证实SAG具有抗氧化活性[4]。此后，有研究进一步证明SAG的抗氧化作用是其抗凋亡功能的基础。在前列腺癌PC3细胞中，敲低SAG会增加细胞内ROS水平，使细胞对多柔比星和紫杉醇的凋亡作用更敏感；而硫醇抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸可以逆转这两种效应[20]。SAG-CUL5 E3连接酶复合物的结构生物学机制Cullin-RING连接酶（CRLs）结构的研究扩展了我们对泛素转移机制的理解。虽然早期的CUL1-RBX1复合物晶体学研究确立了cullin支架作为刚性对接平台的模型[42]，但最近利用冷冻电子显微镜（cryo-EM）和氢-氘交换质谱（HDX-MS）的技术进展表明，SAG实际上处于一个高度动态的构象循环中。SAG的上游调控因子、相互作用蛋白及其下游底物SAG具有多种功能：单独作用时作为抗氧化蛋白，或作为cullin neddylation和泛素化的双重E3连接酶。其表达水平和活性受到上游调控因子和相互作用蛋白的精确调控，从而影响下游底物的降解，进而调节多种关键信号通路。图4和表2总结了SAG的这些相互作用蛋白。SAG的生理功能SAG是一种双重功能蛋白。作为抗氧化蛋白，它清除ROS以保护细胞免受氧化应激；更重要的是，作为CRL E3泛素连接酶的重要组成部分，它促进多种关键细胞底物的泛素化及随后的蛋白酶体降解，从而调控细胞周期进展、信号转导、应激反应和肿瘤发生等多种生物学过程[4][112]。SAG在多种人类癌症中的过度表达与患者生存率较低相关SAG已被证实是一种重要的促癌因子，在多种恶性肿瘤中经常发生失调，因此具有作为预后生物标志物和治疗靶点的巨大潜力[112]。临床研究一致显示，SAG在多种癌症中过度表达，包括乳腺癌[143]、结肠直肠癌[19][144]、子宫内膜/宫颈癌[145]、胃癌[104]、胶质母细胞瘤[146]、肾癌[147]、肝癌[148]、肺癌[149][150]、胰腺癌等。阻断neddylation途径的当前研究进展尽管针对SAG相关neddylation途径的抗癌研究备受关注（相关综述见[38][162]），但目前的临床开发仅限于两种neddylation E1的小分子抑制剂：MLN4924（pevonedistat）[158]和TAS4464[174]。这两种化合物均通过共价抑制NEDD8激活酶（NAE）来阻断整个neddylation级联反应[38]。（a）Neddylation E1抑制剂MLN4924（pevonedistat）是首个此类抑制剂。争议、未解决的问题及未来展望过去二十年里，对SAG的研究使其从一个单纯的抗凋亡蛋白转变为细胞稳态的核心调节因子，并成为临床研究中的新兴治疗靶点。它作为抗氧化剂和双重E3连接酶的复杂角色引发了诸多争议和未解决的问题。未来，几个关键研究领域有望深入揭示其机制。利益冲突声明无。致谢本研究部分得到了国家自然科学基金（资助编号U22A20317和92253203，资助对象为YS）和国家重点研发计划（资助编号2022YFC3401500和2021YFA1101000，资助对象为YS）的支持。利益冲突声明作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。