EEF2K

2024年8月29日，苏州大学叶娜和中南大学程岩团队在Journal of Medicinal Chemistry上在线发表了题为“Structure–Activity Relationship Studies of Substituted 2-Phenyl-1,2,4-triazine-3,5(2H,4H)-dione Analogues: Development of Potent eEF2K Degraders against Triple-Negative Breast Cancer”的文章。作者基于hits I4和C1的2-苯基-1,2,4-三嗪-3,5（2H，4H）-二酮骨架进行结构优化，通过SAR分析发现了化合物36可以显著抑制TNBC细胞系MDA-MB-231和HCC1806的存活率、增殖和迁移，对eEF2K蛋白具有高结合亲和力，并有效诱导其降解。此外，在MDA-MB-231细胞异种移植小鼠模型中，36具有与紫杉醇相当的肿瘤抑制作用，没有明显的毒性，表明化合物36可以开发为TNBC治疗的潜在新疗法。 三阴性乳腺癌（TNBC）是乳腺癌中最具侵袭性的亚型，复发可能性高，总体预后差，占已确诊乳腺癌的15-20%。化疗仍是目前TNBC标准治疗的主要手段，因TNBC异质性高，对激素疗法和针对ER、PR和HER2的靶向疗法反应较低。化疗耐药性的出现也给TNBC的治疗带来了挑战。因此，开发新的有效疗法作为治疗TNBC的有效选择迫在眉睫。 真核细胞伸长因子2激酶（eEF2K）是唯一依赖于Ca2+和钙调素的非典型α-激酶，也被称为Ca2+/钙调素依赖性蛋白激酶III（CAMKIII）。eEF2K在细胞应激和缺氧、营养耗竭等不利条件下被激活。这使它能够使其下游蛋白eEF2磷酸化，从而阻止核糖体转运并抑制蛋白质合成的延长步骤，最终维持能量平衡并适应微环境挑战。eEF2K活性异常与肿瘤发生、侵袭和转移的增强有关。eEF2K在不同类型的癌症中高度过表达，包括乳腺癌、胶质瘤、胰腺癌、脑癌和肺癌。在TNBC患者中也观察到了eEF2K的表达失调。药理抑制eEF2K可抑制肿瘤进展并提高癌症免疫疗法的疗效。因此，eEF2K是TNBC的一个新兴治疗靶点。 目前，针对eEF2K的调节剂报道较少，已报道的eEF2K抑制剂在体外表现出显著抑制eEF2K酶活性的作用，但它们对各种癌症细胞类型的抗增殖功效相对有限，因此阻碍了体内验证研究（图1A）。新型高效的eEF2K的抑制剂亟待开发。 图1. 已报道的eEF2K调节剂的结构 作者基于A-484954的吡啶并[2,3-d]嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮框架的骨架跳转设计策略，以及随后对初始hit I4的初步优化，发现了一种eEF2K单价降解剂C1（图1B）。I4较低的抗增殖效力和C1中存在的不稳定酯基限制了其进一步的临床转化。因此，在本文中，作者通过分子对接预测C1和I4与eEF2K蛋白的结合模式（图2A-B），设计并合成了四个系列的I4和C1衍生物（图2C），在其2-苯基-1,2,4-三嗪-3,5(2H,4H)-二酮支架上探索更多的化学空间，并在药物化学方面建立eEF2K降解剂的结构-活性关系（SARs），最终提高化学稳定性和抗癌疗效。 图2. C1和I4与eEF2K蛋白的结合模式及新型eEF2K降解剂的设计 SAR分析 表1. 系列I化合物的抗肿瘤活性 表2. 系列II化合物的抗肿瘤活性 表3. 系列III和IV化合物的抗肿瘤活性 在合成的一系列结构衍生物中，化合物36显示出最显著的MDA-MB-231细胞抑制活性，IC50 = 43.71 nM。SPR分析表明化合物36与eEF2K的结合力很强，且与浓度有关，KD值为330 nM。 化合物36对TNBC细胞具有强效抑制作用 通过CCK-8试验测试化合物19和36对其他六种乳腺癌细胞的抗癌活性。如图3A所示，与其他亚型乳腺癌细胞株相比，36对TNBC细胞株MDA-MB-231和HCC1806表现出更强的效力，在菌落形成试验中优于19（图3B）。36以剂量依赖的方式诱导MDA-MB-231和HCC1806细胞的显著凋亡（图3C）。Western印迹分析发现，PARP和Bax的裂解水平升高，PARP、Bcl-2和XIAP的水平降低（图3D），进一步证明36诱导了MDA-MB-231和HCC1806细胞的凋亡。 图3. 化合物36可抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡 化合物36能有效阻断上皮细胞向间质转化和细胞迁移 eEF2K是上皮细胞向间质转化（EMT）的介导因子，EMT是促进细胞迁移和侵袭的重要机制。通过Western印迹分析检测了化合物36对EMT标记的影响。如图4A所示，化合物36处理导致E-cadherin表达增加，N-cadherin和波形蛋白表达减少，阻止了TNBC细胞的EMT。通过细胞伤口愈合试验评估了化合物36对TNBC细胞迁移的影响。如图4B所示，化合物36能显著抑制细胞迁移。 图4. 化合物36抑制细胞迁移 化合物36通过泛素-蛋白酶体系统诱导eEF2K降解 作者检测了化合物36对eEF2K蛋白表达的影响，发现36能以剂量依赖的方式有效降低MDA-MB-231和HCC1806细胞中eEF2K蛋白水平（图5A）。化合物36在TNBC细胞中诱导的eEF2K下调效应与其对癌细胞的抑制作用呈正相关。细胞热转移试验表明，用36处理会增加eEF2K的热稳定性，这表明36与eEF2K蛋白结合（图5B），与之前的SPR结果一致。此外，根据36的分子对接结果，构建的携带eEF2K氨基酸突变（Phe8、Leu10、Cys146）的HEK-293T细胞，其中两个苯基环和核心与C1重叠良好（图6A-B）。同样，细胞热转移实验表明，Phe8、Leu10和Cys146氨基酸的突变损害了eEF2K蛋白在36存在下的热稳定性，表明eEF2K与化合物36之间的相互作用被破坏（图6C）。 图5. 化合物36能有效诱导eEF2K蛋白降解 图6. 化合物36能与eEF2K蛋白特异性结合 接着，作者进行了冲洗实验以评估36诱导eEF2K降解的持续时间。图5C显示，培养基冲掉后，eEF2K蛋白持续降解，48 h后由于蛋白的重新合成，eEF2K蛋白恢复，表明36可能是一种长效的eEF2K降解剂。为了验证用36处理的TNBC细胞中eEF2K的下调是否与eEF2K降解的调控有关，作者用MG132和MLN4924处理了细胞。如图5D所示，蛋白酶体抑制剂MG132和E1泛素激活酶抑制剂MLN4924能显著逆转36诱导的eEF2K表达下降，表明36能促进泛素-蛋白酶体途径介导的eEF2K降解。进一步探讨了36对蛋白质稳定性的影响，发现在36的处理下，eEF2K蛋白的周转率明显加快（图5E）。综上所述，36通过促进泛素-蛋白酶体途径介导的降解来下调eEF2K蛋白。 为了进一步证实36诱导的肿瘤抑制作用确实是通过靶向eEF2K实现的，作者通过shRNA转染建立了eEF2K稳定敲除（eEF2K-KD）的MDA-MB-231 细胞（图7A）。发现36对细胞存活的影响与敲除eEF2K对MDA-MB-231细胞的影响相当（图7B）。与对照细胞相比，稳定敲除eEF2K的MDA-MB-231细胞对36不敏感（图7C-D）。证实了36的抗肿瘤活性源于其促进eEF2K降解作用。 图7. 化合物36对TNBC细胞的抑制作用取决于eEF2K的降解 化合物36的药代动力学（PK）特性 当静脉注射和腹腔注射剂量为5mg/kg时，36的体内峰值浓度（Cmax值分别为549.3和194.3ng/mL）和暴露量（曲线下面积（AUC）值分别为860.6 和 287.5 h·ng/L）均可接受，半衰期分别为 5.9 和 2.1 h。然而，36的口服吸收可能较差，从而导致口服生物利用度不足（F = 1.5%，表 4），这主要归因于其低水溶性。现阶段通过腹膜内给药来确定其体内药效（F = 33.4%）。 表4 化合物36的PK特性 化合物36在体内具有强效的肿瘤抑制作用 化合物36以剂量依赖性的方式显示出有效的抗肿瘤活性，在5和10 mg/kg剂量时，肿瘤生长抑制率（TGI）分别为44.79%和59.26%（图8A-D）。此外，剂量为10 mg/kg的36在体内的抗癌活性（TGI ：59.26 vs 52.70%）与TNBC治疗中使用的标准化疗药物PTX相当。免疫组化分析表明，与对照相比，36治疗显著降低了Ki-67的表达（图8E）。此外，用36治疗的肿瘤中eEF2K的表达呈剂量依赖性下调（图8F）。 图8. 化合物36显著抑制体内肿瘤生长 体内毒性试验表明，在使用36的治疗过程中，小鼠体重没有减轻（图9A）。小鼠各器官的大小/重量或H&E染色检测均未显示出异常，这表明小鼠对5 mg/kg和 10 mg/kg的剂量均有耐受性，能有效抑制肿瘤生长（图9B-D）。进一步检测了一系列肝肾毒性血清生化指标，在异种移植模型中未观察到明显的药物相关毒性（图9E）。 图9. 化合物36在体内显示低毒性 总结 本文基于hits I4和C1的2-苯基-1,2,4-三嗪-3,5(2H,4H)-二酮骨架进行结构优化和SAR研究，发现化合物36对三种TNBC细胞系表现出最强的效力，其IC50值从43.7到585.3 nM。此外，化合物36能明显抑制MDA-MB-231和HCC1806细胞的迁移和凋亡，并与eEF2K蛋白有很高的结合亲和力，能有效地诱导其降解。此外，36在TNBC细胞异种移植小鼠模型中发挥了强大的肿瘤抑制作用，且无明显毒性，有希望成为TNBC治疗的潜在新型疗法。 原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.4c01484 药物筛选中心（暨南大学）对外提供新药筛选服务 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

2023年8月16日，清华大学医学院胡小玉团队与解放军总医院韩为东团队合作在《Journal of Experimental Medicine》（实验医学杂志）在线发表了题为 “IL-6 translation is a therapeutic target of human cytokine release syndrome”（IL-6翻译是人类细胞因子释放综合征的治疗靶点）的研究论文，首次揭示了IL-6蛋白质翻译可以作为炎症性疾病的治疗靶点。该研究结合基础研究和临床试验，发现了美托洛尔这一治疗心血管疾病的常见药物可以用于缓解由CAR T细胞疗法引发的细胞因子释放综合征，并阐释了其通过靶向IL-6蛋白质翻译来发挥抗炎效应的作用机制。近年来，CAR T细胞疗法在治疗血液系统的恶性肿瘤方面已经取得了非常显著的成效，但却往往伴随着以细胞因子释放综合征（Cytokine release syndrome，CRS）为主的严重副作用。CRS发生的标志之一是由免疫细胞的过度活化而引起的细胞因子水平激增，其中单核细胞和巨噬细胞被认为是CRS中关键性细胞因子IL-6的主要来源。现阶段针对CRS的治疗主要应用托珠单抗及皮质类固醇等抗炎药物，但这些治疗手段主要依托于既往临床上的经验性应用，并且CRS中单核细胞和巨噬细胞异常活化的分子机制还没有得到清楚的阐释。此外，目前常用的抗炎药物主要通过抑制促炎介质的转录或直接拮抗关键效应细胞因子的活性来抑制炎症，而翻译作为蛋白质产生的关键限速步骤，却很少被认为是炎症性疾病的潜在治疗靶点。该研究最初起源于一次偶然性的临床观察。在由韩为东教授主持开展的一项双靶点Tandem CD19/CD20 CAR T细胞治疗复发难治性B-NHL的临床试验中，研究团队观察到在一位由于室性早搏和窦性心动过速而服用β1肾上腺素受体阻断剂美托洛尔的大负荷肿瘤患者（0号患者）中，其由于CAR T细胞输注而升高的体温和血清IL-6水平在没有接受抗炎药物治疗的情况下，在美托洛尔干预之后出现了快速的回落。这一观察使得研究团队提出了猜想：美托洛尔这一心血管疾病的常用药物是否可以被用于治疗CAR T细胞疗法所引发的CRS？图1. 美托洛尔抑制CRS发生中IL-6蛋白质翻译为了验证美托洛尔在缓解CAR T引发的CRS中的作用并探索其潜在的作用机制，胡小玉教授团队利用全人源的实验材料建立了体外实验体系用以开展进一步的研究。研究团队发现美托洛尔对于CAR T细胞疗法引发的IL-6产生的抑制作用发生在蛋白质水平而不是既往被广泛研究的mRNA水平。通过核糖体图谱，研究团队对CRS发生中人原代单核细胞和巨噬细胞的翻译组进行了描绘，并结合一系列的体外实验，发现美托洛尔能够通过加强真核翻译延伸因子eEF2K-eEF2信号轴所介导的分子制动来抑制IL-6的翻译延伸效率，从而减少IL-6蛋白质的产生（图1）。图2. 美托洛尔在临床上缓解CAR T引发的CRS随后，胡小玉教授团队与韩为东教授团队合作，开启了一项研究者发起的临床试验，以此评估美托洛尔在治疗CAR T细胞疗法引发的CRS中的安全性和有效性。结合临床试验的结果与临床样本的单细胞测序，研究团队发现美托洛尔干预一方面在患者中有着良好的安全性，不损伤患者正常的心血管功能和CAR T细胞疗法的抗肿瘤效果，另一方面能够显著缓解CAR T引发的轻症CRS，通过降低CRS的临床等级减少了重症CRS的发生，并减少重症CRS治疗中抗体类与激素类药物的使用，也为联合治疗重症CRS提供了早期的提示性医学证据。与体外的机制研究一致，美托洛尔在临床上主要通过减少体内IL-6蛋白质的产生从而缓解IL-6相关的炎症反应。临床结果表明美托洛尔有望成为治疗CAR T细胞疗法引发的CRS的安全、有效的药物（图2）。目前美托洛尔用于治疗CAR T引发的CRS正在进一步的临床试验验证中，未经批准不得随意使用。图3. 美托洛尔通过抑制IL-6的翻译延伸缓解CAR T细胞疗法引发的CRS综上所述，这项综合基础研究与临床试验的临床转化型研究工作，发现并证明了美托洛尔作为一种广泛应用于心血管疾病的药物，可以通过抑制单核细胞和巨噬细胞中IL-6的蛋白质翻译延伸，来缓解CAR T细胞疗法引发的CRS。首次揭示了蛋白质翻译这一过程可以作为CRS的治疗靶点，并进一步阐明了美托洛尔抑制IL-6翻译延伸的分子机制。随后在机制研究基础之上，通过临床试验对美托洛尔治疗CAR T细胞疗法引发的CRS的安全性和有效性进行了评估（图3）。该研究首次开拓了靶向蛋白质翻译作为控制炎症性疾病的方法的可能性，并进行了成功的临床验证，为开发新的抗炎治疗方案提供了思路。原文链接：https://doi.org/10.1084/jem.20230577会议推荐会议详情会议名称：2023（第14届）细胞与基因治疗研讨会暨抗体工程与创新免疫治疗技术论坛主办单位：生物谷、梅斯医学、同济大学附属同济医院、南京可缘大会时间：9月22-23日大会地点：上海 大会规模：1500人2010年至今，生物谷联合各合作单位已经顺利召开了13届细胞与基因治疗研讨会，与全球致力于细胞治疗行业同仁们一同成长沉淀，在提供行业信息交流平台的同时，也为基础研究提供了技术/产品等产业化的孵化平台。基于此，本届会议将继续以转化医学为切入点，以基础研究与临床应用相结合，针对细胞治疗的临床前沿研究、临床监管、治疗规范、细胞治疗安全性，免疫细胞新型疗法、实体瘤治疗、干细胞与癌症、抗体药物、核酸药物、基因编辑、肿瘤免疫治疗等热门议题进行讨论，诚邀国内外产学研医专家共聚，共绘产业发展新蓝图！长按识别二维码立即报名参会

6月9日，清华大学饶燏教授团队在Signal Transduction and Targeted Therapy 杂志上发表了题为“PROTACs: great opportunities for academia and industry (an update from 2020 to 2021)”的综述文章，对2020-2021年发表的具有代表性的PROTAC进行了总结和回顾，展示了蛋白降解领域令人振奋的进展。综述全文64页，参考资料562个，内容丰实，以下摘编部分重要内容：图1 来源：Signal Transduction and Targeted TherapyPROTAC的发现要追溯到2001年。当时，加州理工学院的Raymond Deshaies博士与耶鲁大学的Craig Crews教授在一篇PNAS论文中描述：利用基于肽的Protac-1诱导了靶蛋白2型蛋氨酸氨肽酶（MetAP-2）的降解。近20年来，特别是2015年以来，PROTAC领域进入了快速发展期，到目前为止，已经发现了多种衍生自不同E3连接酶和蛋白质配体的PROTAC，它们可以降解各种类型的兴趣蛋白（靶蛋白）。图2 2001-2021年PROTAC相关研究。a）2001-2021年有关PROTAC的出版物；b）ARV-110和ARV-471的结构；c）比较2001-2019年和2001-2021年期间针对不同疾病的PROTAC靶点；d）可降解激酶的分类及百分比。（来源：Signal Transduction and Targeted Therapy）由于其独特的作用机制，PROTAC技术受到了业界的高度重视，并已被开发用于癌症、免疫相关疾病、病毒感染、神经退行性疾病等疾病的治疗，多款项目已经进入临床开发阶段。从靶点来看，根据2021年12月的最新统计，已被报告的ROTAC靶点已达到130多个(图2c)，2020-2021年报告的可降解靶点数量(约90个)已完全超过此前18年的总量，表明蛋白降解时代已经到来。在已报道的研究中，研究者更倾向于选择激酶作为蛋白降解的靶点。据不完全统计，约有54个激酶可被基于PROTAC的蛋白降解剂降解(图2d)。主要原因是大多数激酶都有已知且有效的抑制剂或配体，这些抑制剂或受体容易被修饰以与linker连接，并保持足够的的结合亲和力。此外，激酶有一个较深的结合袋，可以促进PROTAC的结合，从而诱导该激酶与E3连接酶相互作用，进而泛素化，最终降解该激酶。目前已被发现的激酶有518种，根据其结构和功能被分为9类，分别是酪氨酸激酶(RTKs)、TKL激酶(TKLs)、STE激酶(STE)、CAMK激酶(CAMKs)和AGC激酶(AGCs)、CMGC激酶组(CMGCs)、非典型蛋白激酶组(atypical protein kinase group, atypical)、CK1激酶组和其他组。根据人类激酶图谱的分类，该综述将能够被降解的激酶标记为“可降解激酶”（degradable kinases）“(图3)。在“可降解”激酶表中，根据激酶图谱的分类方法，只有CK1和CAMK激酶组未报道过相关PROTAC。RTKs和CMGCs激酶组被报道的可降解靶点最多，分别是19和14个，占可降解激酶总数一半以上(图2d)。图3 基于PROTAC的人类“可降解”激酶列表（点击图片查看大图；来源：Signal Transduction and Targeted Therapy）该综述的正文部分主要介绍了PROTAC靶向的69个癌症相关靶点、2个病毒相关靶点、5个免疫疾病相关靶点、6个神经退行性疾病相关靶点以及3个其他靶点，及靶向这些靶点的代表性PROTAC分子。一、PROTAC靶向的癌症相关靶点——MAPK/ERK signaling pathway-related proteins靶点1：AR代表性分子：靶点2：BRAF and BRAFV600E代表性分子：靶点3：eEF2K代表性分子：靶点4：EGFR代表性分子：靶点5：eIF4E代表性分子：靶点6：ER代表性分子：靶点7：FGFR1/2代表性分子：靶点8：IGF-1R and Src代表性分子：靶点9：KRASG12C代表性分子：靶点10：MEK代表性分子：靶点11：Myc代表性分子：靶点12：p38代表性分子：靶点13：PDEδ代表性分子：靶点14：SHP2代表性分子：——PI3K/Akt signaling pathway-related proteins靶点15：AKT代表性分子：靶点16：ALK代表性分子：靶点17：BCL-XL代表性分子：靶点18：BCR-ABL代表性分子：靶点19：FAK代表性分子：靶点20：MDM2代表性分子：——JAK/STAT signaling pathway-related proteins靶点21：FLT3代表性分子：靶点22：JAK代表性分子：靶点23：STAT3代表性分子：——Wnt/β-catenin signaling pathway-related proteins靶点24：β-Catenin代表性分子：靶点25：FOXM1代表性分子：——GPCR-related proteins靶点26：α1A-AR代表性分子：——Epigenetics-related proteins靶点27：BRD代表性分子：靶点28：CBP and p300代表性分子：靶点29：ENL代表性分子：靶点30：HDAC代表性分子：靶点31：KDM5C代表性分子：靶点32：NAMPT代表性分子：靶点33：NSD3代表性分子：靶点34：PRC2 (EZH2, EED)代表性分子：靶点35：PRMT5代表性分子：靶点36：SIRT2代表性分子：靶点37：WDR5代表性分子：——Cell cycle-related protein靶点38：Aurora A代表性分子：靶点39：Cdc20代表性分子：靶点40：CDK2代表性分子：靶点41：CDK2/5代表性分子：靶点42：CDK2/4/6代表性分子：靶点43：CDK9代表性分子：靶点44：CDK12代表性分子：靶点45：Wee1代表性分子：——UPS-related protein靶点46：CRBN代表性分子：靶点47：hRpn13Pru代表性分子：靶点48：VHL代表性分子：靶点49：ZFP91代表性分子：——Other proteins靶点50：BTK代表性分子：靶点51：CCR9代表性分子：靶点52：CD147代表性分子：靶点53：CRABP代表性分子：靶点54：HSP90代表性分子：靶点55：IDO1代表性分子：靶点56：LXR-β代表性分子：靶点57：MIF代表性分子：靶点58：PARP1代表性分子：靶点59：PARP14代表性分子：靶点60：PD-L1代表性分子：靶点61：PLK1代表性分子：靶点62：RAR代表性分子：靶点63：RHAU代表性分子：靶点64：RIPK2代表性分子：靶点65：SF3B1代表性分子：靶点66：SLC代表性分子：靶点67：SMARCA2/4代表性分子：靶点68：SRC-1代表性分子：靶点69：Tyrosinase代表性分子：二、PROTAC靶向的病毒相关靶点靶点70：PGES-2代表性分子：靶点71：HCV NS3/4A protease代表性分子：三、PROTAC靶向的免疫疾病相关靶点靶点72：HDAC3代表性分子：靶点73：H-PGDS代表性分子：靶点74：IRAK1代表性分子：靶点75：IRAK3代表性分子：靶点76：IRAK4代表性分子：四、PROTAC靶向的神经退行性疾病相关靶点靶点77-82：GSK-3β（236）、LRRK2（237）、α-Synuclein（238、239）、Tau（240）、TRKA（241、242）、TRKC（243）代表性分子：五、PROTAC靶向的其他靶点靶点83-85：Cas protein（244）、HMGCR（245、246）、VEGFR2（247、248）代表性分子：六、小结综述在结论部分讨论了PROTAC目前面临的两个主要挑战：1）在分子设计和成药性优化方面的挑战涉及①传统上被认为不可成药的靶蛋白缺乏有效的小分子配体、②可用于PROTAC设计的E3连接酶仍然很少、③需要开发更好的linker、④PROTAC分子量较大、⑤PROTAC分子通常具有“钩状效应”等；2）生物活性评价方面的挑战包括①PROTAC分子现有的筛选方法效率低、成本高；②传统的方法无法准确地评价PROTAC的PK和PD性能；③如何更好地理解PROTAC分子的降解活性、选择性、可能的脱靶效应和药理作用。虽然这些问题中很多现在还没有答案，但是相信在全球学术界和产业界的共同努力下，未来定会有越来越多的PROTAC分子进入临床，为癌症等多种疾病患者带来真正的治疗益处。公众号后台回复“20220610“获取该综述PDF链接。