上海药物所等发现人线粒体ClpP选择性激动剂抗肺鳞癌
线粒体拥有独立的蛋白质翻译和降解系统。其中，人线粒体ClpP（HsClpP）是线粒体基质中高度保守的丝氨酸蛋白酶，参与维持线粒体内蛋白质稳态。近年来，随着对HsClpP生物学功能研究的深入，越来越多的证据表明HsClpP在多种肿瘤的发生发展中发挥着重要作用。肺鳞癌患者约占非小细胞肺癌患者人数的30%，目前肺鳞癌的靶向治疗效果差，免疫治疗策略的总体响应率较低，亟需新靶点新策略拓宽新药发现研究。
HsClpP激动剂是目前靶向ClpP抗肿瘤的重要途径。由于ClpP蛋白在人和细菌中高度保守，如何实现选择性激动HsClpP，而不影响人体共生菌ClpP功能，保证肺鳞癌治疗的安全性，是该研究方向的挑战之一。目前，已报道的HsClpP激动剂均无选择性或者缺乏选择性研究，酶学上有选择性的抑制剂（D9）没有细胞活性。因此，目前尚无HsClpP选择性激动抗肿瘤的报道。
中国科学院上海药物研究所杨财广课题组致力于关于ClpP蛋白酶的结构、作用机制及小分子激动剂等方面的研究，并取得了一系列进展。11月3日，杨财广课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，在线发表了题为Selective activator of human ClpP triggers cell cycle arrest to inhibit lung squamous cell carcinoma的研究论文，为设计HsClpP选择性激动剂提供新策略。
本研究利用高通量筛选发现，趋化因子受体CCR1拮抗剂BX471可以选择性激动HsClpP。结构优化之后获得一类具有柔性骨架的HsClpP激动剂。其中，化合物ZK53能够结合HsClpP并激动其酶学活性。HsClpP/ZK53的复合物晶体结构揭示了小分子的作用机制。与已报道的多数具有刚性骨架结构的HsClpP激动剂不同，ZK53不具有ONC201的多环并环结构，也没有ADEP4中复杂的环肽类骨架，而是以结构简单的柔性六元环为基础，支撑两部分“边臂”与HsClpP蛋白结合。在选择性上，ZK53不结合也不激动金黄色葡萄球菌SaClpP、大肠杆菌EcClpP和罗伊斯乳杆菌LrClpP，不影响肠道菌群的体外生长。研究通过序列比对与蛋白突变实验发现，选择性产生的原理是由于HsClpP中146位色氨酸与ZK53的3,5-二氟苯基产生了π-π堆积作用，稳定了ZK53与HsClpP的结合，而细菌蛋白中该位置为体积较小的氨基酸，削弱了这一作用，进而降低了ZK53与细菌ClpP的结合能力。ZK53的发现，为设计HsClpP选择性激动剂提供了新的机制和策略。
此外，该团队借助遗传学手段，通过体内外实验证明HsClpP功能的激活在肺鳞癌中具有抗肿瘤活性。ZK53通过靶向激动肺鳞癌细胞内的HsClpP，促进线粒体呼吸链复合物蛋白降解，进而影响线粒体膜电位、ROS水平、mtDNA拷贝数、氧化磷酸化和线粒体形态，最终干扰线粒体正常功能。ZK53抑制肺鳞癌细胞增殖，诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡。在动物水平上，ZK53抑制肺鳞癌细胞系裸鼠移植瘤和KrasLSL-G12D/+；Lkb1fl/fl（KL）自发肺鳞癌模型中肿瘤的增殖和发展。
该工作开发了具有新颖骨架结构的HsClpP选择性小分子激动剂，概念上验证了针对不同物种同源性较强的ClpP蛋白酶可以实现选择性激活，为ClpP选择性激动剂的设计提供了新方法。此外，开展通过激动HsClpP抑制肺鳞癌发生发展的抗肿瘤活性研究，为肺鳞癌的治疗提供了颇有前景的策略。
该研究由上海药物所和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心合作完成。复旦大学的科研人员参与研究。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的资助，并获得上海同步辐射光源和先导专项化合物资源库的支持。
