DUSP1-protac(CCHMC)

受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 1 (RIPK1，Receptor - interacting serine/ threonine- protein kinase 1) 作为协调细胞存活、炎症和免疫原性细胞死亡 (ICD，immunogenic cell death) 的关键应激哨兵发挥作用。尽管 RIPK1 的催化功能是触发细胞死亡所必需的，但其非催化支架功能可介导强的促生存信号传导。因此，癌细胞可以劫持 RIPK1 以阻止坏死性凋亡并逃避免疫检测。这里，开发了一种小分子蛋白水解靶向嵌合体 (PROTAC)，它可以选择性降解 RIPK1。PROTAC 介导的 RIPK1 耗竭会解除 TNFR1 和 TLR3/4 信号中枢的调节，从而增强 NF-κB、 MAPK和 IFN 信号传导。此外，RIPK1 降解同时促进 RIPK3 激活和坏死性凋亡诱导。RIPK1 降解通过使癌细胞对治疗诱导的 TNF 和干扰素敏感，增强了放射治疗和免疫治疗的免疫刺激作用。文章近期发表在《Immunity》杂志。 1. 背景介绍 细胞死亡和炎症是对抗感染和驱动抗肿瘤反应的先天免疫反应密切相关的部分。虽然感知危险的能力对于任何生物体维持组织功能都是不可或缺的，但不受控制或过度的炎症反应会损害组织并导致慢性炎症性疾病的发病，包括牛皮癣、神经退行性疾病、炎症性肠病和哮喘。 此外，肿瘤细胞经常通过抑制先天免疫反应来逃避免疫检测和消除。 细胞死亡不仅仅是一个终点；它促进垂死细胞与周围组织微环境之间的信息交换。重要的是，它会向受干扰的部位发出警报并招募免疫细胞。RIPK1是一种关键的应激哨兵，可以正向和负向调节细胞死亡、先天免疫和炎症。 RIPK1 位于许多细胞因子受体和模式识别受体 (PRR) 的下游，在确定促生存NF-κB 信号传导与细胞死亡之间的结果方面发挥着至关重要的作用。尽管 RIPK1 的催化功能是触发细胞死亡所必需的，但其非催化支架功能对于调节促炎症和促生存信号转导至关重要。因此，RIPK1 的受控激活有助于组织修复和免疫监视。然而，RIPK1 的过度激活可能导致许多自身免疫性疾病和炎症性疾病。因此，RIPK1 失调和随后的异常细胞死亡是慢性炎症性疾病的常见特征。因此，RIPK1 已成为一个有前途的治疗靶点。 尽管慢性RIPK1激活与炎症性疾病相关，数据表明癌细胞经常劫持 RIPK1，促进细胞存活、对肿瘤坏死因子(TNF) 不敏感以及对免疫治疗产生抵抗。这是因为 RIPK1 的支架功能驱动 NF-κB 信号传导和 NF-κB 依赖性促生存基因诱导。此外，慢性 RIPK1 介导的 NF-κB 信号传导可以促进免疫抑制趋化因子程序，导致浸润性自然杀伤 (NK) 和CD8 + T 细胞减少，减少局部 TNF 超家族配体和深度免疫检查点阻断 (ICB) 抵抗。此外，RIPK1 的支架功能可以亚致死性激活 caspase-8，进而水解并灭活RIPK3 、去泛素酶(CYLD) 和 RIPK1 本身，从而有效阻止坏死性凋亡。 因为 RIPK1 抑制 Toll 样受体 3/4 (TLR 3/4) 和ZBP1下游的坏死性凋亡信号传导,靶向 RIPK1 有潜力克服出现细胞凋亡抵抗，并引发更多免疫原性形式的细胞死亡。目前，大多数抗癌药物通过细胞凋亡杀死癌细胞，而细胞凋亡通常是免疫沉默的。坏死性凋亡是一种不依赖半胱天冬酶的细胞死亡裂解形式，可引发强烈的免疫反应。据认为，这种免疫原性源自死亡受体或 PRR 在细胞因坏死性凋亡而死亡时激活 NF-κB 和/或干扰素(IFN) 信号传导的能力。IFN 信号传导和 NF-κB 激活均驱动诱导性损伤相关分子模式 (iDAMP) 的产生，与组成型 DAMP 一起有效地向免疫系统发出危险警报，确保抗原呈递树突状细胞同时吸收死细胞来采样癌症表位并被激活以促进 CD8 + T 细胞交叉启动。因此，开发驱动坏死性凋亡的疗法可能受益于直接杀死肿瘤细胞和（重新）激活患者针对癌症的免疫系统。 尽管 RIPK1 已成为治疗靶点，但其与疾病相关的活性不能轻易地仅通过激酶抑制剂来实现。 因此，替代策略，例如使用可特异性靶向 RIPK1 支架功能的蛋白水解靶向嵌合体 (PROTAC) 降解剂，可能会更有效地治疗 RIPK1 驱动的疾病。为了改善 RIPK1 靶向性，本文研发生成了一系列双功能 PROTAC 分子。 2. RIPK1 PROTAC 实现 RIPK1 的选择性和有效降解 虽然RIPK1激酶抑制剂对小鼠非常有效，选择性 RIPK1 激酶抑制剂 PK68 和 GSK'963 仅部分抑制 RIPK1 诱导的人类细胞死亡，如它们不能有效地阻止 RIPK1 诱导的细胞凋亡，但可以有效地阻止坏死性凋亡（图 S1 A-C）。  为了改善 RIPK1 靶向，这里合成了一系列异双功能PROTAC分子 ，由 RIPK1 结合弹头、接头和 von Hippel-Lindau (VHL) E3连接酶配体组成（图 1A ）。 使用 PK68 作为 RIPK1 结合配体 ，它通过不同长度的接头与 VHL 配体融合。RIPK1-PROTAC 治疗显示，一组人类和小鼠细胞系以及原代细胞中 RIPK1 水平呈剂量依赖性下降（图 1 B-1E）。  R1-ICR-5 是最有效的 RIPK1 降解剂，在人和小鼠细胞中以纳摩尔浓度消耗 RIPK1。R1-ICR-5 引起的 RIPK1 降解是 VHL 介导的，即 R1-ICR-5S，它在脯氨酸4 位上具有反向立体化学，阻止了 VHL 结合，未能以类似的方式耗尽 RIPK1（图 1 F）。此外，PK68处理并不影响RIPK1蛋白水平。总之，这些数据表明 R1-ICR-5 触发 VHL 介导的 RIPK1 降解。 图1. 选择性 RIPK1-PROTAC 降解剂的开发 在有效的 RIPK1-PROTAC 浓度下，相关激酶的蛋白质水平没有明显变化，例如 RIPK2、 RIPK3 、BRAF 和TrkA， PK68 的潜在“脱靶”结合物（图 1G）。与 PK68 共同处理有效地竞争了 RIPK1 PROTAC，防止了 RIPK1 降解。R1-ICR-5 最早在处理后 2 小时就降解了 RIPK1，并在 6 小时时几乎完全降解（图 1G）。全蛋白质组分析表明，在骨髓源性巨噬细胞 (BMDM) 和 U937 中，只有 RIPK1 被 RIPK1-PROTAC 显著降解（图 1H ）。用 VHL 或蛋白酶体抑制剂处理证实了降解需要 VHL 结合和蛋白酶体蛋白水解（图 1G）。洗脱实验表明，RIPK1 的蛋白再合成率较低，需要 72 小时以上才能达到预处理水平（图 1I）。 尽管R1-ICR-5的亲脂性目前不利于动物的全身治疗，但局部施用R1-ICR-5即可有效耗尽体内的RIPK1。 3. RIPK1 降解剂解除先天免疫信号传导 接下来，评估了急剧消耗 RIPK1 是否会损害TNF或TLR3信号传导。出乎意料的是，R1-ICR-5 处理解除了 TNF 处理的原代 BMDM 和三阴性乳腺癌 EO771 细胞的转录反应，增强了 TNF 诱导的细胞因子表达（图 2A-C）。TNF 刺激基因中最值得注意的是Tnf 、 Il-6和A20。尽管 RIPK1 的急性缺失加剧了 TNF 诱导的 NF-κB 信号传导，但在静息 BMDM 中耗尽 RIPK1 会诱导Tnf 、 A20和Sod2的转录（图 2C）。R1-ICR-5 介导的TNF产生依赖于丝裂原激活蛋白激酶激活蛋白激酶2 (MK2) 介导的 TNF生物合成以及随后的自分泌 TNF 介导的信号传导（图 2D ）。 与 TNF 信号传导的失调相一致，我们注意到当 RIPK1 耗尽时，通过死亡结构域 (TRADD) 相关的TNF 受体1 向TNF 受体 1 (TNFR1) 的募集增强（图 2D），这可能是由于 TNF 受体 1 的竞争动态TRADD 和 RIPK1 之间的TNFR1结合。TRADD 募集增强伴随着TRADD、TNFR 相关因子 2 (TRAF2)、细胞凋亡蛋白抑制剂 1 (cIAP1) 和 HOIL-1 相互作用蛋白 1 （HOIP，即RNF31）的增强泛素化（图2E）。由于 TNFR1 信号复合物 I (complex-I) 成分的泛素化介导 NF-κB 激活，因此复合物 I 泛素化增强可能会导致 BMDM、L929、EO771 以及人 LIM1215 和 HT29 细胞中 TNF 信号传导失调（图 2F）。 图2. RIPK1 的快速降解会解除 TNFR1 和 TLR3 信号传导的调节。 RIPK1-PROTAC 治疗还解除了 TLR3 信号传导的调节，增强了 BMDM 和 EO771 中Il-6 、 Tnf 、 Ccl2 、 Cxcl9 、 Cxcl10和Ifnβ的诱导（图 2G）。此外，R1-ICR-5 处理并没有增强EO771 Ripk1- KO细胞中的先天免疫信号传导。这些数据表明，且 RIPK1 是微调 TNFR1 和 TLR3 信号传导激活所必需的，从而防止这些途径的过度激活。 4. RIPK1 PROTAC 促进 TNFR1 和 TLR3/4 介导的 RIPK3 激活 急剧降解 RIPK1 也会使细胞对细胞死亡敏感，同时增强 RIPK3 和MLKL(mixed lineage kinase domain-like pseudokinase) 的磷酸化和激活（图 3 A-C）。同样，急剧降解 RIPK1 也会增强 TLR3 和 TLR4 诱导的坏死性凋亡，这是由含有 TIR 结构域的接头蛋白诱导干扰素-β（TRIF，或 Ticam1）介导的，不依赖于 TNFR1 和ZBP1 （图 3 D-E）。TLR3/4 介导的坏死性凋亡部分需要干扰素 α 和β 受体1 (IFNAR1)，因为Ifnar1 -KO 抑制了这种死亡。因此，急剧降解 RIPK1 不仅会导致先天免疫信号通路（例如 TNFR1 和 TLR3）过度激活，还会引发不受阻碍的细胞死亡激活。 图3. RIPK1 降解剂驱动 TNFR1 驱动的坏死性凋亡，独立于 TRIF 和 ZBP1。 RIPK1 降解后 TNF 诱导的细胞死亡需要 TNFR1，而不是 TNFR2（图 3F）。TNF/R1-ICR-5 诱导的细胞死亡完全不依赖于 RIPK1，因为与多种 RIPK1 激酶抑制剂共同处理并不能阻止这种死亡（图 3G）。然而，当 RIPK1 存在时，这些 RIPK1 激酶抑制剂可有效阻断 TNF 诱导的细胞死亡，表明 RIPK1 的支架功能阻断 TNFR1 触发细胞死亡的能力。 降解 RIPK1 也会使细胞对自分泌产生的 TNF 敏感。因此，BMDM 对单独 RIPK1-PROTAC 处理敏感，并且通过Tnfr1基因删除或与 TNF 中和生物制剂Enbrel共同处理可防止这种效应（图 3H）。抑制 MK2 介导的 TNF 生物合成也抑制了 BMDM 中的 R1-ICR-5 杀伤作用。无活性对照化合物 R1-ICR-5S 或使用 RIPK2 靶向 PROTAC 接合 VHL 对细胞活力没有影响（图 3B 、3I 和 3J），表明 R1-ICR-5 的细胞毒性作用是特定于 RIPK1 耗竭并依赖于 TNFR1 通路的参与。 PROTAC 的细胞毒性与其降解 RIPK1 的能力相关，其中 R1-ICR-5 是最有效的。R1-ICR-5不仅杀死原代BMDM，还杀死小鼠真皮成纤维细胞和腹膜巨噬细胞，将这一观察扩展到其他细胞类型。单独的 PROTAC 治疗主要引起敏感细胞的坏死性凋亡（图 3 J-K），表明当 RIPK1 急剧降解时，TNFR1 信号传导可以通过未知机制触发 RIPK3 激活，这一观察结果已被注意到之前。 虽然 RIPK1-PROTAC 诱导的 RIPK3 激活发生在一系列细胞类型中，但对 RIPK1 急性降解的反应是细胞和组织类型依赖性的，因为有些细胞无法驱动 TNF 介导的自分泌RIPK1缺失时 RIPK3 激活。 5. TNF/RIPK1-PROTAC 诱导的 RIPK3 激活独立于 TRIF 和 ZBP1 TNF/RIPK1-PROTAC 诱导的 RIPK3 激活独立于 TRIF 和 ZBP1 接下来，评估了 TNF 如何驱动 RIPK3 激活。将 RIPK3 募集至 RIPK1、 TRIF或 ZBP1（Z-DNA 结合蛋白 1，又称为DAI 或 DLM-1）的 RIP 同型相互作用基序 (RHIM) 可以启动 RIPK3 激活和坏死性凋亡。为了评估 RIPK3 的 RHIM 的重要性，我们用野生型 (WT) RIPK3 或 RIPK3 的 RHIM 突变形式重建了 RIPK3 缺陷细胞。尽管 RIPK3WT在 RIPK1 缺失的情况下很容易重建 TNF 诱导的坏死性凋亡，但 RIPK3RHIMm却不能（图 3L），这表明 RIPK3 的 RHIM 在其激活过程中发挥着不可或缺的作用。 由于 TRIF 和ZBP1是唯一的其他含有 RHIM 的蛋白质，因此，研究了 TRIF 和/或ZBP1是否在 RIPK1 耗尽时介导 TNFR1 诱导的 RIPK3 激活。原代肺成纤维细胞 (LF) 中Trif和Zbp1的双重缺乏并不影响 R1-ICR-5 处理后 TNF 诱导的细胞死亡（图 3M-N），排除了这些含有 RHIM 的蛋白质的参与。 6. RIPK1 与 DD 结构域作用限制 TRADD 的纤维化 接下来，测试了复合物 I 成分在 RIPK3 激活中的参与情况。TRADD 的敲减完全保护细胞免受 PROTAC 或 RIPK1 基因耗尽时 TNF 诱导的坏死性凋亡（图 4A）。尽管在这些条件下，Spata2 和Cyld的敲减部分保护了细胞，但 TNFR1 下游没有其他信号成分的敲减或药物抑制抑制了 TNFR1 介导的 RIPK3 激活（图 4 B-C）。这表明 TRADD 在驱动 R1-ICR-5 介导的 RIPK3 激活中发挥关键作用。 图4. RIPK1 降解促进 TRADD 纤维化形成和 TRADD-RIPK3 相互作用 RIPK1 不仅抑制 TRADD 向 TNFR1 复合物-I 的募集，而且还阻止其与死亡诱导复合物-II 中的 RIPK3 结合（图 4D ）。RIPK3 向 TRADD 的募集增强与 RIPK3、MLKL 激活增强和细胞死亡相关（图 4 D-F）。 RIPK1 响应 TNF 抑制 TRADD 聚集和纤维化形成（图 4G），因为当 RIPK1 降解时，TNF 处理会导致 TRADD 聚集体出现时间依赖性积累。RNAi 消耗 RIPK1 同样会引起 TNF 介导的 TRADD 纤维化形成。 7. PROTAC 介导的 RIPK1 降解实现抗肿瘤活性 协调暴露于 iDAMP 和死细胞可以激活免疫细胞，驱动抗肿瘤免疫。由于 RIPK1 的消耗同时增强 NF-κB/IFN 信号传导和对坏死性凋亡的反应，作者探索了利用 PROTAC 介导的 RIPK1 降解来触发ICD和增强抗癌治疗的潜力。 R1-ICR-5 处理后，几种不同的癌细胞系能够驱动 TNFR1、TLR3 和 IFNR 介导的坏死性凋亡（图 5 A-C）。R1-ICR-5 处理还使癌细胞对 IFN 诱导的坏死性凋亡敏感（图5 C-D）。R1-ICR-5 处理后 TRADD 与 RIPK3 有效结合，导致 RIPK3 激活增加和坏死性凋亡（图5 E-G）。 图5 . RIPK1 保护癌细胞免受 TNF 和 IFN 诱导的细胞死亡 由于 PROTAC 介导的 RIPK1 降解使癌细胞对 TNF 和IFN敏感（图 5 A-5D），因此假设 R1-ICR-5 可能与产生富含 TNF 和 IFN 的肿瘤微环境的疗法（例如 RT 和 IFN）具有协同作用。 这里专注于 TNBC，其中 放疗 和 免疫阻断肿瘤 是标准护理治疗。放疗不仅刺激NF-κB和IFN驱动的信号传导反应，而且引起EO771和MC38细胞的坏死性凋亡，这种坏死性凋亡被Mlkl缺陷阻断，并被RIPK1-PROTAC处理增强（图5 I-J）。 总之，这表明 RIPK1 作为生存因子，抑制 放疗 介导的细胞死亡。放疗 诱导的坏死性凋亡部分由 TNF 介导，因为Enbrel或Tnfr1缺陷治疗抑制了治疗反应（图 5K-L）。总之，这些观察结果表明癌细胞可以劫持 RIPK1 来抑制细胞对 放疗 的反应。 接下来，测试了靶向 RIPK1 是否可以增强 放疗在体内“加热”肿瘤的能力。肿瘤形成后，进行三次瘤内注射 R1-ICR-5（图 6A ）。尽管放疗 和 R1-ICR-5 作为单一疗法的效果可以忽略不计，但放疗/R1-ICR-5 在 50% 的小鼠中实现了治疗反应。尽管 70 天后，十分之三的小鼠没有肿瘤，但一只小鼠在第 76 天时复发（图 6B -D）。结果表明，R1-ICR-5 可以通过增强活化的 TNF + IFNy +淋巴细胞向肿瘤微环境的募集来延长 放疗 治疗小鼠的存活时间，同时使 EO771 癌细胞容易受到 TNF/IFNy 诱导的细胞死亡的影响。 图6 . RIPK1 作为癌细胞对抗 RT 影响的保护因子 接下来，测试了 R1-ICR-5 是否增强 RT/ICB 组合，使用较低剂量的放疗 (4 Gy)，然后使用 CTLA-4单抗± R1-ICR-5 治疗（图 6J -N）。放疗/ CTLA-4单抗 与 R1-ICR-5 组合可强烈抑制肿瘤生长（图 6K-L），十分之九的荷瘤小鼠对治疗有反应，其中八只完全治愈（图 6M-N）。 图6 . RIPK1 作为癌细胞对抗 RT 影响的保护因子 此外，还确定了 R1-ICR-5 是否可以增强PD1单抗独治疗的抗肿瘤功效。尽管 R1-ICR-5 和PD-1单抗 ICB 作为单一药物都没有被证明有效，但该组合显著减缓了治疗肿瘤的生长动力学（图 7A -D）。联合治疗的小鼠受益于改善的反应率（60%反应）和总体存活率，且三分之一的治疗小鼠完全治愈（图7E ）。 图 7. RIPK1 PROTAC 增强对免疫检查点阻断的反应。 8. RIPK1 急性降解可抑制 RIPK1 驱动的皮肤炎症 先前的研究表明，异常的 RIPK1 介导的角质形成细胞死亡可导致皮肤病变。由于角质形成细胞对 RIPK3 的独立于 RIPK1 的激活有一定的抵抗力，因此，评估了 PROTAC 介导的体内RIPK1 降解是否可以抑制 RIPK1 诱导的皮肤炎症。单独皮下注射R1-ICR-3 或 R1-ICR-5 不会引起皮肤毒性，表明 RIPK1 的急性消耗具有良好的耐受性，并且不会引起皮肤中 RIPK3 的激活。 为了测试 RIPK1-PROTAC 的治疗效果，使用了两种皮肤炎症模型。结果表明 RIPK1-PROTAC 可以抑制 RIPK1 介导的炎症性皮肤病。与只能有效阻止人类细胞坏死性凋亡的 RIPK1 激酶抑制剂不同，RIPK1-PROTAC 可以有效抑制人类细胞系中 RIPK1 诱导的caspase激活和凋亡。而RIPK1 激酶抑制剂 PK68 和 GSK'963 在人类细胞中对此无效。因此，RIPK1-PROTACs 可能有效治疗由 RIPK1 诱导的细胞凋亡和/或坏死性凋亡驱动的人类病理，特别是在 RIPK1降解时固有地缺乏 RIPK3 激活的组织中。 参考：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.immuni.2024.04.025IF：25.5 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↓