随着社会的发展，癌症治疗一直是备受关注的话题。然而，目前在癌症治疗领域存在着许多挑战，其中一个主要问题是如何选择性有效地清除老化的癌细胞。
先前的研究发现，基于衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）设计的前药已被开发用于选择性消除衰老细胞。然而，依赖靶向分子抑制剂作为抗衰老药物可能会诱发耐药性。
近日，美国亚利桑那大学化学与生物化学系王卫教授团队设计了一种选择性降解衰老癌细胞中靶蛋白的新策略（图1）。
该策略利用由 SA-β-gal 底物半乳糖和蛋白水解靶向嵌合体 (PROTAC) 组成的前药作为衰老剂。发现前药 Gal-ARV-771 和 Gal-MS99 的衰老指数高于 ARV-771 和 MS99。此外，利用人肺 A549 异种移植小鼠模型进行的体内研究结果表明，依托泊苷(etoposide)和 Gal-ARV-771 联合治疗可显着抑制肿瘤生长，且不会引起明显毒性。
图1.半乳糖修饰的PROTAC作用机制示意图
01
Gal-ARV-771的设计、合成和触发释放研究
研究人员将SA-β- Gal敏感的半乳糖(Gal)片段转载到VHL配体上，Gal部分通过碳酸酯连接的4-羟基苄基与基于vhl的溴结构域(BRD)降解剂ARV-771的羟基相连，得到了Gal-ARV-771。
研究发现Gal-ARV-771作为前药其降解活性首先被封闭了，后续Gal-ARV-771会经过酯酶和SA-β-gal联合作用后释放具有降解活性得PROTAC-ARV-771（图2）。
图2.Gal-ARV-771的设计、合成和触发释放研究
02
Gal-ARV-771的降解效果评价
研究人员随后展开了Gal-ARV-771触发释放后降解效果评价的研究，他们发现用ARV-771 处理正常A549 (n-A549)细胞和依托泊苷诱导的衰老A549 (s-A549)细胞均可诱导BRD4降解。
然而，Gal-ARV-771仅在衰老A549细胞(s-A549)中引发BRD4的降解，在正常A549(n-A549)细胞中不会引发BRD4降解。后续他们运用蛋白酶体抑制剂MG-132、游离VHL配体或nedd8活化酶抑制剂MLN-4924等生物学工具进行了降解机制验证，并证明了Gal-ARV-771和ARV-771均依赖于泛素-蛋白酶体降解途径（图3）。
图3.Gal-ARV-771在衰老A549细胞中的降解能力
03
Gal-MS99可促进衰老Karpas 299细胞中NPM-ALK蛋白降解
紧接着，研究人员为了证明该前药策略在衰老细胞中选择性蛋白质降解的潜在广泛应用，他们使用该平台设计和合成了第二种基于vhl的针对NPM-ALK蛋白的PROTAC—Gal-MS99。他们利用65个正常Karpas 299 (n-Karpas 299)和衰老Karpas 299 (s-Karpas 299)细胞来评价Gal-MS99的降解能力。结果表明，Gal-MS99仅在s-Karpas 299细胞中促进NPM-ALK蛋白的降解，这与上述结果一致（图4）。
图4.衰老Karpas 299细胞中Gal-MS99对NPM-ALK的降解特性
04
Gal-ARV-771具有良好的耐受性和有效的体内抗衰老活性
最后，研究人员利用A549异种移植小鼠模型检测了Gal-ARV-771的耐受性和体内抗衰老活性。
研究人员用依托泊苷对含瘤小鼠进行衰老处理。随后接受依托泊苷和Gal-ARV-771 或ARV-771单独或联合治疗。研究发现ARV-771和Gal-ARV-771均显著抑制依托泊苷处理小鼠的肿瘤生长。并且观察到这些药物的安全性和耐受性良好。
此外，免疫组织化学(IHC)分析显示，依托泊苷和Gal-ARV-771联合治疗显著降低了BRD4的肿瘤表达水平和肿瘤细胞增殖，并同时增加了细胞凋亡。
综上所述，上述结果表明，通过联合使用衰老诱导疗法和衰老疗法，可以实现更有效的肿瘤治疗。这些研究数据为Gal-ARV-771作为一种有效的PROTAC前药的治疗价值概念提供了临床前证明（图5）。
图5.Gal-ARV-771和依托泊苷在人肺癌异种移植小鼠模型中共同抑制肿瘤生长。
Comments
这项研究提出了一种降解老化癌细胞中的靶蛋白新策略，可以有针对性地降解老化癌细胞中的靶蛋白，为癌症治疗带来新的希望。
通过使用半乳糖修饰的PROTACs，未来或许能够更有效地治疗癌症，减少药物抗性的发生，为患者带来更好的治疗效果。
小编：WYH
Ref.
Selective Elimination of Senescent Cancer Cells by
Galacto-Modified PROTACs
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