高效、特異性地靶向癌癥驅(qū)動(dòng)蛋白對(duì)于開(kāi)發(fā)針對(duì)晚期轉(zhuǎn)移性癌癥的抗癌化合物至關(guān)重要。然而，許多癌癥驅(qū)動(dòng)蛋白由于缺少合適的分子結(jié)合支架而難以成藥。有研究提出一種新策略，即使用替代-惰性金屬-有機(jī)配合物，通過(guò)靜電和疏水相互作用與癌癥驅(qū)動(dòng)蛋白結(jié)合，形成新的結(jié)構(gòu)支架。特別是，以環(huán)金屬化銥(III)復(fù)合物為代表的八面體金屬?gòu)?fù)合物已在體外實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出顯著的抗癌效果。而目前為止，尚未有報(bào)道顯示環(huán)金屬化銥(III)可以特異性和高親和力地直接結(jié)合關(guān)鍵癌癥驅(qū)動(dòng)蛋白。
2024年6月11日，香港大學(xué)合成化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室支志明院士團(tuán)隊(duì)在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA（IF：9.4）在線發(fā)表題為“Iridium(III) carbene complexes as potent girdin inhibitors against metastatic cancers ”的研究成果。該研究報(bào)道了一種發(fā)光的銥(III)吡啶N-雜環(huán)碳(NHC)復(fù)合物1a，能有效抑制癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，利用熱蛋白質(zhì)組分析(TPP)發(fā)現(xiàn)1a與驅(qū)動(dòng)癌癥的Girdin蛋白具有高親和力，并通過(guò)EGFR/AKT/mTOR/STAT3級(jí)聯(lián)的癌癥驅(qū)動(dòng)通路發(fā)揮作用。
細(xì)胞實(shí)驗(yàn)（細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)/腫瘤細(xì)胞成球?qū)嶒?yàn)/侵襲實(shí)驗(yàn)/細(xì)胞活力等）研究1a的特性；
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明1a體內(nèi)急性毒性研究（血液學(xué)/生化指標(biāo)/腫瘤體積/組織學(xué)等）；
通過(guò)熱蛋白質(zhì)組學(xué)篩選復(fù)合物1a的關(guān)鍵靶點(diǎn)Girdin以及結(jié)合區(qū)域；
敲除實(shí)驗(yàn)以及蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示1a影響了與Girdin相關(guān)的多個(gè)信號(hào)通路；
基于TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析進(jìn)一步驗(yàn)證。
細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)中，ICP-MS（電感耦合等離子體-質(zhì)譜法）檢測(cè)用1a處理肺癌細(xì)胞系（NCI-H460）和正常人肺成纖維細(xì)胞（CCD19Lu）中的銥含量，1a 處理的NCI-H460細(xì)胞中銥的積累是CCD19Lu細(xì)胞的3倍。且1a顯著抑制了NCI-H460和三陰性乳腺癌細(xì)胞系（MDA-MB-231）的增殖（圖1A）。腫瘤細(xì)胞成球?qū)嶒?yàn)評(píng)估了1a對(duì)腫瘤干細(xì)胞擴(kuò)張的影響，結(jié)果顯示，1 μM 1a顯著減少了形成的腫瘤球體的數(shù)量和大?。▓D1B）。傷口愈合劃痕實(shí)驗(yàn)研究了1a對(duì)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性的影響，結(jié)果顯示，在0.25μM 1a處理24小時(shí)后，細(xì)胞向傷口區(qū)域的遷移受到抑制（圖1C）。侵襲實(shí)驗(yàn)顯示1a處理的肺癌細(xì)胞系 NCI-H460或乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231，穿過(guò)Matrigel涂層膜的癌細(xì)胞數(shù)量顯著減少（圖1D）。
圖1：1a的體外抗癌特性
接下來(lái)研究人員在裸鼠上進(jìn)行了體內(nèi)抗腫瘤實(shí)驗(yàn)，這些裸鼠攜帶有人類(lèi)肺癌NCI-H460異種移植物和乳腺癌MDA-MB-231異種移植物。用1a治療小鼠結(jié)果顯示與對(duì)照組相比，小鼠沒(méi)有顯示出嚴(yán)重的體重減輕或致死性（圖2A-D）。組織學(xué)分析顯示，與對(duì)照組相比，1a處理顯著減少了肺部轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)的數(shù)量和面積（圖2E）。1a處理后，肝臟、腎臟、心臟和脾臟的組織學(xué)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，并且腎臟損傷的標(biāo)志物（肌酐）和肝臟損傷的標(biāo)志物也沒(méi)有變化。
圖2：1a的體內(nèi)抗腫瘤和抗轉(zhuǎn)移作用
接下來(lái)，研究人員進(jìn)行了熱蛋白質(zhì)組分析（TPP），以確定癌細(xì)胞中1a的直接分子靶點(diǎn)，經(jīng)1a處理的NCI-H460細(xì)胞中，Girdin被鑒定為其作用靶點(diǎn)（圖3A-B），并通過(guò)細(xì)胞熱位移分析（CETSA）進(jìn)一步得到驗(yàn)證（圖3C）。等溫劑量反應(yīng)（ITDR）分析表明，1a對(duì)45°C下Girdin蛋白的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)呈劑量依賴性，范圍從0.5-4μM（圖3D）。微量熱泳動(dòng)技術(shù)（MST）以及分子對(duì)接分析顯示復(fù)合物1a通過(guò)與Girdin蛋白的C末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合表現(xiàn)出高度親和力（圖3E-F）。這種結(jié)合顯著提高了Girdin蛋白的熱穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致Gαi3-Girdin相互作用的阻斷。
圖3：1a在癌細(xì)胞中靶向Girdin
通過(guò)siRNA敲低技術(shù)評(píng)估了Girdin在癌細(xì)胞增殖和遷移中的作用。在NCI-H460和MDA-MB-231細(xì)胞系中，Girdin siRNA有效地降低了Girdin的表達(dá)，且Girdin缺乏的細(xì)胞的存活率較低（圖4A-B）。創(chuàng)傷愈合實(shí)驗(yàn)中，與陰性對(duì)照相比，Girdin缺乏的細(xì)胞在NCI-H460細(xì)胞中24小時(shí)和MDA-MB-231細(xì)胞中7小時(shí)的細(xì)胞遷移速度顯著變慢（圖4C-D）。這些數(shù)據(jù)表明，Girdin表達(dá)的降低導(dǎo)致癌細(xì)胞的活性和遷移能力受到抑制。
圖4：Girdin的敲低抑制癌細(xì)胞增殖和遷移
PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路是在癌癥中經(jīng)常激活的致癌信號(hào)通路，作者用0.1至1μM的1a處理NCI-H460細(xì)胞系24小時(shí)，下調(diào)Girdin-AKT通路。表現(xiàn)在Girdin和AKT1的表達(dá)降低，以及AKT的磷酸化形式、mTOR底物p70S6K激酶及其底物S6核糖體蛋白的水平降低，這些與癌細(xì)胞增殖和血管生成的代謝需求相關(guān)（圖5E）。進(jìn)一步利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析確定1a調(diào)控通路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)（PPI）中差異蛋白的拓?fù)浞治觯珹KT1被確定為網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵蛋白。作者進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明靶向Girdin這樣的多功能癌癥蛋白，預(yù)期可以抑制多個(gè)并行但相互干預(yù)的致癌和促進(jìn)侵襲的途徑，如EGFR、PI3K/AKT和STAT3（圖5I）。
圖5：1a對(duì)癌細(xì)胞中與Girdin相關(guān)分子途徑的抑制
基于TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)，生物信息學(xué)分析揭示了Girdin編碼基因CCDC88A在多種實(shí)體瘤中的突變和表達(dá)模式。在實(shí)體瘤中，特別是在乳腺和肺腫瘤組織中，發(fā)現(xiàn)了CCDC88A基因的錯(cuò)義突變、基因融合和剪接突變，這可能導(dǎo)致相應(yīng)癌癥中CCDC88A的失調(diào)。此外，腫瘤組織中CCDC88A mRNA的表達(dá)水平通常高于配對(duì)的正常組織，高表達(dá)水平與患者生存率較低相關(guān)。這些數(shù)據(jù)為Girdin作為多種實(shí)體瘤的潛在靶標(biāo)提供了支持。
圖6：1a對(duì)癌細(xì)胞中與Girdin相關(guān)分子途徑的抑制
本文發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的抗癌銥（III）化合物1a，能在低微摩爾濃度下顯著降低肺癌和乳腺癌細(xì)胞以及癌癥患者衍生的類(lèi)器官活力。并通過(guò)熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析確定Girdin為1a的特異性靶點(diǎn)，它是一種多功能適配蛋白，在癌細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)，明確充當(dāng)多個(gè)關(guān)鍵致癌通路的信號(hào)樞紐。
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