分享一篇近期發(fā)表在 Cell Chemical Biology 上的文章，標(biāo)題為"Redundancy of the OST catalytic subunit facilitates therapeutic targeting of N-glycosylation"。本文通訊作者來自耶魯大學(xué)藥學(xué)院，分別為第一作者助理教授 Marta Baro 和 Joseph N Contessa 教授。其課題組主要研究方向?yàn)樗幚韺W(xué)，聚焦于腫瘤生物學(xué)、受體酪氨酸激酶信號調(diào)控，腫瘤耐藥機(jī)制探索以及 N-糖基化。本文則是最大程度將 N-糖基化、酪氨酸激酶通路對腫瘤發(fā)生的影響以及腫瘤耐藥性問題糅合在一起討論，讓人能從中窺見 Contessa 組的系統(tǒng)性工作。
在真核生物中，蛋白質(zhì) N-糖基化是蛋白質(zhì)最重要的修飾之一，絕大多數(shù)分泌蛋白和細(xì)胞表面膜蛋白都有 N-糖鏈修飾，同時很多和疾病發(fā)展相關(guān)的蛋白也有豐富的糖鏈修飾。然而在哺乳動物中，蛋白質(zhì) N-糖基化由于具有必不可少的功能，通常被視為無法用于治療干預(yù)的過程。早期科學(xué)家開發(fā)了一種用于抑制 N-寡糖前體合成的抑制劑 Tunicamycin，在將該化合物和細(xì)胞共培養(yǎng)一段時間的情況下，細(xì)胞中的 N-寡糖前體幾乎全部消失，隨之蛋白質(zhì)的 N-糖基化修飾也會逐漸缺失，最后導(dǎo)致細(xì)胞死亡。Tunicamycin 對不同細(xì)胞株的 IC50 為 10-1000 nM 不等。所以 Tunicamycin 雖然可以用于科學(xué)研究，但是潛在的藥物開發(fā)價(jià)值很小。所以科學(xué)家期望可以開發(fā)一種有限調(diào)控糖基化程度的方法，以達(dá)到藥物開發(fā)的目的。 催化蛋白 N-糖基化反應(yīng)的寡糖基轉(zhuǎn)移酶是一個大型蛋白復(fù)合體，每個寡糖基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體 OST 包含：一個催化亞基，STT3A 或者 STT3B；六個功能調(diào)節(jié)亞基以及專用于支持催化亞基功能的其他三個亞基。研究發(fā)現(xiàn) OST-A（包含 STT3A）和 OST-B（包含 STT3B）分別負(fù)責(zé)蛋白共翻譯和翻譯后的糖基轉(zhuǎn)移，從而形成了冗余機(jī)制。如果冗余機(jī)制能得到妥善利用，就可以開發(fā)一種低細(xì)胞毒性且能合理調(diào)控關(guān)鍵蛋白 N-糖基化的疾病治療方案。 圖 1 a. NGI-1 化學(xué)結(jié)構(gòu)式 b. NGI-1 的 IC50 鑒定 c. NGI-1 可以很大程度抑制蛋白質(zhì)的 N-糖基化
文章開頭引用了同組在 2016 年發(fā)表于《Nature Chemical Biology》雜志中的文章，提到醫(yī)藥機(jī)構(gòu)開發(fā)了一種 OST 抑制劑 NGI-1，其結(jié)構(gòu)及性質(zhì)見圖 1。然而由于該化合物可溶性和細(xì)胞膜透過性較差，還需要進(jìn)一步合成衍生物以改良其性質(zhì)。所以作者通過對三個邊緣基團(tuán)進(jìn)行改造（圖 2），獲得了多個衍生物并對其性質(zhì)進(jìn)行鑒定、選取低細(xì)胞毒性的衍生物進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。通過使用 ER-LcuT 熒光報(bào)告系統(tǒng)在不同細(xì)胞系評價(jià)各衍生物對 N-糖基化的抑制功能、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)滲透性以及對 OST-A/B 的選擇性偏好，最終確認(rèn) NGI-186 和 NGI-189 對 OST-A 有強(qiáng)抑制效果，NGI-190 對 OST-B 抑制效果明顯。
圖 2 NGI-1 衍生物結(jié)構(gòu)圖及其 IC50
本文采用疾病模型是非小細(xì)胞肺癌 NSCLC，EGFR（表皮生長因子受體，胞外側(cè)結(jié)構(gòu)域高度 N-糖基化，屬于酪氨酸激酶受體 RTK 家族）基因突變或信號通路增強(qiáng)是非小細(xì)胞肺癌典型的的致癌機(jī)制。病患 EGFR 激活激酶結(jié)構(gòu)域突變占所有病例的 15%-50%，這些突變導(dǎo)致的病變在臨床上的處理一般是用激酶抑制劑（TKI）EGFR 酪氨酸磷酸化，從而降低下游蛋白的激活。EGFR-TKI 治療方案的藥理學(xué)研究在過去十年中取得了顯著進(jìn)展：可逆的第一代 ATP 競爭性抑制劑，如 Erlotinib 和 Gefitinib；第二代不可逆的 Afatinib、以及第三代優(yōu)先抑制突變體 EGFR 的 Osimertinib。然而這些抑制劑的使用往往會造成更多 EGFR 突變的產(chǎn)生使得腫瘤組織產(chǎn)生耐藥性，此時開發(fā)一種并非直接作用于激酶的治療方法十分重要。
所以接下來文章基于 PC9 細(xì)胞株構(gòu)建了一個能鑒定 OST 抑制劑對 EGFR 糖基化程度影響的模型：PC9 是一個 EGFR 依賴型細(xì)胞株，EGFR 的 N-糖鏈缺失會導(dǎo)致細(xì)胞死亡，然而向 PC9 細(xì)胞株中引入多功能嵌合體 CD8-EGFR-CL 則可以保護(hù)細(xì)胞在 N-糖鏈缺失的情況下存活，另外嵌合體的 CL 結(jié)構(gòu)域還特定引入了一個已激活的激酶突變位點(diǎn)和一個抗 Osimertinib 藥物的抗藥性位點(diǎn)。結(jié)果表明在用藥物處理 PC9 和 PC9-CD8-EGFR-CL 細(xì)胞株時，前者明顯死亡而后者存活，說明 PC9-CD8-EGFR-CL 可用于后續(xù)研究。
圖 3 PC9 細(xì)胞株的 EGFR 依賴 接下來將合成的一些列化合物用于細(xì)胞處理，結(jié)果表明 NGI-189，NGI-190 可以抑制 EGFR 糖基化，并且伴隨其磷酸化水平的降低。后續(xù)將來自耐 KTI 病人的腫瘤組織移植到小鼠體內(nèi)后，利用 NGI-189 處理小鼠，顯現(xiàn)出了明顯的腫瘤生長延遲甚至退縮效果（圖 4），且動物沒有顯著全身毒性或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激跡象。 圖 4 NGI-189 處理的小鼠的腫瘤數(shù)據(jù)
一系列的結(jié)果可以表明 STT3A/B 的冗余機(jī)制可以被用于 N-糖基化的“部分抑制”，避免造成全局功能塌陷導(dǎo)致的毒性和死亡，是一種創(chuàng)新的治療策略。本文作者以 NGI-1 為母核設(shè)計(jì)的一系列衍生物中有一部分能選擇性抑制蛋白糖基化，且能在不破壞糖基化大背景的情況下干擾關(guān)鍵受體的功能，展現(xiàn)了新途徑來克服 EGFR 突變相關(guān)的耐藥治療。
———————— 本文作者：LTT 原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2025.05.005
