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科研进展

 

饶燏\朱军\刘万里课题组在《Leukemia》合作发文报道基于PROTAC技术的新型BTK蛋白降解剂作为伊布替尼耐药B细胞淋巴瘤的潜在治疗策略

 

  2019年3月19日,清华大学药学院饶燏课题组、北京大学肿瘤医院朱军课题组、清华大学生命学院和免疫学研究所刘万里课题组,携手合作在血液学领域顶级期刊《白血病》(Leukemia)杂志发表研究论文,介绍《PROTAC技术通过降解多种突变型BTK蛋白可作为伊布替尼耐药的非霍奇金淋巴瘤的潜在治疗策略》(Degradation of Bruton’s tyrosine kinase mutants by PROTACs for potential treatment of ibrutinib-resistant Non-Hodgkin lymphomas)。该论文通过构建基于PROTAC技术的新型高溶解度的BTK蛋白降解剂,成功高效的降解多种临床相关的突变型BTK蛋白。并进一步在荷瘤小鼠模型体内证明了该治疗策略的有效性,为临床上克服BTK蛋白突变所引起的伊布替尼(Ibrutinib)耐药问题提供了新方向。

  BTK(全称为Bruton's Tyrosine Kinase)作为Tec激酶家族的一员,属于非受体型酪氨酸蛋白激酶。BTK在B淋巴细胞发育、存活、活化、增殖和分化中起到关键作用。20世纪50年代开始,美国儿科医生Ogdon Bruton和美国免疫学家Charles Janeway博士发现X-连锁低丙球蛋白贫乏症(XLA)患儿血清免疫球蛋白浓度低于正常水平,并导致复发性的细菌感染和败血症的发生。直到四十年后的1993年,BTK才被确认XLA的真正诱因(Nature,1993,361:226-233;Cell,1993,72:279-90)。XLA是第一个与酪氨酸激酶突变相关的免疫缺陷疾病,研究发现导致XLA的BTK突变高达800种,相关体细胞功能性突变将导致B淋巴细胞数量及丙种蛋白水平下降等一系列先天免疫缺陷症状。

  在B细胞受体信号通路中(BCR signaling pathway),BTK被上游酪氨酸蛋白激酶Lyn和Syk激活后,可进而活化下游蛋白PLC-γ2,从而促进内源性钙离子、甘油二酯(DAG)、三磷酸肌醇(IP3)的释放和细胞核因子(NF-κB)的活化,最终调控B淋巴细胞的活化、增殖和分化过程。B细胞淋巴瘤是恶性B淋巴细胞单克隆扩增形成一组异质性肿瘤,约占非霍奇金淋巴瘤(NHL)的85%。2015年引起全球约23万人死亡,仅美国每年新增病例6万余人。其中弥散性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)是NHL中最常见的一种,在美国和英国每年的发病率高达0.08%,而套细胞淋巴瘤(MCL)患者5年生存率小于50%。临床上BTK共价抑制剂伊布替尼的广泛应用显著改善多种B细胞淋巴瘤患者的近期疗效和远期预后,包括套细胞淋巴瘤、慢性淋巴细胞白血病、华氏巨球蛋白血症等。2018年,ibrutinib的全球销售额是44.5亿美元,相比2017年急剧增加39.4%(2016年,Ibrutinib的全球销售额仅为12.5亿美元),根据预测,这一数字在将来有可能升至百亿美元。尽管如此,在伊布替尼临床推广应用过程中耐药性也逐渐显现,当BTK蛋白481位半胱氨酸突变为丝氨酸后(BTK C481S),伊布替尼对Btk蛋白活性的抑制程度下降近500倍。临床随访数据也证实相关突变是诱导伊布替尼耐药性的主要原因。BTK蛋白481位半胱氨酸的其他突变同样可导致伊布替尼耐药。

  本研究通过构建全新骨架的PROTAC小分子(饶燏课题组核心工作),招募E3泛素化连接酶靶向降解BTK蛋白。新构建的BTK蛋白降解剂可以在HeLa细胞中以小于50 nM的药物浓度高效降解多种突变类型的BTK蛋白(C481S/T/A/G/W)。更为重要的是,新型PROTAC小分子可以通过有效降解DLBCL细胞内突变型BTK蛋白,从而在体外模型中有效抑制肿瘤生长,克服BTK由于C481位点突变引起的伊布替尼耐药作用。除此之外,本研究进一步分析PROTAC分子作用于BTK突变蛋白后, B细胞受体下游信号通路的活化情况(PLC-γ2、p38及ERK1/2磷酸化状况),深入阐述了该策略克服伊布替尼耐药的分子作用机制。本研究的另一大亮点是将PROTAC降解剂与传统BCR通路小分子抑制剂联用(Copanlisib、Dasatinib等),显著提升了PROTAC策略的抗肿瘤效果。上述研究成果为PROTAC降解剂抗B细胞淋巴瘤的药物研发提供了理论研究基础和重要的实践指导意义。本研究工作由清华大学药学院饶燏课题组、北京大学肿瘤医院朱军课题组、清华大学生命学院和免疫学研究所刘万里课题组携手合作完成,且为本论文共同通讯作者。清华大学孙永汇博士、北京大学肿瘤医院丁宁副研究员和宋玉琴主任医师为本文并列第一作者。三个团队的相关研究人员在进一步开展此类新型化合物的优化工作,寄希望继续提高其代谢稳定性,抗肿瘤及抗自身免疫疾病效果。

  饶燏课题组致力于探究细胞内靶向蛋白质降解技术(PROTAC),以及将PROTAC技术转化为临床相关的抗肿瘤活性分子,并于近年来在此方向取得了系列重要研究进展,是PROTAC技术应用于BTK药物设计的全球引领者之一(2018,Cell Research;2018, ChemComm;2019, Protein & Cell; 2019, Cell Discovery; 2019, Leukemia)等。

  朱军课题组致力于淋巴瘤基础及临床转化研究工作,牵头开展国际及国内新药临床试验35项,以通讯作者(含共同)发表多篇论文,包括Nature Medicine、Leukemia等。并担任北京大学肿瘤医院院党委书记,淋巴肿瘤科主任,中国抗淋巴瘤联盟主任委员,中国血液免疫学会副主任委员。

  刘万里研究组致力于B淋巴细胞免疫识别、免疫活化及相关免疫疾病的研究,以通讯作者(含共同)发表多篇论文,包括:Science、Science Immunology、Science Signaling、Cell、Leukemia (2018和2019)、J Exp Med、PNAS、eLife(2015和2017)、J Cell Biol.、Nature Communications(2015和2017)、Cell Research(2014和2018)、Cell Reports、J Immunol(2013、2014和2017)。

 

  原文链接 https://www.nature.com/articles/s41375-019-0440-x

 

 




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