科學家發現PI4KIIα特異底物競爭小分子抑製劑

PI4KIIα特異底物競爭小分子抑製劑PI-273抑制乳腺癌作用及機制

8月21日，《癌症研究》（Cancer Research）雜誌在線發表了中國科學院生物物理研究所陳暢課題組與上海藥物研究所羅成、蔣華良課題組合作的研究論文PI-273, a substrate-competitive, specific small molecule of PI4KIIα, inhibits the growth of breast cancer cells。該研究發現了磷脂醯肌醇4位激酶II型α亞型（PI4KIIα）的第一個亞型特異小分子抑製劑PI-273，該抑製劑通過競爭其底物磷脂（PI）進而抑制酶活性，最終抑制乳腺癌腫瘤的生長。

PI4KIIα是磷脂醯肌醇信號通路和磷脂醯肌醇代謝中的關鍵分子，在PI（4,5）P2生物合成、溶酶體和高爾基體相關膜轉運、細胞內信號通路傳導、病原體吞噬和神經突觸囊泡循環等方面起著重要作用。PI4KIIα的功能異常與腫瘤生長、痙攣性截癱、高雪氏症和阿爾茨海默症等人類疾病密切相關。然而，PI4KIIα的基礎研究和臨床應用卻因為缺少其特異性抑製劑受到限制。已發現的PIK家族抑製劑絕大多數是PI3K的ATP競爭性抑製劑。因為PIK家族各亞型激酶核酸結合口袋氨基酸序列的高度保守性，大多數ATP競爭抑製劑不具有亞型選擇性抑制。

在前期系列工作基礎上，生物物理所和上海藥物所科研人員靶向PI4KIIα的PI變構位點，採用基於配體底物PI的藥物設計策略，開展了PI4KIIα抑製劑的虛擬篩選。通過酶和細胞實驗篩選，結合表面等離子共振實驗和蛋白熱穩定實驗等生物物理實驗，獲得了PI4KIIα的首個抑製劑PI-273，顯著抑制PI4KIIα高表達的多種乳腺癌細胞系的細胞增殖。酶動力學研究表明，與其他絕大部分結合在激酶ATP位點的PIK激酶家族抑製劑不同，PI-273可逆競爭PI4KIIα底物PI，從而抑制其酶活性。突變實驗研究進一步證明了PI4KIIα的棕櫚醯化插入片段是PI-273的關鍵作用位點。利用CRISPR/Cas9技術構建敲除PI4KIIα的細胞系，研究發現PI-273對敲除PI4KIIα的細胞系細胞增殖和PI4KIIα下游信號通路抑制作用顯著降低，說明PI4KIIα是PI-273的特異性作用靶點。進一步機制研究表明，PI-273可以通過阻礙細胞周期G2/M期而抑制細胞增殖，誘導細胞凋亡，抑制癌細胞成克隆能力。在小鼠移植瘤模型中，PI-273可以顯著的抑制MCF-7乳腺癌細胞誘導的小鼠腫瘤的生長，並對小鼠無明顯毒副作用。

該研究有效整合了藥物設計與實驗驗證，發現了PI4KIIα的第一個亞型特異小分子抑製劑。與絕大多數激酶的ATP競爭性抑製劑不同，由於PI-273是PI4KIIα變構位點底物PI的競爭性抑製劑，其具有更高的亞型選擇性。該抑製劑的發現對PI4KIIα的基礎科學研究和應用均具有重要的促進意義。

論文的共同通訊作者為陳暢和羅成，論文的共同第一作者為陳暢課題組博士李江美、博士研究生高振以及羅成課題組博士研究生趙丹。該研究工作得到中科院個性化藥物先導專項（A類）、國家重點研發計劃重大專項以及國家自然科學基金的資助。

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