细胞自噬调控的新靶点、新机制及创新药物研发关键技术研究四川大学华西医院 蒋献团队细胞自噬是一种进化上保守的过程，其核心为损坏的蛋白或细胞器被双层膜结构的自噬小体包裹后，送入溶酶体中进行降解并得以循环利用的过程。和细胞凋亡一样，细胞自噬属于程序性死亡的另外一种方式，并且受特异性自噬相关蛋白调控。自噬在疾病中的作用是复杂的，一方面，自噬可通过分解细胞内的有害蛋白质和细胞器来维持细胞内环境的稳定，从而抵御癌症或其他疾病的发生；另一方面，自噬还可促进癌细胞的生存和增殖，从而促进癌症的发展。基础医学和临床医学的大量研究均表明细胞自噬与疾病的发生发展密切相关，尤其在自身免疫疾病、炎症和肿瘤领域展现了极大的潜力，但自噬在这些疾病中发挥的作用需要进一步的研究和探索，需要发现新的自噬调控子，构建完善的调控网，助力疾病治疗，但是特异性靶向自噬的药物十分匮乏。基于以上问题，该研究开展了系列细胞自噬相关的药物靶点、机制和创新药物研究项目，遵循细胞自噬调控中多信号通路、多靶点的特点，建立了以细胞自噬调控中若干重要蛋白为靶标的候选药物发现及其开发应用的新模式。基于这些创新成果，该项目荣获了2023年四川省医学科技奖一等奖。
开发了基于整合多组学大数据的细胞自噬新靶标识别预测方法
基于多组学大数据的整合与分析，探究生物系统中多种物质之间相互作用，从深层次挖掘候选关键因子，为生物机制提供了更多证据。2021年该项目团队整合多组学数据，包括基因表达（EXP）、DNA甲基化（MET）和拷贝数改变（CNA），使用相似性网络融合（SNF）方法和LASSO算法鉴定了BRCA中潜在的自噬调节因子——SF3B3和SIRT3并探究了它们的可成药性(Acta Pharm Sin B. 2021, 11(5), 1227-1245)。该项目团队使用SNF方法获得了34个ATG基因谱（CAN、EXP和MET）的热图，揭示了三个谱中亚群之间的不同分子模式。例如，拷贝数缺失始终诱导BECN1/ULK2的低mRNA表达，BECN1/ULK2已被证明对自噬至关重要并可作为肿瘤抑制因子。揭示了CNA和EXP之间的相关性显著，如BECN1、ULK1、ATG4B。这些结果概述了BRCA亚组中ATG基因的多组学模式。基于LASSO算法，鉴定了多组学网络的BRCA候选自噬调节子。新发现的候选基因，如SF3B3，TRAPPC10，SIRT3，MTERFD1和FBXO5，被证实参与BRCA自噬的正调节或负调节。SF3B3首先被鉴定为阴性自噬调节因子，siRNA/shRNA-SF3B3在体外和体内乳腺癌模型中被证明可诱导自噬相关细胞死亡。此外，还发现了SIRT3的新型小分子激活剂1-甲基苄基氨基胺碘酮，可在体外和体内诱导自噬。该项目团队巧妙联合多组学方法和人工智能算法来鉴定一些关键的候选自噬调节因子，例如BRCA中的负调节因子SF3B3和阳性调节因子SIRT3，并强调SF3B3和SIRT3作为新的可药物靶点，填补了自噬和癌症药物开发之间的空白。
该项目团队不仅致力于自噬新调控子的发现，还深耕于自噬小分子化合物的设计与开发，从老药新用到基于靶标进行结构优化，积累了大量的活性化合物及靶标信息,并且建立了自噬调节剂数据库—ACDB数据库(http://www.acdbliulab.com/）和AMTDB数据库（https://amtdb.vercel.app/）。AMTDB是在自噬数据库ACDB基础上的新版本，包括153种癌症类型，1153种调控自噬的化合物，860个靶点和2,046个相关机制或信号通路。与国内外类似数据库比较，AMTDB同时关注自噬调节因子和靶标，并且增加了可视化和靶标预测功能的特色。除小分子化合物外，该项目团队秉持中西并行理念，同样聚焦于天然产物。基于多种整合大数据的方法，构建了ACNPD数据库（http://www.acnpd-fu. com/),其内容主要包括自噬相关靶点和通路及坏死，凋亡等信息，以期阐明活性化合物及其抗肿瘤的药理学作用机制。整个数据库包括521种化合物，涉及1593种机制，包括乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、肺癌、胃癌等10种癌症类型。
以细胞自噬调控中重要蛋白相互作用为基础，设计合成了多个抗肿瘤原创靶标小分子候选药物
该项目团队采用了多组学、实验验证特色鲜明的“诠释细胞自噬生命现象，兼顾药物靶标和分子成药性”的合理药物设计科学思路，形成了“化学生物学靶标验证-药物化学-作用机制-临床前研究”一套完整的研究体系,对于新药靶标发现、药物设计与结构优化、作用机制研究以及具有自主知识产权的 First-in-Class原创新药研究具有重要意义。
在小分子候选药物的研发过程中，系统的发展了多个连续手性中心的小分子手性药物制备关键技术，并深入探索了它们在创新手性药物研发中的应用
吲哚是许多小分子药物或先导化合物的核心药效骨架，该项目团队在构建含吲哚结构的类药化合物库方面开展了广泛的研究，成功建立了多手性中心吲哚类衍生物的高效制备方法，为后续细胞自噬调控相关创新药物的研发提供了物质基础。 该项目团队基于不同底物类型建立了α-型、β型咔啉衍生物的制备方法，通过进一步的生物学评价证实这些咔啉分子可通过有效抑制RalA、RalB和Akt1，诱导细胞凋亡和自噬，从而抑制人非小细胞肺癌细胞、结直肠癌增殖活性，为调控细胞程序性死亡，靶向RalA、RalB和Akt1的新型小分子抑制剂和抗癌药物开发提供了研究方向。吲哚螺环骨架的开发对于推动天然产物全合成、药物开发等领域的发展至关重要。基于这类结构潜在的生物活性和应用潜力，该项目团队已建立了包括金属催化、有机催化、金属/有机协同催化等多种反应模式，并系统探索了不对称催化在构建药效分子中的应用价值，同时实现了多类具有多个连续手性中心吲哚螺环全碳类化合物的构建，如吲哚-环戊二烯型、环戊烯型、环戊烷型、四氢萘型等。
小 结
该项目组历经10余年，根据多组学大数据、统计模型、生物信息系分析技术等，原创性地发展了基于细胞自噬的潜在靶标识别预测方法，并构建了细胞自噬的在线数据库工具。根据细胞自噬调控的关键蛋白及分子机制，设计合成了多个靶向ULK1、eEF2K、Beclin-1等的疾病精准治疗候选药物，并系统研究了它们在调控细胞自噬性死亡和治疗肿瘤、神经退行性疾病等方面的潜在应用价值，发展并完善了“生命现象-靶标预测与验证-药物设计-机制药效与成药性评价-临床前研究”的新药研发体系。发展了多个连续手性中心的小分子手性药物制备关键技术，切实应用在手性药物研发过程中，发表了多篇高水平SCI文章并申请发明专利,在细胞自噬调控相关靶标的识别和创新药物研发领域做出较好的成果和重要的贡献。
