美国佛罗里达州坦帕市莫菲特癌症中心和研究所免疫学系
化学生物学核心，莫菲特癌症中心和研究所，坦帕，佛罗里达州，美国
肿瘤科学系，南坦帕大学，美国佛罗里达州
肿瘤科学系，南坦帕大学，美国佛罗里达州
美国佛罗里达州坦帕市莫菲特癌症中心和研究所药物发现部
美国佛罗里达州坦帕市莫菲特癌症中心和研究所免疫学系
DOI: 10.15761 / ICST.1000283
萨力多胺于1956年在德国首次开发，因其用于妊娠呕吐和镇静[1]时的致畸性而臭名昭著。从20世纪50年代末到1962年，这种药物的使用迅速扩大到48个国家，在这些国家，它导致了数千名儿童的出生缺陷，包括先天性心脏病、肢体发育畸形和眼部异常。虽然最初的临床前数据表明沙利度胺在啮齿类动物中具有可接受的安全性，但在怀孕动物中进行试验当时并不是强制性的做法[2]。萨利度胺的悲剧迅速导致全世界医疗产品开发过程的重大改变，1962年颁布了美国联邦食品、药品和化妆品法修正案，要求对新药进行更严格的临床前测试[3]。
在21世纪初，沙利度胺被重新用于临床，作为一种有效的抗血管生成[4]和免疫调节化合物[5]，用于治疗多发性骨髓瘤(MM)、骨髓增生异常综合征(伴有5q [del (5q) MDS]染色体缺失)和其他血液系统恶性肿瘤[6,7]。根据FDA的一项指令，该药物被批准用于癌症治疗，该指令要求进行常规妊娠检查，并分发书面和口头警告，告知患者沙利度胺对胎儿发育[8]的有害影响。许多研究已经证实，萨力度胺及其相关类化合物(也称为免疫调节药物，IMiD®)与人类、斑马鱼、鸡和啮齿动物在妊娠特定时期给予的致畸形性之间的关系[1,9-12]。
在萨力度胺悲剧发生50年后，Takumi Ito和他的同事通过在斑马鱼和鸡[12]上进行的细致研究，揭示了这种药物的分子机制。Cereblon (CRBN)被认为是免疫调节化合物的直接靶点，也是众多DDB1和cul4相关因子(DCAFs)之一，通过泛素化和随后的蛋白酶体识别指导蛋白质周转。Cereblon作为DDB1-CUL4A-Roc1-RBX1 E3泛素连接酶复合物的底物招募模块[12,13]，免疫调节化合物沙利度胺、来那度胺、波马度胺和阿瓦多胺(图1)通过吸引Ikaros、Aiolos、[14]和酪蛋白激酶1α (CK1α)[15]作用于DDB1-CUL4A-Rbx1复合物(图2)。现在已经证实，Ikaros和Aiolos的免疫调节药物依赖性降解增强了人类T细胞[16]，并负责人类MM细胞[17]的细胞毒性。来那度胺可选择性靶向CK1α降解，从而产生一种与del(5q) MDS[18]的临床反应唯一相关的凋亡表型。
图1所示。沙利度胺及其免疫调节类药物的结构。
图2。结合Cereblon激活的免疫调节-药物机制模型。
尽管我们对免疫调节药物及其分子机制的理解取得了进展，但由于最初的错误安全报告，小鼠和其他啮齿类动物对免疫调节化合物“有耐药性”的观点已经广泛流传。在CRBN的萨力度胺结合域(TBD)中，对脊椎动物物种的序列检查显示，CRBN除了三个氨基酸(Cys366人对Ser369小鼠、Glu377人对Val380小鼠和Val388人对Ile391小鼠)[19]外，结构上都很保守。有趣的是，Ile391也存在于鸡的CRBN和除飞行狐猴以外的所有非哺乳动物脊椎动物中。目前的结构研究已经证实了免疫调节药物是如何在CRBN及其药物依赖的结合伙伴CK1α[15]之间形成分子桥梁的。有趣的是，Ile391引入了空间位阻，减少了所有二级结构中含有保守β-发夹环的已知新底物的结合，包括CK1α， Ikaros和Aiolos[15]。显然，在来那度胺- crbn - ck1 α相互作用中，在Val388处形成了额外的范德华力，使复合物稳定并增强了底物[15]的泛素降解。
与目前关于Ile391作用的前提一致，我们证实Ikaros泛素介导的降解在小鼠T细胞和多发性骨髓瘤肿瘤细胞[19]中不发生。我们还证实了小鼠T细胞在白细胞介素-2产生和增殖方面的功能性耐药性。小鼠多发性骨髓瘤细胞系在免疫调节药物治疗后没有显示凋亡的证据，而对几种人多发性骨髓瘤细胞系的抑制则明显。在大多数小鼠和人类细胞系中，CRBN蛋白表达水平相似，这与小鼠细胞对免疫调节药物具有固有耐药性的可能性相一致，因此在CRBN功能方面存在根本差异。这也与Ikaros/CK1α的募集确实与T细胞增强有关[15,19]，与这些药物在人肿瘤细胞中的细胞毒性作用有关[15,19]的观点相一致。
因此，Ile391对免疫调节药物反应的负面影响提出了关于CRBN在啮齿动物和其他拥有这种氨基酸变体的脊椎动物中的生理性能的关键问题。如果非药物诱导的CRBN底物(即原生底物)包含CK1α、Ikaros和Aiolos中类似的β-发夹保守结构，那么Val388可能代表通过哺乳动物进化适应选择的功能不激活的变体。通过理论建模研究和对几种CRBN TBD序列变体的正交药物结合试验，我们证明了Ile391 CRBN TBD蛋白不改变其与免疫调节药物[19]的结合亲和力，这表明该变体可能至少保留了一些生理特性。
考虑到保守的免疫调节药物结合特性，我们假设目标招募可能被Ile391或其他CRBN的变体选择性地破坏。由于所有已知的免疫调节药物诱导的新底物募集都是通过与保守的β-hairpin-loop结构的相互作用进行的，我们开发了一种名为蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)的新技术来取代CRBN[20]的底物结合能力。这项新技术最早是在十多年前发展起来的，作为一种选择性识别细胞内蛋白质并触发其破坏的手段，用于科学和治疗应用。这些化合物含有互补的双功能成分，1)与特定蛋白质相互作用，2)与E3连接酶结合，触发蛋白酶体介导的特定蛋白质降解。沙利度胺相关化合物是PROTAC技术的关键组成部分，因为它们在劫CRBN/DDB1/Cul4A/Rbx1 E3泛素连接酶复合体方面的保真性(20)．我们使用一种降解BET结构域蛋白[21]的沙利度胺- jq1 PROTAC - dBET1，研究了小鼠CRBN的e3 -泛素连接酶功能。有趣的是，我们证明了小鼠CRBN可以结合含有类似结合亲和力的PROTACs的沙利度胺，触发CRBN依赖的BRD4降解，从而证实了CRBN/DDB1/Cul4A/Rbx1复合体在小鼠细胞中具有功能。
我们有理由认为，V388I突变和Ikaros、Aiolos和CK1α降解减少相关的耐药机制。然而，鸡CRBN和其他脊椎动物物种也表现出这种突变，但表现出对萨力度胺的敏感性。沙利度胺治疗后crbn依赖性发育缺陷已在几个含有ile391的物种[12]中明确显示。因此，致畸性和免疫调节药物的其他作用可能是通过一种独特的机制发生的。CRBN在细胞内与钙活化钾通道和代谢传感器腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)相互作用，后者抑制其活化及其下游靶向雷帕霉素(mTOR)的哺乳动物靶点[22-24]。综上所述，这些数据表明，CRBN可能存在多种内源性底物，免疫调节药物可能通过不同的机制影响其生理功能。一项研究特别提出，CRBN作为质膜糖蛋白CD147和单羧酸转运体MCT1的伴侣，具有泛素独立的作用，该转运体可运输乳酸[25]。在这项研究中，研究人员表明CD147-MCT1复合体对调节细胞代谢和成纤维细胞生长因子8的表达至关重要，该转录因子据报道可介导斑马鱼和鸡[12]中沙利度胺相关的致畸性。此外，通过精心设计的实验，这些研究人员表明，沙利度胺治疗会使CD147- mct1复合体不稳定，而吗啡啉诱导的CD147缺失会抑制类似于沙利度胺的肢体发育。总的来说，该研究表明CD147-MCT1复合物的不稳定是免疫调节药物诱导的致畸性的原因，而不是已建立的新底物[25]的降解。
很少有医疗灾难达到与萨力多胺相关的致畸程度，并在其后果中产生如此普遍的后果。萨力多胺的分子靶点的阐明被广泛赞誉为重大的科学突破。对与人类PROTAC化合物临床前开发相关的CRBN生物学方面的洞察可能会持续几十年。然而，我们强调了使用靶向crbn的PROTAC化合物的潜在缺点，因为它们都可能具有致畸的潜力，但应该在临床前开发期间在啮齿动物和其他相关动物模型中进行测试。使用这些新制剂，我们可能会了解CRBN在蛋白质调节中的生理作用，因为很明显，它在蛋白酶体和非蛋白酶体相关的细胞调节以及胎儿发育中都起着重要作用。
Hiroshi宫本茂
罗切斯特大学医学中心
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收稿日期:2018年7月28日
录用日期:2018年8月18日
出版日期:2018年8月22日
©2018 Akuffo AA。这是一篇开放获取的文章，根据创作共用署名许可协议(Creative Commons Attribution License)发布，该协议允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。
Akuffo AA, Alontaga AY, Lawrence HR, Lawrence NJ, eplin - burnette PK(2018)关于小脑cul4型E3连接酶底物受体功能守恒的争议。综合癌症科学治疗5:DOI: 10.15761/ICST.1000283
图1所示。沙利度胺及其免疫调节类药物的结构。
图2。结合Cereblon激活的免疫调节-药物机制模型。
