Luminespib

新型Hsp90抑制剂-吴茱萸碱衍生物偶联物：强效口服抗结肠癌新药的突破性发现 图1：代表性吴茱萸碱衍生物与Hsp90抑制剂的化学结构，以及偶联物设计原理示意图前言 结肠癌是全球发病率第三、死亡率第二的恶性肿瘤，严重威胁人类健康。化疗仍是晚期结肠癌的主要治疗手段，但传统化疗药物普遍存在肿瘤靶向性差、毒副作用大、易产生耐药性等问题，临床需求远未被满足。 天然产物及其衍生物一直是抗肿瘤药物的重要源泉，占临床抗癌药物的近50%。吴茱萸碱（Evodiamine）是从中药吴茱萸中分离得到的五环生物碱，具有广泛的生物活性，尤其是抗肿瘤作用备受关注。然而，吴茱萸碱的体内疗效不佳、正常组织毒性大、肿瘤靶向性不足等缺陷，严重制约了其临床转化。 热休克蛋白90（Hsp90）是肿瘤治疗的明星靶点——它在肿瘤细胞中高表达，并分泌到肿瘤微环境中形成胞外Hsp90（eHsp90），而肿瘤细胞能够通过内吞作用重新摄取eHsp90。这一特性使得Hsp90抑制剂成为理想的肿瘤靶向配体。 本文第一作者孙宇航（Yuhang Sun）来自海军军医大学盛春泉教授团队，长期从事天然产物衍生物的抗肿瘤药物设计与合成研究。通讯作者盛春泉教授和吴善超教授在药物化学领域深耕多年，在天然产物修饰与靶向药物设计方面积累了丰富经验。 该研究成果以"Discovery of Novel Hsp90 Inhibitor-Evodiamine Derivative Conjugates as Potent and Orally Active Antitumor Agents for Colon Cancer Therapy"为题发表在Journal of Medicinal Chemistry杂志上。 图2：Hsp90抑制剂-吴茱萸碱衍生物偶联物的整体设计策略，以代表性化合物5a为例展示课题思路 本研究的核心创新思路是：利用Hsp90抑制剂的肿瘤靶向特性，将其与吴茱萸碱衍生物通过连接子偶联，构建"靶向配体+细胞毒药物"的新型偶联分子，从而解决传统吴茱萸碱衍生物肿瘤靶向性差、体内疗效低的瓶颈问题。 在化合物设计上，研究团队进行了精心的结构规划：选择三种强效Hsp90抑制剂（AUY922、C15、EC144）作为靶向配体，选取本团队前期发现的高活性吴茱萸碱衍生物（3-氟-10-羟基吴茱萸碱1a和10-羟基吴茱萸碱1b）作为细胞毒弹头，通过不同长度和类型的连接子（氨基酸酯链、氨基甲酸酯链、苄氧基羧酸链）将二者在非蛋白结合区域进行偶联。 这一设计的精妙之处在于：Hsp90抑制剂部分保留了与eHsp90的结合能力，介导肿瘤细胞的选择性内吞；进入肿瘤细胞后，连接子在酸性微环境和酶的作用下断裂，释放出吴茱萸碱衍生物发挥细胞毒作用。这种"靶向递送-定点释放"的策略，既提高了肿瘤部位的药物浓度，又降低了对正常组织的毒性。 研究团队系统合成了三大系列共18个偶联物，通过体外活性筛选、机制验证和体内药效评价，最终获得了成药性优异的先导化合物5a，为天然产物衍生物的抗肿瘤靶向治疗提供了全新的研发范式。 图3：偶联物设计原理详解：在Hsp90抑制剂的非蛋白结合区引入吴茱萸碱衍生物弹头研究过程和结果一、化学合成：四大合成路线构建多样化偶联物库 研究团队设计了四条合成路线，系统构建了结构多样的Hsp90抑制剂-吴茱萸碱衍生物偶联物库。第一条路线以Boc保护的氨基酸为连接子，通过酯化反应将其连接到吴茱萸碱衍生物的10位羟基上，脱除Boc保护后与Hsp90抑制剂AUY922的羧基进行酰胺化缩合，得到第一系列化合物5a-f。 第二条路线采用氨基甲酸酯型连接子，通过对硝基苯基氯甲酸酯活化羟基，再与Boc-氨基哌啶发生取代反应，最后与AUY922偶联，得到化合物5g-h。第三条路线则以C15和EC144为Hsp90抑制剂配体，通过苄氧基羧酸连接子与吴茱萸碱衍生物偶联，得到第二、第三系列化合物9a-f和11a-f。 第四条路线合成了苄基保护的阴性对照化合物Bn-5a，用于验证eHsp90介导的靶向摄取机制。所有目标化合物均经过核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱确证结构，HPLC纯度均大于95%，确保了后续生物活性评价的可靠性。 图4：目标偶联物对拓扑异构酶Top1和Top2的抑制活性柱状图（100 μM浓度下）二、体外活性筛选：发现纳摩尔级强效先导化合物5a 研究团队首先采用pBR322 DNA松弛实验评价了所有偶联物对拓扑异构酶Top1和Top2的抑制活性。结果显示，大部分偶联物保持了母体化合物的Top2抑制活性，其中5a、5c、5f、5g、9b、9c等化合物的Top2抑制活性甚至强于阳性对照依托泊苷（VP-16），而Top1抑制活性相对较弱。 随后的细胞水平抗肿瘤活性筛选带来了令人振奋的结果。在结肠癌细胞HCT116上，多数偶联物展现出纳摩尔级的强效抑制活性，IC₅₀值范围为7.7-237.6 nM。其中，以AUY922为配体、1a为弹头、最短甘氨酸连接子的化合物5a表现最优，对HCT116细胞的IC₅₀低至7.7 nM，优于母体化合物1a（IC₅₀ = 10.2 nM）。 更重要的是，5a对正常细胞HUVEC的毒性显著降低（IC₅₀ = 74.2 nM），与母体1a相比毒性降低了约7倍，肿瘤选择性指数大幅提升。这一结果初步验证了靶向偶联策略的成功——在增强抗肿瘤活性的同时，显著降低了正常组织毒性。 图5：化合物5a诱导HCT116细胞G2/M期阻滞和凋亡的实验结果，呈现明显的剂量依赖性三、机制验证：双重靶点抑制与靶向摄取的协同效应 为深入阐明作用机制，研究团队从多个维度对先导化合物5a进行了系统验证。在Hsp90抑制活性方面，荧光偏振实验显示5a对Hsp90蛋白的IC₅₀为19.4 nM，接近阳性对照Ganetespib（8.4 nM）和AUY922（8.8 nM），证明偶联后Hsp90结合活性得到了很好的保留。 分子对接研究进一步揭示了结合模式：5a中的Hsp90抑制剂部分嵌入Hsp90的ATP结合口袋，形成多个氢键和疏水相互作用，结合能达-11.0 kcal/mol；同时吴茱萸碱部分也能与Top1和Top2形成稳定结合，结合能分别为-7.0和-8.0 kcal/mol。这为5a的双重靶点抑制提供了结构层面的解释。 细胞摄取实验是验证靶向机制的关键。结果显示，HCT116细胞对5a的摄取效率是母体1a的10倍，3小时达到峰值；而阴性对照Bn-5a（苄基封闭Hsp90结合位点）的摄取量仅为5a的1/32。此外，5a在肿瘤细胞中的摄取量远高于正常HUVEC细胞。这些数据有力证明了5a是通过eHsp90介导的内吞作用实现肿瘤靶向富集的。 细胞机制研究表明，5a能够浓度依赖性地诱导HCT116细胞G2/M期阻滞和凋亡——100 nM浓度下G2/M期细胞比例高达88.34%，凋亡率达43.92%。同时，5a还能显著抑制肿瘤细胞的侵袭转移能力。 图6：Hsp90抑制活性曲线、分子对接结合模式以及细胞摄取实验结果四、体内药效：口服有效，肿瘤生长抑制率超60% 体内抗肿瘤药效是检验药物成药性的金标准。研究团队采用HCT116结肠癌裸鼠移植瘤模型，分别评价了腹腔注射和口服两种给药方式的疗效。 腹腔注射给药21天后，5a呈现出显著的剂量依赖性抗肿瘤效果：6 mg/kg剂量组肿瘤生长抑制率（TGI）为63.1%，12 mg/kg剂量组TGI高达72.9%。这一疗效显著优于同等剂量的母体1a（TGI = 19.0%）、Hsp90抑制剂AUY922（TGI = 47.0%），甚至优于二者联合给药（TGI = 41.8%）。更难得的是，5a组小鼠体重无明显下降，而AUY922组和联合给药组均出现体重减轻，证明5a的系统毒性更低。 口服给药的结果更加令人振奋。24 mg/kg剂量下，5a的肿瘤生长抑制率达到61.2%，而母体1a仅为13.5%，AUY922仅为21.9%，联合给药也只有25.6%。5a口服有效，且各剂量组小鼠体重均无异常变化，安全性良好。 组织病理学分析进一步证实了5a的疗效与安全性：肿瘤组织中Ki67增殖标志物显著降低，TUNEL凋亡信号明显增强；而心、肝、脾、肺、肾等主要脏器形态正常，未见明显病理损伤。 图7：化合物5a在HCT116裸鼠移植瘤模型中的体内抗肿瘤活性（腹腔注射和口服给药） 图8：口服给药后肿瘤及主要脏器的组织学分析，验证5a的抗肿瘤疗效与系统安全性结语 本研究创新性地提出了"Hsp90抑制剂介导的肿瘤靶向递送"策略，成功将天然产物吴茱萸碱衍生物改造为具有肿瘤靶向性的强效偶联药物。先导化合物5a兼具Top1/Top2双重抑制和Hsp90抑制活性，体外抗结肠癌活性达纳摩尔级，正常细胞毒性降低7倍；体内口服给药肿瘤生长抑制率达61.2%，且安全性良好。 这项研究的最大亮点在于：首次将Hsp90抑制剂作为靶向配体应用于天然产物衍生物的偶联设计，巧妙利用eHsp90的肿瘤特异性内吞特性，解决了长期困扰天然产物药物的靶向性难题。同时，该偶联策略具有良好的普适性，可为其他天然产物来源的细胞毒药物的靶向改造提供重要借鉴。 从吴茱萸碱到5a，从非选择性细胞毒到靶向性偶联药物，这项工作不仅获得了一个极具开发潜力的抗结肠癌先导化合物，更为天然产物药物的现代化改造开辟了一条全新的技术路径。 DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5c02943 专注创新药物早期发现，涵盖小分子抑制剂、多肽生物药、纳米给药系统方向。本号聚焦前沿文献解读、药物发现思路分享，欢迎高校、医院、公司科研工作者留言讨论科研思路、实验方案，一起交流学术、碰撞新药创新灵感！ 作者微信：caoshuang10191986

心血管疾病是全球范围内导致死亡和致残的首要原因，血栓形成是其核心病理基础。目前临床常用的抗血小板药物（如阿司匹林、氯吡格雷）虽然能有效抗栓，但也伴随出血风险增加。因此，开发兼具强效抗血栓作用与低出血风险的新型药物，是心血管药物研发长期面临的重大挑战。 近日，中国科学院生物物理研究所王磊研究组、江涛研究组及华中科技大学同济医学院方超研究组在Science Advances期刊发表题为Luminespib and AZ5104 are effective antithrombotic drugs via targeting the platelet Ero1α-PDI pathway 的研究论文。该研究首次发现两种临床期药物——Luminespib（靶向Hsp90的抗肿瘤临床期药物，又名AUY922）和AZ5104（靶向EGFR的抗肿瘤药物奥希替尼的代谢物）——可通过抑制血小板的Ero1α-PDI氧化折叠系统，实现强效抗血栓且不增加出血风险，为抗血栓药物研发开辟了新方向。 蛋白质二硫键异构酶（PDI）是血小板表面整合素αIIbβ3激活的关键调控因子，抑制PDI活力被认为能有效抗血小板聚集和抗血栓同时不增加出血风险，因此近年来针对PDI的新型抗血栓药物研发方兴未艾【1】。生物物理所王磊/王志珍研究组多年来围绕PDI的活力调节及其在内质网稳态中的作用取得了系列性成果【2】，明确了氧化态而非还原态PDI才能引起血小板聚集和粘附，并且PDI的氧化状态需要依靠其上游巯基氧化酶Ero1α来维持【3】。鉴于现有PDI或Ero1α抑制剂普遍具有特异性差、生物利用度低的问题，研究组率先提出靶向Ero1α-PDI特异的互作界面作为Ero1α-PDI相关疾病药物开发的新策略【4】。根据这一思路，研究团队设计了一套精巧的包括正向和负向筛选的三级高通量筛选平台，从FDA批准的临床期化合物库中筛选出Luminespib和AZ5104两个小分子。有意思的是，这两种化合物并非直接攻击氧化还原酶的活性中心，而是特异且可逆地结合PDI上一个独特的底物识别疏水口袋，阻断Ero1α与PDI的功能互作，别构抑制Ero1α-PDI电子传递链，因此并不影响其它PDI家族成员的活性。 在血小板上，两种药物剂量依赖性地抑制了整合素αIIbβ3的激活和血小板凝结。更关键的是，在血小板特异性敲除Pdi或Ero1a的小鼠上，这两种药物的抗血小板作用几乎完全消失，说明它们的活性严格依赖于Ero1α-PDI通路而非其它靶点。同时这种抑制作用具有可逆性，为降低出血风险提供了重要保障。Luminespib和AZ5104表现出独特的双重抑制模式：一方面阻断了血小板表面Ero1α-PDI驱动的整合素αIIbβ3活化，另一方面还抑制了血小板内部由同一通路介导的钙信号。在激光诱导的动脉血栓模型和氯化铁诱导的颈动脉血栓模型中，两种药物均显著抑制了血栓形成的进程。重要的是，这两种化合物都没有延长小鼠的尾出血时间，与阿司匹林联用也不额外增加出血风险——这无疑为它们的后续临床转化增添了重要的安全筹码。 该研究不仅发现Luminespib和AZ5104可作为新型抗血栓候选药物，更提出了靶向Ero1α-PDI互作界面的变构抑制策略，为抗血栓药物研发开辟了兼顾疗效与安全性的新路径。鉴于Ero1α-PDI系统也是极具前景的抗癌靶点，Luminespib和AZ5104有望在肿瘤合并高血栓风险的癌症患者中发挥“一石二鸟”的治疗作用。 中科院生物物理所王磊研究员、江涛研究员、华中科技大学同济医学院方超教授为该论文的共同通讯作者，中科院生物物理所博士研究生孙硕、副研究员宫维斌、华中科技大学同济医学院博士后吕珂玉为论文的共同第一作者。北京大学医学部付毅团队为该项工作做出了重要贡献。 图：Luminespib和AZ5104抑制血小板活化和聚集的分子机制示意图。 原文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg2095 制版人： 十一 参考文献 [1]Jiang L, Yuan C, Flaumenhaft R, Huang M. Recent advances in vascular thiol isomerases: insights into structures, functions in thrombosis and antithrombotic inhibitor development. Thromb J. 2025, 23:16. [2] Wang L, Wang CC. Oxidative protein folding fidelity and redoxtasis in the endoplasmic reticulum. Trends Biochem Sci. 2023, 48:40-52. [3]Wang L, Wang X, Lv X, Jin Q, Shang H, Wang CC, Wang L. The extracellular Ero1α/PDI electron transport system regulates platelet function by increasing glutathione reduction potential. Redox Biol. 2022, 50:102244. [4]Wang L, Yu J, Wang CC. Protein disulfide isomerase is regulated in multiple ways: Consequences for conformation, activities, and pathophysiological functions. Bioessays. 2021 43:e2000147. 学术合作组织 （*排名不分先后） 战略合作伙伴 （*排名不分先后） · 推荐直播 · 转载须知 【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。 BioArt Med Plants 人才招聘 点击主页推荐活动 关注更多最新活动！