2019年11月18日訊/
生物谷BIOON/---亨廷頓舞蹈病（Huntington's disease, HD）是已被最廣泛研究的四種主要神經退行性疾病之一。它的臨床症狀包括不受控制的舞蹈樣行為（即舞蹈病）以及認知不足和精神異常。鑑於導致這種疾病的亨廷頓蛋白突變體（mutant huntingtin, mHTT, 突變型HTT）的生化活性尚未表徵，因此通過傳統藥物發現方法發現阻斷這些致病性蛋白生物活性的抑制劑並不可行。
圖片來自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1722-1。
在一項新的研究中，來自中國復旦大學的研究人員致力於解決這個問題。他們制定出一種創新的藥物發現方法：使用自噬體連接化合物（autophagosome-tethering compound, ATTEC）來降解致病性蛋白並治療這種疾病。他們進行了一項巧妙設計的篩選：採用了小分子微陣列和前沿光學技術，成功地識別出四種
小分子化合物，它們都能特異性地降低引起亨廷頓舞蹈病的蛋白。相關研究結果近期發表在Nature期刊上，論文標題為「Allele-selective lowering of mutant HTT protein by HTT–LC3 linker compounds」。論文通訊作者為復旦大學的Yu Ding教授、Yiyan Fei教授 和Boxun Lu教授。論文第一作者為復旦大學的Zhaoyang Li、Cen Wang、Ziying Wang和Chenggang Zhu。
「小分子膠（small molecule glue）」可幫助自噬體「吞噬」致病性蛋白鑑於傳統方法對mHTT不可行，因此這些研究人員提出了一個全新的想法，即通過利用自噬---細胞內的蛋白降解過程---降解mHTT。在自噬過程中，關鍵蛋白LC3發生脂化並擴展成雙膜結構，然後這種雙膜結構吞噬蛋白、脂質、細胞器和其他降解產物並形成完整的自噬體。自噬體隨後與溶酶體融合在一起，自噬體吞噬的物質被降解。
但是，如果發生非特異性增強，自噬會降解所有被吞噬進自噬體的蛋白，包括在神經保護中起作用的正常野生型亨廷頓蛋白（HTT）。這可能會弄巧成拙。
為了鑑定出僅降解mHTT而不會降解野生型HTT的化合物，這些研究人員設想了一種充當「自噬體連接化合物」（ATTEC）的「小分子膠」，它可以將LC3和mHTT結合在一起，從而使得mHTT被吞噬到自噬體中以便隨後遭受降解。同時，ATTEC不與野生型HTT蛋白相互作用，因而不會影響野生型HTT蛋白。通過篩選、驗證和初步搜索結構相似的化合物，他們鑑定出四種具有所需特性的化合物。
在這一點上，這四種鑑定出的化合物具有將mHTT連接到自噬體上而不影響野生型HTT的潛力，但是它們是否確實如預期的那樣在降解mHTT中起作用，還需要進一步驗證。這些研究人員發現這四種化合物在大約10～100納摩爾濃度下顯著降低HD小鼠神經元、HD患者細胞和HD果蠅模型中的mHTT水平，而且對野生型HTT水平的影響很小。令人興奮的是，這四種化合物中至少有兩種能夠穿過血腦屏障，並且小劑量腹腔內注射會顯著降低HD小鼠皮質和紋狀體中的mHTT水平，而不會影響野生型HTT水平。它們還顯著改善了疾病相關表型，這就為開發口服或注射用HD藥物提供了切入點。
鑑定這樣的ATTEC是充滿挑戰性的。大約2000種化合物中只有一種具有所需的特性。因此，長期以來，發現ATTEC是這個研究項目的主要障礙。復旦大學的Yiyan Fei教授課題組的參與使這成為可能。Yiyan Fei課題組開發出一種基於小分子微陣列和斜入射反射率差異（oblique-incidence reflectivity difference, OI-RD）技術的新型高通量化合物篩選平臺，該平臺快速、靈敏、無需標記、高通量。它可以從由成千上萬個
小分子化合物組成的化學物文庫中鑑定出與靶蛋白相互作用的化合物。
這些研究人員將近4000種小分子化合物壓印在晶片上，並讓靶蛋白質流過晶片。如果樣品與固定在晶片上的特定化合物結合，那麼該位置的分子層會變厚，這會產生可以通過靈敏的光學方法（即OI-RD）檢測到的微小變化。通過使用這種最先進的篩選方法，他們發現了兩種可以與LC3和mHTT蛋白結合但不與野生型HTT結合的小分子。在研究了一組具有相似結構的
小分子化合物後，他們總共鑑定並驗證了四種結合LC3和突變型HTT的ATTEC。
自噬連接化合物可能會為藥物發現打開新的窗口這些研究人員進一步探索了這些
小分子化合物可以區分突變型和野生型HTT蛋白的內在機制，其中除了穀氨醯胺重複序列（polyQ）的長度存在差別外，突變型和野生型HTT蛋白幾乎是相同的。結果表明這些化合物與僅出現在mHTT中的過長polyQ片段結合。
基於此，這些研究人員意識到這些
小分子化合物的應用可能遠不止於對亨廷頓舞蹈病的潛在治療。九種人類疾病被稱為polyQ疾病，這是因為它們都是由含有過長polyQ的特定突變蛋白引起的。在這九種疾病中，III型脊髓小腦共濟失調（spinocerebellar ataxia type III, SCA3）在中國人群中最為常見。
SCA3的臨床症狀包括運動不協調，無法保持身體姿勢和平衡，並伴有可能的眼球突出、反射亢進、面部肌肉抽搐、肌腱症狀和其他症狀。利用來自復旦大學附屬華山醫院Jian Wang教授課題組的Yimin Sun博士提供的SCA3患者細胞，這些研究人員發現這些化合物可以有效降低導致這種疾病的ATXN3蛋白突變體（polyQ長度為74，即具有74個穀氨醯胺）的水平，而不會影響野生型ATXN3（polyQ長度為27）。
當談到這項研究的未來發展和應用時，復旦大學生命科學學院的Boxun Lu教授說：「這些化合物不僅可以有效治療亨廷頓舞蹈病，而且還可以應用於其他的polyQ疾病。使用自噬體連接化合物進行藥物開發的概念也可以應用於無藥可靶向的（undruggable）的其他致病性蛋白，甚至可以應用於非蛋白的致病性物質，比如細胞器或脂質。」（生物谷 Bioon.com）
參考資料：1.Zhaoyang Li et al. Allele-selective lowering of mutant HTT protein by HTT–LC3 linker compounds. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1722-1.