什么是细胞坏死及抗细胞坏死小分子化合物的筛选研究

细胞在不利因素的影响下,其正常代谢活动容易受损或中断会引起损伤和死亡,如病原体造成的机体细胞的被动死亡。通过化合物筛选,来筛选抗细胞坏死小分子抑制剂是进行抗坏死药物开发的一个重要方向。

人们发现有一部分小分子对细胞凋亡和细胞坏死有着调控作用,通过研究某些对细胞坏死具有调控作用的化合物构效关系,并进行化合物筛选出抗细胞坏死的化合物,对于抗细胞坏死的新药开发以及细胞死亡的机理研究都有着重要意义。细胞凋亡和细胞坏死是细胞死亡的两种方式,它们是多细胞生命活动中的重要机制,对保证机体的正常运行有着重要的意义。

小分子化合物一直是是新药的源泉,为很多疾病的治疗提供了重要基础。通过进行大量不同化学结构的化合物筛选,并对筛选出来的先导化合物做进一步优化,将大大加速创新药的研发步骤。美迪西是一家临床前CRO公司,拥有集化合物合成、化合物活性筛选、结构生物学、药效学评价、药代学评价和毒理学评价为一体的符合国际标准的综合技术服务平台,提供新药研发外包服务。

1、什么是细胞坏死

细胞坏死是极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激引起的细胞损伤和死亡,属于非正常死亡。长期以来细胞坏死被认为是因病理而产生的被动死亡,但是近期的研究表明,细胞坏死可能是细胞“程序性死亡”的另一种形式,具有包括引发炎症反应在内的重要生理功能。当细胞凋亡不能正常发生而细胞必须死亡时,坏死作为凋亡的“替补”方式被采用。

细胞死亡是维持多细胞生物组织结构稳态的重要手段,细胞死亡包括细胞凋亡和程序性坏死两种重要类型,两种细胞死亡类型的最关键区别是细胞膜完整性,细胞凋亡是保持细胞膜完整性的细胞萎缩,即使到最终的细胞片段形成仍保持细胞膜包绕,这种死亡方式的最大特点是能限制炎症反应的过度发生。

而程序性坏死的特征表现是细胞膜完整性的破坏,导致细胞内物质释放,细胞内物质释放会引起明显的炎症反应。多细胞生物进化出两类细胞死亡方式各有重要意义,例如肿瘤的发生就是细胞凋亡无法正常执行,导致细胞过度增生,所以许多肿瘤治疗方法是通过提高细胞凋亡实现。细胞坏死在发育、对抗病毒感染和引起组织损伤等方面也具有十分重要作用。由于细胞坏死和炎症反应关系更密切,因此,最近10多年,许多生物学家对这一细胞死亡现象十分关注。

在程序性坏死的信号传导机制研究方面,比较明确的是一种细胞死亡复合物,这种细胞死亡复合物关键的功能分子是两个蛋白激酶RIP1RIP3传递死亡信号。我国有研究者发现了RIP3的特异性底物蛋白MLKL是拥有激酶结构域但无激酶功能的假激酶,MLKL磷酸化是细胞程序性坏死通路中不可或缺步骤。

2、抗细胞坏死小分子化合物筛选研究

对细胞坏死信号通路中RIPK1RIPK3MLKL的鉴定及功能的研究,让细胞坏死信号的具体转导和调控分子机制被逐步揭示。虽然MLKL被证明是细胞坏死的最终执行者,但是对于MLKL如何转移到细胞膜并造成细胞膜的通透性改变,还有待进一步研究。程序性细胞坏死在很多疾病中都有非常重要的作用,因此抗坏死药物开发也是目前的一个重要研究方向。研究者进行了抗细胞坏死小分子抑制剂的筛选,

研究者以TNF-α、SmacmimeticZ-VAD.fmk诱导程序性细胞坏死的筛选方法,他们对含31万化合物的小分子库进行抗细胞坏死活性筛选,最终得到约180个活性苗头化合物。结合三维结构分类、不同细胞死亡活性比较及细胞坏死关键标志物检测等方法,对苗头化合物在细胞坏死信号通路中的作用节点及方式进行了初步分析和分类,得到类Nec-1、类NSA及新型抗坏死分子等多种类别化合物。

在mRIPK3聚合诱导细胞坏死、Thermalshiftassay等其他筛选方法中研究者还得到一类通过抑制RIPK3激酶活性的抗坏死活性化合物,根据筛选目的,最终对C236N12S37J14两个苗头化合物进行了抗坏死分子机理的深入研究。通过生物化学和化学生物学等方法,最终确定这两个小分子都以MLKL作为作用靶标蛋白,通过共价结合MLKLCys86位点对MLKL进行修饰,阻断其形成多聚体及向膜结构的转移,从而起到抑制细胞坏死的作用。

在研究的过程中,开发出了通过诱导RIPK3MLKL形成聚合体,而不依赖上游信号转导过程,直接激活细胞坏死的坏死诱导系统。该系统对于抗坏死小分子药物的筛选、活性分子作用位点判断及细胞坏死信号激活机制的研究都有非常重要的作用。通过对C236N12的构效关系研究和结构优化,最终研究者将其抗细胞坏死活性EC50优化到约为2nM,有望开发为高特异性的抗坏死前体药物。

随着程序性细胞坏死分子机制研究的深入,这种研究模式将逐渐成为许多疾病研究的标准模式,在早期的这些学者,将为以后的大量研究提供关键研究方法。进行抗细胞坏死小分子化合物筛选研究,为研究细胞坏死的分子机理进行了进一步深入探索。