Nature Chem.：选择性G蛋白抑制剂的全合成及构效关系研究工作

G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）是细胞膜表面最大的一类跨膜蛋白，大约4%人类基因编码超过800种该家族蛋白成员。GPCRs能感受细胞外的多种刺激并发生构象变化，进而将信号传递给与之结合的鸟苷三磷酸结合蛋白（G蛋白）并完成信号的首次传递。经过活化的G蛋白能够调节大量的生理活动，继而影响基因转录、细胞存活及运动、正常细胞和肿瘤细胞的生长等。GPCRs与大量正常生理活动密切相关，其异常的活化或表达，也是多种重要流行病的发病机制。GPCRs与G蛋白共同构成了最大，也是最有效的一类药物靶标，目前以GPCRs或G蛋白作为直接或间接靶标的药物占市售药物份额的30%以上。G蛋白通常被称为GPCRs信号传递过程中的分子开关，它由α、β、γ三个亚基组成。根据其α亚基的不同，G蛋白通常分为Gi、Gs、Gq和G12/13四个亚型，其中Gq亚型包括四个成员：Gq、G11、G14和G15/16，其相应的α亚基分别称为Gαq、Gα11、Gα14和Gα15/16。

天然产物YM-254890（图一 1）是从细菌Chromobacterium sp. QS3666 中分离得到的环氧酯肽，并被证实为选择性Gq蛋白抑制剂。YM-254890与Gq/i蛋白的晶体结构揭示了其作用机理：YM-254890与Gα亚基中的疏水口袋结合并稳定了GDP与Gq结合的非活化状态，阻断GDP/GTP交换而抑制Gq信号传递。此外，Fujisawa制药公司还从朱砂根中分离得到与YM-254890结构极为类似的环氧酯肽FR900359（也被称为UBO-QIC，图一 2）。与YM-254890一样，FR900359能够通过直接与Gq蛋白结合而阻止GDP的释放，从而抑制Gαq的信号传递。最新的研究结果表明，FR900359还能抑制多种恶性黑色素瘤细胞。因此，YM-254890和FR900359不仅可以做为选择性调控Gq蛋白信号传导的工具药物，还能以其为模板发展具有癌症治疗潜力的先导化合物。然而由于来源有限，目前YM-254890和FR900359均无法购得。2012年一家美国公司以十万美元的价格求购一毫克合成的YM-254890，全世界有超过238个课题组参与，但无人成功。

图一. 环氧酯肽化合物（a）及YM-254890与G蛋白相互作用（b）。图片来源：Nature Chem.

最近，来自丹麦哥本哈根大学的Kristian Strømgaard教授首次在Nature Chemistry上报道了YM-254890和FR900359、以及YM-254890的氢化衍生物YM-385780（图一 3）和YM-385781（图一 4）的毫克级全合成。（Total synthesis and structure–activity relationship studies of a series of selective G protein inhibitors. Nature Chem., 2016, DOI: 10.1038/nchem.2577）

通过逆合成分析，研究团队将整个化合物分成三个片段（图二），并巧妙的把分子中稳定性较差的酯键在溶液中形成，然后在固相上面逐一连接。分子中的双键以保护的半胱氨酸为前体，通过脱保护和消除形成。生成的链状多肽从固相解离，并在二甲基甲酰胺中环化得到天然产物。利用相同的合成策略，该课题组还以YM-254890为模板进行了初步的构效关系研究，并设计合成了十个新的天然产物类似物。

图二. 天然产物的逆合成分析。图片来源：Nature Chem.

图三. 环氧酯肽化合物的结构及合成策略。图片来源：Nature Chem.

随后的活性测试表明，合成的YM-254890对Gq蛋白的IC50低达95 nM，而合成的FR900359则表现出与分离得到的天然FR900359一致的活性（33 nM），说明新发展的合成策略切实有效。所有的YM-254890类似物均表现出一定的Gq蛋白抑制活性，但对比YM-254890都有不同程度的降低，说明YM-254890和FR900359结构完整的重要性。研究团队还研究了合成的氧酯肽对其它G蛋白亚型的抑制活性，它们对Gi和Gs蛋白无显著抑制活性，说明该类化合物是选择性的Gq蛋白抑制剂。YM-254890还对具有突变G11蛋白的肿瘤细胞有抑制作用，并且针对不同的致癌突变有选择作用，说明该类化合物能作为潜在的肿瘤治疗先导化合物。

该研究成果提供了一条有效合成选择性G蛋白抑制剂的途径，为进一步的构效关系研究及以该化合物发展工具药物或治疗药物提供了可能。

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2577.html

（本文由洞庭临沅供稿）

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