客户合作文章基本信息
内容简介
浓度驱动的跨膜被动扩散被广泛认为是小分子药物吸收的主要机制。按照这种理论,常规的非极性小分子(Ro5类,分子量<500 Da)更易通过细胞脂膜的高疏水性核心,以被动扩散方式跨膜,而分子量超过这个标准的分子无法被动穿透质膜。这一规律在一定程度上限制了药物的研发与优化。然而实践表明一些超规药物(eRo5/bRo5,如PROTAC)仍能高效被细胞摄取,被动扩散机制无法解释这一现象。
近日,来自美国德克萨斯大学、阿肯色大学和杜克大学的研究团队发现CD36是PROTAC及多种超规药物的膜受体,通过EEA1/Rab5依赖的内吞途径转运药物。通过前药修饰增强PROTAC与CD36的结合,在不牺牲溶解性和稳定性的前提下可以提升其摄取效率和抗肿瘤活性。该机制适用于多种结构、靶点和分子量的超规药物。本研究破解了传统药物研发中溶解性、通透性和稳定性的拮抗矛盾,为超规药物的设计优化提供了新靶点和新策略,对临床药物研发具有重要指导意义。
产品应用
APExBIO为本文研究提供了ABT-263(Navitoclax,A3007)。Navitoclax可以通过抑制BCL-2/BCL-XL激活细胞凋亡,分子量973Da,属于超规小分子。本研究显示细胞对Navitoclax的摄取及毒性效应依赖CD36介导的内吞。在癌细胞中敲低CD36后,细胞对Navitoclax的敏感性显著下降,而恢复CD36表达可逆转这一现象。该结果直接证实CD36是超规小分子的关键转运受体
核心发现
研究团队用生物素标记的PROTAC探针,对LNCaP细胞膜蛋白做生物素下拉实验,再通过质谱和Western blot鉴定结合蛋白。实验结果证实CD36是探针结合的主要膜蛋白,还检测到内吞相关蛋白。SPR检测显示,PROTAC探针与CD36的结合亲和力,高于CD36的天然配体棕榈酸。后续用无生物素标记的同源PROTAC做竞争结合实验,发现它能抑制探针与CD36结合,证明结合特异性。综上所述,CD36是PROTAC的特异性膜靶点。

研究团队在LNCaP、22Rv1、HCC1806细胞中用shRNA敲低CD36,再通过Western blot、UPLC-MS、MTT和克隆形成实验检测PROTAC作用。CD36敲低后,PROTAC在细胞内浓度下降,无法降解靶蛋白或抑制癌细胞生长。过表达CD36则能恢复PROTAC的作用。敲低内吞关键分子EEA1/Rab5,PROTAC的作用也减弱,说明PROTAC依赖EEA1/Rab5内吞级联。裸鼠肿瘤实验中,PROTAC能抑制对照组肿瘤生长,对CD36敲低组无效。且常规小分子药物紫杉醇不依赖CD36,证明这是PROTAC特有途径。综上所述,CD36介导的、依赖EEA1/Rab5的内吞,是PROTAC入胞的必需途径,决定其体内外活性,且与传统药物被动扩散不同。

研究团队以荧光素标记的PROTAC为探针,并以低分子量荧光探针作为对照,通过共聚焦显微镜观察正常细胞、CD36敲低细胞、EEA1敲低细胞及Rab5敲低细胞中探针的荧光强度与定位。实验结果显示,PROTAC荧光探针在孵育30分钟内即可实现细胞内定位;而当CD36、EEA1或Rab5被敲低后,细胞内探针荧光几乎完全消失,对照探针的细胞摄取则不受影响。进一步研究中,将同源PROTAC与荧光探针共孵育,发现同源PROTAC可竞争性抑制荧光探针的细胞摄取,证实PROTAC与CD36结合的特异性。研究团队还观察到PROTAC荧光探针与早期内体标志物EEA1存在共定位,且该现象在CD36敲低后消失。此外,延长PROTAC探针的linker或增加其分子量,均未影响CD36介导的内吞过程,说明该摄取机制不受药物分子量限制。综上所述,CD36介导的内吞是PROTAC实现快速细胞摄取的核心机制,且该机制不依赖药物分子量。

研究团队用无活性PROTAC荧光探针实验,同时选取多种非PROTAC超规药物(如Navitoclax(A3007)等),处理正常、CD36敲低、CD36过表达的22Rv1、HCC1806细胞并进行做MTT活力检测。结果显示,无活性PROTAC荧光探针摄取仍依赖CD36、EEA1及Rab5。所有超规药物在CD36敲低后毒性显著降低,过表达CD36可恢复活性,而常规药物紫杉醇无此现象。综上所述,CD36介导的内吞非PROTAC特有,它适用于多种结构、靶点和分子量的超规药,且在不同肿瘤细胞中保守。


研究团队在MZ1(VHL 依赖型 BRD4 PROTAC)的VHL配体羟基位点连接了带负电、带正电的及疏水中性的基团,构建出各种MZ1衍生物。SPR结果显示带负电的和疏水中性的衍生物与CD36的结合亲和力显著高于MZ1,而带正电的衍生物与CD36的亲和力极低。通过Western blot检测BRD4降解效率、UPLC-MS检测细胞内药物浓度、MTT法检测细胞毒性,结果显示这些MZ1衍生物对BRD4的降解效率更高,细胞内药物浓度显著提升;而当CD36被敲低后,衍生物的细胞摄取量明显下降。分子对接模拟结果显示,带负电衍生物和疏水中性衍生物的结合模式均能增强与CD36的亲和力。综上所述,依据CD36的结构特征对PROTAC进行前药修饰可特异性增强PROTAC与CD36的结合亲和力,提升摄取效率与生物活性,同时能避免对PROTAC原有降解机制的干扰。
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研究团队对ARV-110(CRBN依赖型AR PROTAC),采用了与MZ1相同的前药修饰策略,同时合成荧光标记的MZ1衍生物探针,通过共聚焦显微镜观察其细胞摄取情况。在MCF7、22Rv1两种细胞中,检测ARV-110修饰类似物对靶蛋白AR的降解效率,发现与此前MZ1衍生物相关实验相似的规律:修饰后的ARV-110类似物,与CD36的结合及细胞摄取效率提升,对AR的降解活性也显著增强。这表明,靶向CD36的结构优化策略具有普适性,可推广至不同E3连接酶配体、不同靶蛋白的PROTAC中。

研究团队通过MTT检测MZ1及其优化衍生物在HCC1806、22Rv1细胞中的IC90值。结果显示优化后的MZ1衍生物IC90值较MZ1显著降低,细胞毒性大幅提升。CD36敲低后,衍生物的细胞活性明显减弱,说明其毒性依赖CD36介导的摄取。给异种移植HCC1806和22Rv1的裸鼠模型腹腔注射予MZ1或优化衍生物,监测肿瘤体积与小鼠体重,并通过免疫组化检测肿瘤组织中BRD4降解情况及CD36表达水平。结果显示优化衍生物对HCC1806移植瘤的生长抑制作用显著强于MZ1,且未影响小鼠体重。免疫组化结果表明,优化衍生物处理组的肿瘤组织中BRD4降解更彻底,而CD36表达无显著变化。综上,靶向CD36的结构优化可在体内外同步显著提升PROTAC的抗肿瘤活性,且不增加系统毒性,其核心机制源于CD36介导的药物摄取增强。

小结
本研究发现CD36是超规小分子(543–2145 Da)的关键内吞受体,破解了超规药物研发中的药物通透性、溶解度与稳定性的拮抗难题。展望需优化不同PROTAC结构适配CD36,探索其他细胞内吞受体,利用CD36改善药物跨生理屏障递送,推动精准医疗转化。可以针对不同结构PROTAC优化CD36结合修饰,利用CD36改善药物跨血脑、皮肤等屏障递送,进一步推动临床转化。细胞类型依赖的内吞下游通路差异和更多内吞受体仍然有待研究。
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BCL-2/BCL-XL 抑制剂 |
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BCL-2/BCL-XL 抑制剂 |
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可降解的ADC连接子 |
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ADC常用的细胞毒性载荷 |
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ADC肽连接子 |
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ADC常用的细胞毒性载荷 |
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ADC偶联试剂 |




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