KRAS是臨床高發的致癌基因，其突變持續驅動結直腸癌、胰腺癌、肺癌等多種惡性腫瘤進展，長期以來被視作“不可成藥”靶點。目前臨床獲批的KRAS抑制劑僅針對G12C單點突變，對于非G12C突變基本無效，且易產生獲得性耐藥而影響長期療效；而pan-KRAS小分子抑制劑仍無藥物獲批上市，臨床上依舊存在用藥缺口。團隊前期研究發現：KRAS基因啟動子區域富鳥嘌呤序列可折疊形成平行型G-四鏈體（KRAS-G4），穩定該特殊核酸二級結構可抑制KRAS基因表達，是繞開突變蛋白結構缺陷、實現廣譜抑制各類KRAS驅動型癌癥的前沿策略，但結構新穎、活性高的KRAS-G4小分子配體依舊稀缺，制約該療法臨床轉化落地（Nature Communications, 2022, 13, 6016）。
立足中藥天然產物資源優勢，本研究以KRAS-G4平行型G4為模型，對445種自建天然產物庫開展靶向高通量篩選，得到源自中藥吳茱萸的生物堿——去氫吳茱萸堿（DEE），證實其可有效結合并穩定KRAS-G4結構。但由于DEE體外抗腫瘤活性偏弱，無法滿足成藥需求。團隊依托核磁共振、分子對接與分子動力學模擬，闡明了DEE與KRAS-G4的結合特點，并以此結構信息為指導合理設計合成了15個全新衍生物。通過核磁滴定、圓二色譜、等溫滴定量熱、細胞活性測試等多手段系統篩選，化合物7i作為先導分子脫穎而出。化合物7i與KRAS-G4的結合能力及抗腫瘤活性大幅提升，對多株KRAS陽性腫瘤細胞均表現出強效抑制作用。
團隊進一步成功解析了KRAS-G4?7i復合物高分辨溶液核磁結構，首次報道獨特雙作用結合機制：分子的芳香母核與G-四分體產生大面積π-π堆積，側鏈伸入溝槽形成氫鍵，此為全新結合模型。細胞層面證實7i可下調多種含G4癌基因的轉錄、誘導細胞內G4s廣泛形成，并造成DNA雙鏈損傷；在結直腸癌患者來源的腫瘤類器官模型中，7i能夠顯著遏制腫瘤生長，并下調類器官中KRAS基因表達，接近臨床真實腫瘤病理特征，有力印證該分子體內成藥潛力。
綜上所述，本研究拓展了平行型G-四鏈體小分子配體的化合物庫，解析出的KRAS-G4?7i復合物的高分辨率NMR溶液結構，為KRAS-G4配體或平行型G4配體的設計提供結構基礎，為KRAS驅動型癌癥提供了新的治療策略。
該成果于6月7日以“Structure-Informed Design of Distinct Parallel G-Quadruplex Stabilizers forKRAS-Driven Cancer Therapy”為題發表于Angewandte Chemie International Edition。我校博士研究生張璐璐和湖南大學韓康副研究員為論文第一作者，中藥學院孔令義教授、王凱波研究員，藥學院卞金磊教授和湖南大學鄭克威教授為論文共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金等多項基金資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.8271527
G4穩定劑通過下調癌基因表達和誘導DNA雙鍵斷裂，強效殺滅癌細胞的示意圖
（供稿單位：中藥學院，撰稿人：孫沁怡，審稿人：劉帆）
