KRAS是臨床高發(fā)的致癌基因，其突變持續(xù)驅(qū)動(dòng)結(jié)直腸癌、胰腺癌、肺癌等多種惡性腫瘤進(jìn)展，長期以來被視作“不可成藥”靶點(diǎn)。目前臨床獲批的KRAS抑制劑僅針對(duì)G12C單點(diǎn)突變，對(duì)于非G12C突變基本無效，且易產(chǎn)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(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)：KRAS基因啟動(dòng)子區(qū)域富鳥嘌呤序列可折疊形成平行型G-四鏈體（KRAS-G4），穩(wěn)定該特殊核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)可抑制KRAS基因表達(dá)，是繞開突變蛋白結(jié)構(gòu)缺陷、實(shí)現(xiàn)廣譜抑制各類KRAS驅(qū)動(dòng)型癌癥的前沿策略，但結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化落地（Nature Communications, 2022, 13, 6016）。

立足中藥天然產(chǎn)物資源優(yōu)勢，本研究以KRAS-G4平行型G4為模型，對(duì)445種自建天然產(chǎn)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(shí)其可有效結(jié)合并穩(wěn)定KRAS-G4結(jié)構(gòu)。但由于DEE體外抗腫瘤活性偏弱，無法滿足成藥需求。團(tuán)隊(duì)依托核磁共振、分子對(duì)接與分子動(dòng)力學(xué)模擬，闡明了DEE與KRAS-G4的結(jié)合特點(diǎn)，并以此結(jié)構(gòu)信息為指導(dǎo)合理設(shè)計(jì)合成了15個(gè)全新衍生物。通過核磁滴定、圓二色譜、等溫滴定量熱、細(xì)胞活性測試等多手段系統(tǒng)篩選，化合物7i作為先導(dǎo)分子脫穎而出。化合物7i與KRAS-G4的結(jié)合能力及抗腫瘤活性大幅提升，對(duì)多株KRAS陽性腫瘤細(xì)胞均表現(xiàn)出強(qiáng)效抑制作用。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步成功解析了KRAS-G4?7i復(fù)合物高分辨溶液核磁結(jié)構(gòu)，首次報(bào)道獨(dú)特雙作用結(jié)合機(jī)制：分子的芳香母核與G-四分體產(chǎn)生大面積π-π堆積，側(cè)鏈伸入溝槽形成氫鍵，此為全新結(jié)合模型。細(xì)胞層面證實(shí)7i可下調(diào)多種含G4癌基因的轉(zhuǎn)錄、誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)G4s廣泛形成，并造成DNA雙鏈損傷；在結(jié)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(diào)類器官中KRAS基因表達(dá)，接近臨床真實(shí)腫瘤病理特征，有力印證該分子體內(nèi)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(fù)合物的高分辨率NMR溶液結(jié)構(gòu)，為KRAS-G4配體或平行型G4配體的設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為KRAS驅(qū)動(dòng)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(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。我校博士研究生張璐璐和湖南大學(xué)韓康副研究員為論文第一作者，中藥學(xué)院孔令義教授、王凱波研究員，藥學(xué)院卞金磊教授和湖南大學(xué)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(xué)基金等多項(xiàng)基金資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.8271527

G4穩(wěn)定劑通過下調(diào)癌基因表達(dá)和誘導(dǎo)DNA雙鍵斷裂，強(qiáng)效殺滅癌細(xì)胞的示意圖

（供稿單位：中藥學(xué)院，撰稿人：孫沁怡，審稿人：劉帆）