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铁死亡调控蛋白GPX4的小分子抑制剂研究进展

刘汝雄 杨万镇 涂杰 盛春泉

姚囡囡, 周宇, 付文倩, 黄珊, 宋洪涛. HPLC法测定人血浆中奥卡西平活性代谢产物单羟基卡马西平的浓度[J]. 药学实践与服务, 2021, 39(1): 53-57. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202005038
引用本文: 刘汝雄, 杨万镇, 涂杰, 盛春泉. 铁死亡调控蛋白GPX4的小分子抑制剂研究进展[J]. 药学实践与服务, 2024, 42(9): 375-378. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202312075
YAO Nannan, ZHOU Yu, FU Wenqian, HUANG Shan, SONG Hongtao. The assay of monohydroxy carbamazepine, the active metabolite of oxcarbazepine, in human plasma by HPLC[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2021, 39(1): 53-57. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202005038
Citation: LIU Ruxiong, YANG Wanzhen, TU Jie, SHENG Chunquan. Research progress on small-molecule inhibitors of ferroptosis regulatory protein GPX4[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2024, 42(9): 375-378. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202312075

铁死亡调控蛋白GPX4的小分子抑制剂研究进展

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202312075
详细信息
    作者简介:

    刘汝雄,硕士研究生,研究方向:抗真菌药物研究,Email:752410737@qq.com

    通讯作者: 盛春泉,教授,博士生导师,研究方向:抗真菌和靶向蛋白降解药物研究,Email:shengcq@smmu.edu.cn

Research progress on small-molecule inhibitors of ferroptosis regulatory protein GPX4

  • 摘要: 铁死亡(ferroptosis)是2012年新发现的一种非凋亡坏死的细胞死亡方式,其主要特征为脂质活性氧增多以及细胞内亚铁离子累积。谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)是含硒GPx家族第4位成员,是细胞清除脂质过氧化物的重要蛋白,也是铁死亡的重要调节因子。靶向GPX4小分子抑制剂能诱导铁死亡发生,为治疗耐药性癌症和神经退行性疾病提供了新的策略。主要介绍GPX4蛋白的结构和功能,并综述GPX4小分子抑制剂最新前沿进展,为开发基于GXP4抑制的铁死亡诱导剂提供研究基础。
  • 奥卡西平(oxcarbazepine, OXC)是第二代抗癫痫药物,可用于儿童全面强直-阵挛发作,部分伴或不伴继发性全面发作的一线治疗[1],其具有与传统的抗癫痫药物(AEDs)如苯妥英钠、卡马西平和丙戊酸钠相同的疗效,但其对肝药酶和自身的诱导作用小,药物间相互作用较少,临床上可用于替代传统的AEDs。OXC是卡马西平(carbamazepine, CBZ)的一种10-酮类衍生物,但两者之间的药动学存在差异,OXC的耐受性好且不良反应少[2]。OXC是无活性的前体药物,在体内经过肝脏内细胞溶质芳基酮还原酶的作用转化为具有药理活性的中间代谢产物单羟基卡马西平(monohydroxy carbamazepine, MHD)[3-4]。国际抗癫痫联盟推荐MHD血清浓度的参考范围为3~35 μg/ml[5],有研究表明,当血药浓度高于30 μg/ml时,容易发生药物不良反应,且在许多患者中,不良反应间歇性的发生与MHD浓度的波动有关[6]。在临床用药中也发现OXC服药后的药物浓度个体化差异大,年龄、性别、体重、肝肾功能等均会影响MHD的药动学参数[7],故需要对其血药浓度进行监测。本研究在参考既往研究的基础上[8-12],对色谱条件进行了优化,并简化了血样处理的过程,建立了HPLC法测定OXC活性代谢产物MHD血药浓度的方法,该方法快速、简单、准确、选择性好、灵敏度高,为临床监测血药浓度、调整给药剂量提供了手段。

    Agilent 1200高效液相色谱仪(美国Agilent公司);H1850R型台式高速冷冻离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司);DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱(上海恒科仪器有限公司);SHB-B95A型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);Discovery DV215CD型分析天平(美国OHAUS公司);Vortex-5型涡旋混合器(江苏海门市其林贝尔仪器制造有限公司)。

    MHD对照品(美国CATO公司);内标:奥硝唑(中国食品药品检定研究院);甲醇、乙腈(色谱纯,上海科丰化学试剂有限公司);空白血浆(医院血库提供);超纯水(实验室自制)。

    色谱柱:ZORBAX Eclipse XDB-C18(150 mm×4.6 mm,5 μm),预柱为Eclipse XDB-C18(4.6 mm×12.5 mm,5 μm);流动相:水-乙腈(80:20,V/V);流速:1.0 ml/min;柱温:35 ℃;进样量:10 μl;双波长检测:在192 nm处检测MHD,318 nm处检测奥硝唑。

    2.2.1   储备液的配制

    精密称取MHD对照品10 mg于10 ml的量瓶中,用甲醇溶解配制成浓度为1 mg/ml的储备液,置于−20 ℃下保存。

    2.2.2   内标工作液的配制

    精密称取奥硝唑1.4 mg于10 ml的量瓶中,用甲醇溶解配制成浓度为140 μg/ml的内标工作液,置于−20 ℃下保存。

    2.2.3   血浆标准曲线和质控样品的配制

    分别精密量取适量储备液,用甲醇稀释成20、50、100、200、300、400、500 μg/ml浓度梯度的标准对照溶液。取以上6个标准对照溶液,加入适量空白血浆,得2、5、10、20、30、40、50 μg/ml系列浓度的血浆标准曲线样品。同法配制相应的低、中、高浓度的血浆质控样品(QC),使得MHD对应的浓度分别为5、15、40 μg/ml。

    取200 μl血浆样品,加入200 μl内标工作液、400 μl甲醇,涡旋混合30 s,10 ℃条件下13 000 r/min离心10 min,取上清液直接进样。

    通过考察6份不同生物来源的空白血浆样品色谱图、空白血浆样品加入MHD对照品和内标的色谱图,以及临床实际用药后的患者血浆样品色谱图,以此反映方法的专属性。由图1可见,在本实验条件下,被测物MHD与内标的色谱峰分离良好,且血浆中的内源性物质不干扰测定。MHD和内标的保留时间分别为9.5 min和6.1 min。

    图  1  奥卡西平代谢产物单羟基卡马西平的HPLC图
    A.空白血浆;B.空白血浆+MHD+奥硝唑;C.患者血浆 1.奥硝唑;2.MHD

    取上述浓度为2、5、10、20、30、40、50 μg/ml的血浆标准曲线样品按“2.3”项下方法处理。经HPLC法分析,以测得OXC的峰面积与内标峰面积之比(Y)作为纵坐标,以血浆MHD浓度(X)为横坐标,得到回归方程为:Y=0.047 1X+0.022 2(r=0.998 6)。线性范围:根据标准曲线,MHD血药浓度在2~50 μg/ml范围内线性关系良好,其定量下限浓度为2 μg/ml。

    配制定量下限、低、中、高(2、5、15、40 μg/ml)4种浓度的QC样品各6个,按“2.3”项下方法处理后测定,连续测定3 d,以当天的标准曲线计算QC样品的测定浓度,计算日内、日间精密度以及准确度。经测定,MHD的日内、日间精密度RSD均小于15%,准确度在95.57%~100.59%之间,均符合生物样品的测定要求,结果见表1

    表  1  单羟基卡马西平日内、日间精密度和准确度(n=6)
    理论浓度
    (μg/ml)
    实测浓度
    (μg/ml)
    RSD(%)RE(%)
    日内精密度日间精密度
    21.85±0.168.6412.21−3.63
    54.93±0.244.867.68−4.43
    1514.32±0.376.866.16−3.11
    4041.80±1.263.035.330.59
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    配制低、中、高(5、15、40 μg/ml)3种浓度的QC样品各6个,按“2.3”项下方法处理。同时另取18份空白血浆,除了不加系列对照品溶液和内标外,按“2.3”项下方法处理,在获得的上清液中加入MHD和内标溶液至相应浓度。进样分析,以每一浓度中2种不同处理方法的峰面积比值计算提取回收率。经测定,本法中MHD的平均提取回收率在89.62%~95.32%之间;内标的平均提取回收率为98.76%,符合生物学样品的分析要求,结果见表2

    表  2  单羟基卡马西平、MHD和内标提取回收率试验结果(n=6)
    化合物浓度(μg/ml)提取回收率(%)
    MHD 589.62±4.82
    1594.67±6.76
    4095.32±4.90
    内标14098.76±5.92
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    3.5.1   室温稳定性试验

    取低、中、高(5、15、40 μg/ml)3种浓度的QC样品各5份,测定即时血药浓度,并在室温条件下放置4 h和10 h后测定样品血药浓度,求得RSD和RE值。经测定MHD血浆样品在室温下放置10 h后仍稳定,RSD均小于4.47%,RE值在1.50%~2.98%之间,结果见表3

    表  3  奥卡西平代谢产物单羟基卡马西平稳定性试验结果 (n=5)
    储存条件理论浓度(μg/ml)实测浓度(μg/ml)RSD(%)RE(%)
    室温10 h 55.15±0.193.602.98
    1515.39±0.694.472.62
    4040.60±0.400.981.50
    冻融3次 55.47±0.152.839.41
    1515.79±0.322.065.24
    4040.75±1.102.711.86
    处理后36 h 55.39±0.275.097.74
    1515.66±0.583.704.39
    4039.46±1.804.57−1.34
    −20 ℃,30 d 55.16±0.234.393.19
    1514.62±0.392.64−2.53
    4040.37±0.581.440.93
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    3.5.2   冻融稳定性试验

    取低、中、高(5、15、40 μg/ml)3种浓度的QC样品各5份,测定即时血药浓度,并于−20 ℃冰箱中冷冻保存24 h后室温下解冻1 h后测定,反复冻融3次,求得RSD和RE值。经测定MHD血浆样品反复冻融3次后仍能保持稳定,RSD均小于2.83%,RE值在1.86%~9.41%之间,结果见表3

    3.5.3   处理后的血浆样品在自动进样器中储存的稳定性试验

    取低、中、高3个浓度水平的血浆QC样品(5、15、40 μg/ml)各5份,测定即时血药浓度,然后放置在自动进样器内12 h、36 h后再次测定,求得RSD和RE值。经测定处理后的MHD血浆样品在进样器内放置36 h仍能保持稳定,RSD均小于5.09%,RE值在−1.34%~7.74%之间,结果见表3

    3.5.4   长期稳定性试验

    取低、中、高3个浓度水平的血浆质控样品(5、15、40 μg/ml)各5份,测定即时血药浓度,并置于−20 ℃冰箱中冻存30 d后取出解冻后测定,求得RSD和RE值。经测定MHD血浆样品在−20 ℃冰箱中冻存30 d后仍能保持稳定,RSD均小于4.39%,RE值在−2.53%~3.19%之间,结果见表3

    目前,有关MHD的检测方法的文献很多,其中,高效液相色谱法和高效液相色谱-质谱联用法都有报道,后者虽有灵敏度高、专属性强的特点,但其仪器昂贵,且需专业人员进行操作,很难在大部分的医疗机构普及[13-15]。另外,国内外文献报道中多使用固液萃取法或液液萃取法进行血样的前处理,但这种处理过程相对复杂、耗时,且经济成本较高[11, 16]。本方法采用甲醇沉淀蛋白进行血样的前处理,建立了HPLC法测定人血浆中MHD血药浓度的方法,整个过程操作简单、快速,样品分析时间较短,适用于临床大量样品的连续检测。

    文献报道的流动相有乙腈-10 mmol/L磷酸二氢钾溶液(33∶67,V/V[12]、水-乙腈(65∶35,V/V[17]、水-甲醇-乙腈(64∶30∶6,V/V/V[18]等。本方法采用了水-乙腈,按不同的配比进行试验,发现当水-乙腈的比例为80∶20时,色谱峰的峰形、出峰时间及分离度最佳。文献采用卡马西平[17]、苯巴比妥[19]和奥硝唑[20]等作为内标,本研究通过筛选发现奥硝唑的保留时间为6.1 min,不仅与MHD的保留时间相近,又能与其有很好的分离,且其性质稳定,满足内标的要求。

    本实验建立的测定人血浆中OXC活性代谢产物MHD的HPLC法,MHD线性回归方程中的r=0.998 6,说明血药浓度在2~50 μg/ml范围内具有良好的线性关系,日内、日间精密度RSD均小于15%,准确度在95.57%~100.59%之间,MHD及内标的平均提取回收率在89.62%~98.76%之间。血浆样品的稳定性试验证明,在室温放置10 h、反复冻融、处理后放置进样器36 h以及低温保存30 d的情况下,样品未见明显降解,仍能保持稳定。本研究建立的HPLC法操作快速简单,精密度、回收率高,稳定性好,专属性强,不受血浆中内源性物质的干扰,结果准确可靠,且灵敏度高,适用于奥卡西平临床血药浓度的监测。

    目前癫痫治疗主要以药物治疗为主,奥卡西平是第二代抗癫痫药物,我国诸多癫痫病专家也建议将其作为癫痫部分性发作和全面强直阵挛发作的首选药物[21]。但奥卡西平使用过程中可能出现瘙痒、荨麻疹、血管性水肿等超敏反应,包括Stevens Johnson综合征中毒性表皮坏死松解症[22]等,还可引起低钠血症、头晕、胃肠道不适等不良反应,有文献报道,其疗效及不良反应可能与血药浓度密切相关[23],因此开展奥卡西平血药浓度的测定,能提高药物治疗的疗效,同时可以有效避免或减少可能产生的药物不良反应,提高癫痫患者服药的依从性。本研究建立了测定人血浆中MHD血药浓度的方法,应用于临床,为临床个体化给药提供依据,值得临床推广使用。

  • 图  1  GPX4蛋白结构及其功能

    A.GPX4的蛋白晶体结构,红色部分为活性位点氨基酸残基;B.催化循环反应过程

    图  2  氯乙酰胺弹头共价抑制剂的化学结构

    图  3  化合物26a的设计思路

    图  4  掩蔽氧化腈共价抑制剂的化学结构及其在细胞的转化过程

    图  5  GPX4间接抑制剂的化学结构

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-29
  • 修回日期:  2024-04-22
  • 网络出版日期:  2024-09-20
  • 刊出日期:  2024-09-25

铁死亡调控蛋白GPX4的小分子抑制剂研究进展

doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202312075
    作者简介:

    刘汝雄,硕士研究生,研究方向:抗真菌药物研究,Email:752410737@qq.com

    通讯作者: 盛春泉,教授,博士生导师,研究方向:抗真菌和靶向蛋白降解药物研究,Email:shengcq@smmu.edu.cn

摘要: 铁死亡(ferroptosis)是2012年新发现的一种非凋亡坏死的细胞死亡方式,其主要特征为脂质活性氧增多以及细胞内亚铁离子累积。谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)是含硒GPx家族第4位成员,是细胞清除脂质过氧化物的重要蛋白,也是铁死亡的重要调节因子。靶向GPX4小分子抑制剂能诱导铁死亡发生,为治疗耐药性癌症和神经退行性疾病提供了新的策略。主要介绍GPX4蛋白的结构和功能,并综述GPX4小分子抑制剂最新前沿进展,为开发基于GXP4抑制的铁死亡诱导剂提供研究基础。

English Abstract

姚囡囡, 周宇, 付文倩, 黄珊, 宋洪涛. HPLC法测定人血浆中奥卡西平活性代谢产物单羟基卡马西平的浓度[J]. 药学实践与服务, 2021, 39(1): 53-57. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202005038
引用本文: 刘汝雄, 杨万镇, 涂杰, 盛春泉. 铁死亡调控蛋白GPX4的小分子抑制剂研究进展[J]. 药学实践与服务, 2024, 42(9): 375-378. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202312075
YAO Nannan, ZHOU Yu, FU Wenqian, HUANG Shan, SONG Hongtao. The assay of monohydroxy carbamazepine, the active metabolite of oxcarbazepine, in human plasma by HPLC[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2021, 39(1): 53-57. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202005038
Citation: LIU Ruxiong, YANG Wanzhen, TU Jie, SHENG Chunquan. Research progress on small-molecule inhibitors of ferroptosis regulatory protein GPX4[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2024, 42(9): 375-378. doi: 10.12206/j.issn.2097-2024.202312075
    • 铁死亡(ferroptosis)是一种铁依赖性,区别于细胞凋亡、细胞坏死和细胞自噬新型细胞程序性死亡方式[1]。细胞中铁过量时,可通过芬顿反应产生羟自由基,这些自由基直接会与细胞膜中多不饱和脂肪酸反应,产生大量脂质活性氧,从而诱导细胞死亡。铁死亡在细胞内受到多种代谢途径调控。其中就包括一个重要的抗氧化系统——谷胱甘肽系统。谷胱甘肽可以在还原态(G-SH)和氧化态(G-S-S-G)之间循环,使其能够参与细胞内的氧化还原生物化学反应。正常情况下,细胞内谷胱甘肽以还原态为主[2]。谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4),分子量约为19 000,由170个氨基酸组成,是含硒GPx家族第4位成员。目前已在哺乳动物中发现GPX1-GPX8等多个GPx家族成员,然而仅有GPX4表现出对于膜脂过氧化氢产物的清除能力,这与GPX4独特的氨基酸序列以及空间结构相关。GPX4能够以谷胱甘肽或其他硫氧化还原蛋白作为电子供体,将氢过氧化物(R-OOH)还原为对应的醇(R-OH),从而限制铁离子依赖的毒性自由基生成,抑制脂质过氧化,使得细胞膜免受氧化损伤,是铁死亡的重要调节蛋白[3]

      近年来,大量研究表明通过抑制GPX4蛋白来诱导细胞发生铁死亡,在克服肿瘤细胞耐药、治疗脂质过氧化相关神经退行性疾病等方面极具前景[4]。本文介绍了GPX4蛋白结构及其功能,并重点综述了目前GPX4小分子抑制剂最新研究进展,为开发基于GXP4蛋白功能抑制的铁死亡诱导剂提供研究基础。

    • GPX4是一种由170个氨基酸组成的单体蛋白质,显示出典型的硫氧还蛋白基序,由四个定位在蛋白质表面α螺旋和七条β链组成。GPX4含有在其他GPX硒酶中存在的保守催化活性四分体,由硒代半胱氨酸(Sec46)、谷氨酰胺(Gln81)、色氨酸(Trp136)和天冬酰胺(Asn137)组成,见图1A。Sec46,Gln81和Trp136三个氨基酸残基之间可以发生氢键相互作用和静电相互作用,这种相对牢固的空间排列对GPX4催化活性至关重要[5]。其中,Sec46是催化活性必需的,Sec46突变为半胱氨酸会使GPX4催化活性大幅降低。Sec46催化氧化还原反应是由3个连续反应组成的循环反应,见图1B:第一步,过氧化物与离子化的GPX4反应,产生GPX4硒酸衍生物;第二步,GPX4硒酸衍生物与还原型谷胱甘肽反应,还原型谷胱甘肽通过硫与GPX4的硒共价结合形成GPX4-谷胱甘肽复合物;催化循环最后一步,GPX4-谷胱甘肽复合物通过与另一个还原型谷胱甘肽反应分离为GPX4和一分子氧化型谷胱甘肽[2]。与其他GPx同工酶相比,GPX4表现出3种特性:一是该酶具有广泛的底物,即使是在高度结构化脂质蛋白组装体中,如生物膜和脂蛋白中,GPX4也能够减少复杂的脂质过氧化物;二是GPX4不仅可以将还原型谷胱甘肽作为氢供体,也可以接受蛋白质硫醇和其他还原等价蛋白;三是GPX4除了以单体形式存在以外,在精子细胞中还能以蛋白质聚集体的形式存在,这一特性影响了精子发育过程中线粒体膜的形成[6]

      图  1  GPX4蛋白结构及其功能

      GPX4主要功能是利用谷胱甘肽作为辅助因子来降低脂质过氧化,从而保护细胞膜的完整性。GPX4作为一种关键的抗过氧化物酶,可还原膜和脂蛋白中的磷脂氢过氧化物(PLOOH)。GPX4不仅可以利用谷胱甘肽消除毒性PLOOH,还可以通过减少胸腺嘧啶氢过氧化物、胆固醇氢过氧化物和脂肪酸氢过氧化物,保护细胞免受氧化损伤。除了还原氢过氧化物以外,GPX4还具有抑制花生四烯酸脂氧合酶(ALOX)活性的功能[6]。此外,与其他GPx家族成员相比,GPX4另一个独特功能是调节哺乳动物的胚胎发育[2]:在GPX4基因敲除小鼠模型中,小鼠胚胎在妊娠中期就在子宫内死亡,与此相反,GPX1、GPX2或GPX3敲除小鼠不会产生胚胎致死性。

    • 迄今为止,已报道的GPX4小分子抑制剂大部分都包含与催化晒代半胱氨酸发生共价结合的反应弹头,其中最早发现的抑制剂就是以氯乙酰胺为共价结合弹头的化合物。RSL3(图2,化合物1)是最具有代表性的GPX4小分子抑制剂,最初被Yang[7]等人从47725种化合物中筛选出来,发现其具有抑制RAS突变肿瘤细胞增殖的效果。该团队发现RSL3诱导的细胞死亡与凋亡、坏死和自噬均不同。该研究团队进一步开展研究[8],通过化学蛋白质组学来筛选鉴定RSL3靶标蛋白,确定了GPX4是其作用的靶蛋白,并发现RSL3氯乙酰胺部分对其活性至关重要,即1.0 μmol/L浓度下,GPX4抑制率为(17.08 ± 0.40)%,更换为其他亲电弹头取代时,会导致活性丧失。Hengrui团队从晶体结构角度进一步阐述了GPX4和RSL3的结合方式,发现RSL3结合位点是半胱氨酸66(Cys66)而不是GPX4的催化活性位点Sec46[9]

      图  2  氯乙酰胺弹头共价抑制剂的化学结构

      Michel团队[10]303282种化合物进行了高通量筛选,得到了对RAS突变细胞具有优秀抑制活性的化合物ML162(图2,化合物2)。该化合物同样含有氯乙酰胺基团,与RSL3相比显示出更好抑制率,其在1.0 μmol/L浓度下,GPX4抑制率为(27.0±0.9)%。Chen的团队[11]在ML162和RSL3的基础上,设计得到了一系列新型GPX4共价抑制剂,其中,化合物C18(图2,化合物3)表现出优于RSL3和ML162的GPX4抑制率[1.0 μmol/L浓度下,GPX抑制率为(98.8±1.5)%],能抑制三阴性乳腺癌细胞生长(IC50=0.012 μmol/L)。Xu的团队[12]以RSL3多环的刚性骨架为切入点,以RSL3为先导化合物,将分子骨架中的哌啶环打开,并基于此继续进行结构优化,设计合成了一系列衍生物(图3)。其中化合物26a(图2,化合物4)表现出优秀的GPX4蛋白抑制活性[1.0 μmol/L浓度下,GPX抑制率为(71.7±1.7)%],能诱导三阴性乳腺癌细胞死亡(IC50=0.78 μmol/L)。

      图  3  化合物26a的设计思路

    • 目前报道GPX4抑制剂主要是通过氯乙酰胺基团与GPX4进行共价结合来抑制其活性。然而,这些化合物中的氯乙酰胺基团不仅与GPX4的半胱氨酸残基共价结合,还可能与其他氨基酸残基发生结合,从而降低了它们对GPX4的特异性。鉴于此,研究人员正致力于寻找能够更特异性地与GPX4结合的化学结构。Michel[10]团队发现,不含亲电弹头的化合物ML210(图4,化合物5)在1.0 μmol/L浓度下对GPX4的抑制率高达(34.8±0.5)%。Eaton[13]等研究者揭示了ML210的作用机制(图4):ML210中的硝基异噁唑基团在细胞内转化为氧化腈基团,进而与GPX4中的半胱氨酸残基形成共价结合。同样的机制也在化合物二酰基呋咱(图4,化合物6)中观察到[14],其结构中的噁二唑基团能在细胞内转化为氧化腈基团,从而抑制GPX4,1.0 μmol/L浓度下抑制率为(34.8±0.5)%。不同于RSL3和ML162这类作用于多种蛋白质的抑制剂,ML210和二酰基呋咱可专一性地作用于GPX4,说明掩蔽腈氧化物是一种高特异性的GPX4靶向结构。

      图  4  掩蔽氧化腈共价抑制剂的化学结构及其在细胞的转化过程

    • 除了直接与GPX4发生共价结合外,某些化合物可通过非直接途径抑制GPX4蛋白。例如Shimada[15]团队从3169种化合物中筛选出FIN56(图5,化合物7),该化合物并不具有亲电弹头,但能导致GPX4失活。FIN56会增加细胞内活性氧的含量,但其作用速度明显慢于直接作用于GPX4的抑制剂RSL3。研究表明,经FIN56处理的细胞中GPX4丰度显著下降,但是其转录水平却显著增加,这种现象在RSL3处理的细胞中并未观察到。因此,研究者推测FIN56可能通过促进GPX4的降解来发挥作用,但具体机制尚不明确。另一种由Micheal[16]报道的非共价GPX4抑制剂是FINO2(图5,化合物8),其结构中的过氧键能直接氧化亚铁离子,导致GPX4失活。这些分子的发现为GPX4小分子抑制剂的开发提供了新的视角。

      图  5  GPX4间接抑制剂的化学结构

    • 近年来,随着对铁死亡相关研究的进一步深入,人们发现铁死亡与多种癌症以及神经性疾病等病理过程相关,为治疗这些疾病提供了新的解决策略。在铁死亡的发生过程中,GPX4是关键的调控因子,它能够分解脂质过氧化物,维持脂质双分子层的稳定,反之,抑制GPX4可以诱导细胞发生铁死亡。目前,大多数已报道的GPX4小分子抑制剂为含有氯乙酰胺基团的共价抑制剂,这些化合物由于其强大的亲电性,可以与多种蛋白质结合,从而导致它们与GPX4结合的特异性不高。为解决这一问题,研究者们设计了含掩蔽氧化腈弹头的化合物,这种设计旨在通过减少细胞与高亲电性弹头的接触时间,提高靶向GPX4的特异性。这两类GPX4小分子抑制剂虽然具有较好的蛋白及细胞水平活性,但尚无候选分子进入临床试验。此外,还发现了一些非共价的GPX4小分子抑制剂,这些分子显示出抑制GPX4活性并能诱导细胞发生铁死亡,但其与GPX4具体的作用机制尚不清楚。因此,无论是基于关键调控蛋白GPX4探索高特异性的共价抑制剂,还是揭示GPX4非共价抑制剂的作用机制,都是铁死亡相关研究领域的热点问题,克服这些挑战是未来铁死亡诱导剂进入临床应用的关键一步。

参考文献 (16)

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