NIBS张志远、王晓东连发多篇文章：解析细胞凋亡

北京生命科学研究所NIBS的张志远实验室和王晓东实验室合作在《ACS Medicinal Chemistry Letter》杂志上发表了题为“Discovery of Highly potent 2-ulfonyl-pyrimidinyl Derivatives for Apoptosis Inhibition and Ischemia Treatment”的文章。该文章报道了一类具有2-磺酰嘧啶母核的高效的新型细胞凋亡抑制剂及系统性的构效关系研究，并展示了其中两个先导化合物（33和40）在大鼠的暂时性局部脑缺血模型上的明显的保护效果。

异常的细胞凋亡与神经退行性疾病、免疫缺陷疾病和缺血性损伤等许多重大疾病的发生和发展密切相关。目前，已报道的细胞凋亡抑制剂有caspase抑制剂，Bax抑制剂和Bid抑制剂。然而，这些细胞凋亡抑制剂分别存在引发继发性细胞损伤或活性较低的问题。因此，开发新型高效的细胞凋亡抑制剂，对于上述疾病的治疗有重要意义；此外，高效的细胞凋亡抑制剂也能够作为研究基础研究中的工具分子，参与揭示细胞凋亡信号通路的新成分和新机制。

通过基于表型的药物研发流程，作者以在细胞水平高通量筛选而得到的苗头化合物（EC50=4.0 μM）为出发点，根据其结构特点将化合物1分成五个片段，并逐一进行了结构改造，探索各片段的结构与化合物的细胞凋亡抑制活性之间的关系。经过系统的构效关系探索及活性优化，作者得到了活性较化合物1有160倍提升的先导化合物33（EC50=25 nM）和活性较化合物1有10000倍提升的先导化合物40（EC50=0.42 nM）。同时，根据构效关系分析，作者推测该类化合物是通过SN2反应与其靶点共价结合产生活性，并通过活性化合物与亲核试剂的模型反应、该类化合物的细胞活性的可逆性研究进一步确认了该类活性化合物的共价结合的特征。通过颅内注射的给药方式，化合物33和化合物40均在大鼠的暂时性局部脑缺血模型中展示了显著的保护效果，减轻了由缺血-再灌注的损伤导致的脑组织梗死，进一步显示了2-磺酰嘧啶类细胞凋亡抑制剂在治疗与异常细胞凋亡相关的疾病中的广阔前景。

此外，以化合物33（Compound A）及基于化合物33改造的带有生物素标签的活性探针（compound biotin-A）为工具分子，王晓东实验室于2016年报道了化合物33通过结合SDHB，抑制细胞凋亡过程中电子传递链超复合体的解聚，进而抑制内源性细胞凋亡的新机制。

另外这一实验室也成功研发了一种新型、高活性作用于MLKL蛋白的抑制剂，为该靶标的成药性奠定了基础，该文章的艺术配图被选为当期Chemical communications封面。

细胞程序化坏死是近期生物领域的一项重大发现，王晓东实验室以及世界其他研究小组的研究成果近年揭示了RIp1，RIp3和MLKL是这一细胞坏死通路重要信号蛋白，其中MLKL的寡聚上膜造成细胞膜的破损导致细胞坏死。细胞坏死与炎症相关的疾病和神经系统的疾病密切相关，以细胞坏死通路作为靶标进行相关抑制剂的研发具有重要的临床应用价值。目前，细胞坏死抑制剂的研发主要集中在开发RIp1激酶抑制剂，RIp1作为激酶蛋白可以建立完善的体外激酶高通量筛选体系获得先导化合物。而MLKL蛋白作为RIp3的下游和细胞坏死的执行者，其本身不具有激酶活性，MLKL抑制剂是基于抑制自身蛋白相互作用而导致的寡聚过程，体外筛选模型的建立比较困难，开发基于MLKL靶向性的抑制剂极具挑战性。

张志远实验室一直从事药物研发和开发靶标鉴定新方法方面的的工作，而王晓东实验室一直致力于细胞坏死机制的研究。两个实验室合作利用TNFα，zVAD和Smac mimetic诱导HT-29细胞坏死的高通量筛选模型，对20万化合物分子库进行筛选，获得了几种可以有效抑制细胞坏死的候选化合物。继两个实验室共同开发了高活性，高选择性的RIp1激酶抑制剂RIpA-56之后（Ren Y, J. Med. Chem,2017），这次又成功地开发出高活性MLKL细胞坏死抑制剂。

本文章以一个抑制细胞坏死高通量筛选先导化合物1（EC50=390 nM）为基础。首先验证其对RIp1和RIp3激酶活性没有抑制作用，推断其可能作用在MLKL蛋白或更下游未知的靶标蛋白。作者所采用的策略是以化合物1作为起始点进行了一系列药化手段提高化合物的活性、建立构效关系。其目的，一是探索靶向的成药性， 二是利用构效关系来设计高质量小分子探针来更准确、有效进行靶标的鉴定。最终，获得了高活性的化合物TC13-172 （EC50=2 nM），与初始化合物1相比，抑制细胞坏死的活性提高了200倍。

同时，基于所建立的构效关系，作者合成了高活性分子探针12，并利用实验室最新研发的BTC-ABpp技术（Sun, H., Chem. Comm. 2016）成功地进行靶标鉴定工作，确认这一系列化合物是通过共价修饰了MLKL蛋白86位的半胱氨酸，并用生化手段进一步验证和阐述了TC13-172如何作用在MLKL蛋白，如何通过抑制其寡聚体的形成和向细胞膜的迁移，在最后一刻终止了细胞坏死的进程。

这一研究成果的另一重要性体现于，通过优化所获得的高活性抑制剂TC13-172首次揭示了MLKL作为药物靶标的可行性，不仅为开发以MLKL为靶向的抑制细胞坏死的药物奠定了基础，也为进一步研究MLKL介导的细胞坏死在不同疾病中所起的作用和探索MLKL其它的生物功能提供了有效的工具分子。

原文标题：
Discovery of a new class of highly potent necroptosis inhibitors targeting the mixed lineage kinase domain-like protein

Discovery of Highly potent 2-ulfonyl-pyrimidinyl Derivatives for Apoptosis Inhibition and Ischemia Treatment