蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction, PPI）在维持生命体的正常功能中起着重要作用，许多病理过程也是由于PPI异常所导致。对PPI进行干预和调控，有望成为治疗相关疾病的潜在手段。然而，PPI是普遍认为的“难成药靶点”（undruggable），因为蛋白与蛋白之间的相互作用界面通常较为宽阔、平坦且具有一定的可变性，发现小体积的小分子来抑制其功能非常富有挑战性。另一方面，小分子药物苗头化合物的发现高度依赖于化合物库的结构多样性，从开发PPI小分子抑制剂的角度，更需要化合物的结构具有空间多样性，以匹配蛋白与蛋白之间相互作用的浅界面。显然，天然产物无疑是非常好的化合物来源，但是，天然产物来源有限、合成复杂的属性则限制了其应用。同时，有机合成方法学近年来飞速发展，化学家们在开发新颖方法学的同时，也构建了大量具有新颖结构的化合物。尽管其中很大一部分化合物被认为“具有类似天然产物的骨架”，可能具有潜在的生理活性，但真正将这些化合物用于活性评价和筛选的工作十分有限。因此，这类基于合成方法学的化合物资源还亟待应用开发。
2022年11月23日，上海交通大学Bio-X研究院朱金伟团队与陆军军医大学药学院欧阳勤团队合作在Nature Communications杂志在线发表题为Construction of a synthetic methodology-based library and its application in identifying a GIT/PIX protein–protein interaction inhibitor的研究论文，报道了其基于合成方法学的自建化合物库，并将其成功应用于GIT/PIX蛋白-蛋白相互作用的小分子抑制剂的发现。本项研究是朱金伟团队2020年发表在Molecular Cell杂志关于GIT/PIX复合物结构与功能工作的延续，进一步与药物化学团队深度合作，将亟待开发的基于合成方法学的化合物资源应用于药物发现的一次成功尝试。
研究团队收集了过往近十年来在不对称有机催化领域发表的文章中所构建超过1500个实体化合物，构建了一个基于合成方法学的自建化合物库（synthetic methodology-based library, SMBL-E）（图1a）；同时，考虑到大规模化合物库在筛选中的优势，团队又将这些在库化合物进行了合理的衍生化，根据方法学报道的可衍生部位和可耐受的基团类型，进一步构建了具有超过1,400万个化合物的虚拟库（SMBL-V）（图1b）。理论上，所有的在库化合物均可通过已报道的方法学制备得到，具有较好的可获得性；同时，SMBL的在库化合物结构复杂多样，大部分含有天然产物中常见的吲哚、喹啉等杂环和复杂的螺环、桥环结构，与一些商业库相比也具有较低的相似性，提示其具有一定的结构特殊性（图1c & d）。
图1. SMBL的代表性结构及与部分商业化合物库的相似性比较
考虑到SMBL具有的这些性质，研究团队尝试将其应用于PPI抑制剂的筛选中。团队聚焦于一个尚无小分子抑制剂报道的PPI靶点——GIT1/β-Pix。GIT/PIX相互作用在细胞迁移中发挥重要的调控功能，与神经系统发育、肿瘤发生发展等生理病理过程密切相关。团队结合已有文献报道，证实GIT1在胃癌中高表达且影响患者预后，破坏GIT1与β-Pix的相互作用能有效抑制胃癌细胞的侵袭转移。团队构建了相应的极化荧光筛选体系，通过“虚实结合”的筛选方法从SMBL-E和SMBL-V中各获得了一个抑制GIT1/β-Pix相互作用的苗头分子，Ki分别为1.5 µM和1.8 µM。有趣的是，在对常规商业库Chemdiv的筛选中，未能发现具有较好活性的分子，从一定程度上说明了SMBL的结构特殊性。
其中，从SMBL-E获得的14-5-18能在蛋白和细胞水平上结合GIT1，阻断GIT1与β-Pix的相互作用（图2a-c）。更重要的是，14-5-18可在细胞和动物层面发挥阻断胃癌细胞侵袭转移的作用，且在高浓度条件下也未观察到明显的细胞毒性，说明了该化合物具有较好的成药潜力（图2d & e）。团队也探究了14-5-18在阻断GIT1/β-Pix相互作用与抑制胃癌侵袭转移中的具体机制，发现在结合位点关键氨基酸（Leu271, Leu279）突变的情况下，14-5-18对GIT1/β-Pix相互作用的影响消失，对胃癌细胞侵袭转移的抑制能力也相应丧失（图3a & b），进一步证实了14-5-18通过阻断GIT1/β-Pix相互作用而抑制胃癌的侵袭转移。
图2. 14-5-18在蛋白、细胞、动物水平的功能验证
综上，本项研究应用课题组自建的基于合成方法学的化合物库，发现了第一个靶向GIT1/β-Pix相互作用的小分子抑制剂，并证实了该小分子抑制剂可通过阻断GIT1/β-Pix相互作用实现抑制胃癌侵袭转移的功能（图3c）。
图3. 14-5-18的作用机制研究
上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金优青项目、科技创新2030重大项目、上海市科委“科技创新行动计划”生物医药科技支撑专项项目等基金支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34598-7
