高效、特異性地靶向癌癥驅(qū)動蛋白對于開發(fā)針對晚期轉(zhuǎn)移性癌癥的抗癌化合物至關(guān)重要。然而，許多癌癥驅(qū)動蛋白由于缺少合適的分子結(jié)合支架而難以成藥。有研究提出一種新策略，即使用替代-惰性金屬-有機配合物，通過靜電和疏水相互作用與癌癥驅(qū)動蛋白結(jié)合，形成新的結(jié)構(gòu)支架。特別是，以環(huán)金屬化銥(III)復(fù)合物為代表的八面體金屬復(fù)合物已在體外實驗中展現(xiàn)出顯著的抗癌效果。而目前為止，尚未有報道顯示環(huán)金屬化銥(III)可以特異性和高親和力地直接結(jié)合關(guān)鍵癌癥驅(qū)動蛋白。
2024年6月11日，香港大學(xué)合成化學(xué)國家重點實驗室支志明院士團隊在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA（IF：9.4）在線發(fā)表題為“Iridium(III) carbene complexes as potent girdin inhibitors against metastatic cancers ”的研究成果。該研究報道了一種發(fā)光的銥(III)吡啶N-雜環(huán)碳(NHC)復(fù)合物1a，能有效抑制癌細胞的增殖、遷移和侵襲，利用熱蛋白質(zhì)組分析(TPP)發(fā)現(xiàn)1a與驅(qū)動癌癥的Girdin蛋白具有高親和力，并通過EGFR/AKT/mTOR/STAT3級聯(lián)的癌癥驅(qū)動通路發(fā)揮作用。
細胞實驗（細胞攝取實驗/腫瘤細胞成球?qū)嶒?侵襲實驗/細胞活力等）研究1a的特性；
動物實驗證明1a體內(nèi)急性毒性研究（血液學(xué)/生化指標(biāo)/腫瘤體積/組織學(xué)等）；
通過熱蛋白質(zhì)組學(xué)篩選復(fù)合物1a的關(guān)鍵靶點Girdin以及結(jié)合區(qū)域；
敲除實驗以及蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示1a影響了與Girdin相關(guān)的多個信號通路；
基于TCGA數(shù)據(jù)庫進行生物信息學(xué)分析進一步驗證。
細胞攝取實驗中，ICP-MS（電感耦合等離子體-質(zhì)譜法）檢測用1a處理肺癌細胞系（NCI-H460）和正常人肺成纖維細胞（CCD19Lu）中的銥含量，1a 處理的NCI-H460細胞中銥的積累是CCD19Lu細胞的3倍。且1a顯著抑制了NCI-H460和三陰性乳腺癌細胞系（MDA-MB-231）的增殖（圖1A）。腫瘤細胞成球?qū)嶒炘u估了1a對腫瘤干細胞擴張的影響，結(jié)果顯示，1 μM 1a顯著減少了形成的腫瘤球體的數(shù)量和大?。▓D1B）。傷口愈合劃痕實驗研究了1a對細胞運動性的影響，結(jié)果顯示，在0.25μM 1a處理24小時后，細胞向傷口區(qū)域的遷移受到抑制（圖1C）。侵襲實驗顯示1a處理的肺癌細胞系 NCI-H460或乳腺癌細胞系MDA-MB-231，穿過Matrigel涂層膜的癌細胞數(shù)量顯著減少（圖1D）。
圖1：1a的體外抗癌特性
接下來研究人員在裸鼠上進行了體內(nèi)抗腫瘤實驗，這些裸鼠攜帶有人類肺癌NCI-H460異種移植物和乳腺癌MDA-MB-231異種移植物。用1a治療小鼠結(jié)果顯示與對照組相比，小鼠沒有顯示出嚴(yán)重的體重減輕或致死性（圖2A-D）。組織學(xué)分析顯示，與對照組相比，1a處理顯著減少了肺部轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)的數(shù)量和面積（圖2E）。1a處理后，肝臟、腎臟、心臟和脾臟的組織學(xué)上沒有發(fā)現(xiàn)異常，并且腎臟損傷的標(biāo)志物（肌酐）和肝臟損傷的標(biāo)志物也沒有變化。
圖2：1a的體內(nèi)抗腫瘤和抗轉(zhuǎn)移作用
接下來，研究人員進行了熱蛋白質(zhì)組分析（TPP），以確定癌細胞中1a的直接分子靶點，經(jīng)1a處理的NCI-H460細胞中，Girdin被鑒定為其作用靶點（圖3A-B），并通過細胞熱位移分析（CETSA）進一步得到驗證（圖3C）。等溫劑量反應(yīng)（ITDR）分析表明，1a對45°C下Girdin蛋白的熱穩(wěn)定性增強呈劑量依賴性，范圍從0.5-4μM（圖3D）。微量熱泳動技術(shù)（MST）以及分子對接分析顯示復(fù)合物1a通過與Girdin蛋白的C末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合表現(xiàn)出高度親和力（圖3E-F）。這種結(jié)合顯著提高了Girdin蛋白的熱穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致Gαi3-Girdin相互作用的阻斷。
圖3：1a在癌細胞中靶向Girdin
通過siRNA敲低技術(shù)評估了Girdin在癌細胞增殖和遷移中的作用。在NCI-H460和MDA-MB-231細胞系中，Girdin siRNA有效地降低了Girdin的表達，且Girdin缺乏的細胞的存活率較低（圖4A-B）。創(chuàng)傷愈合實驗中，與陰性對照相比，Girdin缺乏的細胞在NCI-H460細胞中24小時和MDA-MB-231細胞中7小時的細胞遷移速度顯著變慢（圖4C-D）。這些數(shù)據(jù)表明，Girdin表達的降低導(dǎo)致癌細胞的活性和遷移能力受到抑制。
圖4：Girdin的敲低抑制癌細胞增殖和遷移
PI3K/AKT/mTOR信號通路是在癌癥中經(jīng)常激活的致癌信號通路，作者用0.1至1μM的1a處理NCI-H460細胞系24小時，下調(diào)Girdin-AKT通路。表現(xiàn)在Girdin和AKT1的表達降低，以及AKT的磷酸化形式、mTOR底物p70S6K激酶及其底物S6核糖體蛋白的水平降低，這些與癌細胞增殖和血管生成的代謝需求相關(guān)（圖5E）。進一步利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析確定1a調(diào)控通路中的關(guān)鍵節(jié)點，通過對蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)（PPI）中差異蛋白的拓撲分析，AKT1被確定為網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵蛋白。作者進一步通過實驗證明靶向Girdin這樣的多功能癌癥蛋白，預(yù)期可以抑制多個并行但相互干預(yù)的致癌和促進侵襲的途徑，如EGFR、PI3K/AKT和STAT3（圖5I）。
圖5：1a對癌細胞中與Girdin相關(guān)分子途徑的抑制
基于TCGA數(shù)據(jù)庫，生物信息學(xué)分析揭示了Girdin編碼基因CCDC88A在多種實體瘤中的突變和表達模式。在實體瘤中，特別是在乳腺和肺腫瘤組織中，發(fā)現(xiàn)了CCDC88A基因的錯義突變、基因融合和剪接突變，這可能導(dǎo)致相應(yīng)癌癥中CCDC88A的失調(diào)。此外，腫瘤組織中CCDC88A mRNA的表達水平通常高于配對的正常組織，高表達水平與患者生存率較低相關(guān)。這些數(shù)據(jù)為Girdin作為多種實體瘤的潛在靶標(biāo)提供了支持。
圖6：1a對癌細胞中與Girdin相關(guān)分子途徑的抑制
本文發(fā)現(xiàn)了一種獨特的抗癌銥（III）化合物1a，能在低微摩爾濃度下顯著降低肺癌和乳腺癌細胞以及癌癥患者衍生的類器官活力。并通過熱蛋白質(zhì)組學(xué)分析確定Girdin為1a的特異性靶點，它是一種多功能適配蛋白，在癌細胞中過度表達，明確充當(dāng)多個關(guān)鍵致癌通路的信號樞紐。
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