许代超课题组Nature:细胞死亡和稳态调控的化学生物学研究方面取得重要突破

bailianhua

9月23日，中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心与哈佛医学院联合在Nature上在线发表了题为：Modulating TRADD to restore cellular homeostasis and inhibit apoptosis的研究长文(https://www.nature.com/articles/s41586-020-2757-z)。该研究发现通过靶向TRADD蛋白可以调节RIPK1活性介导的外源性凋亡以及由蛋白酶体应激介导的细胞稳态和内源性凋亡。本研究工作将TRADD确定为一种新型治疗靶标，这是首例报道的可同时阻断细胞死亡和炎症并同时激活自噬和恢复细胞稳态的治疗靶标。上海有机所许代超研究员和哈佛医学院Zhao Heng博士为文章的共同第一作者。
　　神经退行性疾病（ND）是影响人类身体健康的重大疾病，但目前尚无有效的干预措施。神经退行性疾病中阿尔兹海默症（AD）和渐冻症（ALS）等疾病中，有几个重要的病理特征：一是小胶质细胞介导的神经炎症；二是神经系统内的细胞死亡；三是细胞内稳态的失调造成病理蛋白的聚集，比如AD中的Aβ淀粉样蛋白与Tau蛋白缠结等。目前多数观点认为上述三个因素是造成ND发生和发展的重要原因。   

图1. Apostatin-1小分子靶向TRADD蛋白调控细胞死亡以及激活自噬恢复细胞稳态的分子机制

　　目前针对ND的干预研究主要包括抑制神经炎症和细胞死亡，而袁钧瑛团队在过去20年的工作时间里，研究了RIPK1在细胞死亡和炎症反应中起到关键作用并开发了RIPK1抑制剂。如该团队发现在衰老引起的伴TBK1突变导致的渐冻症（ALS）中，蛋白激酶RIPK1介导的小胶质细胞炎症和少突胶质细胞死亡是造成疾病发生的重要原因（Xu, et al., 2018, Cell）；在伴OPTN突变的ALS和AD中，RIPK1介导的神经炎症和细胞死亡都参与了疾病产生的过程（Ito, et al., 2016, Science; Ofengeim, et al., 2017, PNAS）。因此，抑制RIPK1的激酶活性是一种重要的干预ND的策略，RIPK1抑制剂也已经被应用在如AD和ALS等多种ND的临床试验。  
　　但是，抑制RIPK1并不能解决上述提到的第三个病理特征：细胞稳态的失调而造成的病理蛋白的聚集。如果仅仅抑制神经炎症和细胞死亡，有些疾病中的细胞很可能没有办法恢复内稳态，这会影响它们发挥正常功能。激活细胞内的自噬途（autophagy）可以起到促进病理蛋白聚集物降解的作用，但是激活自噬并不能抑制神经炎症和细胞死亡，因此亟需一种全新的策略可以同时抑制细胞死亡和炎症并激活自噬。   
　　研究人员参考了之前RIPK1及其抑制剂Nec-1的发现过程 （Degterev et al. 2005, Nat. Chem. Biol.），采用化学遗传学，并运用复合的小分子化合物高通量筛选模式，通过寻找能够同时抑制细胞死亡并激活自噬的小分子化合物来尝试解决此问题。研究人员分别采用了RIPK1依赖的细胞死亡模型和细胞自噬模型，从17万个化合物中进行了多轮筛选，最后找到了符合上述要求的小分子（ICCB-17和ICCB-19）。进一步通过构效改造（SAR），获得了活性较高的小分子，并将其命名为Apostatin-1。通过大量的细胞生物学实验和生化实验证明了Apostatin-1的靶点是一个叫做TRADD的衔接蛋白。通过体外和体内实验均证明了靶向TRADD可以达到上述两个目标，即抑制RIPK1的活化和激活自噬恢复细胞内稳态并清除病理蛋白聚集物。 　  
　　实验同时表明，TRADD基因敲除的小鼠不仅是完全健康的，而且对肿瘤坏死因子TNFα以及脂多糖LPS诱导的系统性炎症综合征（SIRS）和两者诱导的死亡都有抵抗作用。因此，靶向TRADD的安全性得以证明。这项工作为治疗人类神经退行性疾病提供了新的方向。
　　上述研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、中科院、上海市科委以及生物与化学交叉研究中心的大力支持。


        文章来源：上海有机所
        许代超，博士，上海有机所研究员。于2007-2011年就读于浙江大学并取得理学学士学位。2011-2016年就读于中国科学院上海有机化学研究所并取得理学博士学位，师从著名细胞凋亡研究先驱袁钧瑛教授。2016-至今于哈佛医学院从事博士后研究。在攻读博士学位和博士后工作期间主要从事细胞自噬和细胞死亡以及炎症的分子机制以及在神经退行性疾病中的作用研究。于2019年下半年加入中国科学院生物与化学交叉研究中心担任研究员、博导。