免疫蛋白酶抑制剂与阿霉素结合并在低剂量光子照射下释放阿霉素

chem药物研发2020-06-013.3W+

免疫蛋白酶抑制剂与阿霉素结合并在低剂量光子照射下释放阿霉素第1张

将药物选择性递送至肿瘤细胞是一种高效且副作用少的重要治疗策略。通过将药物附着于靶向分子上（通常通过可裂解的衔接物）可以控制药物毒性，从而可以使用更高剂量的药物。随后，通过局部（生物）化学条件（如酶、pH或氧化还原电位的变化）或外源性触发（如生物正交反应或光化学脱保护）释放药物。

近日，荷兰莱顿大学的Sander I. van Kasteren和Herman S. Overkleeft等人提出了一种新的药物靶向方法：将两种药物组合成一个分子。阿霉素通过可光裂解的链与免疫蛋白酶选择性抑制剂结合，产生肽环氧酮-阿霉素前药，其对具有明显蛋白酶活性的多发性骨髓瘤产生选择性。在细胞摄取和免疫蛋白酶抑制后，阿霉素通过光照从免疫蛋白酶抑制剂中释放。多发性骨髓瘤细胞经免疫蛋白酶抑制和阿霉素毒性受到双重打击而损伤（Figure 1）。相关成果以“Immunoproteasome inhibitor-doxorubicin conjugates target multiple myeloma cells and release doxorubicin upon low-dose photon irradiation”为题发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.9b11969）。

所有细胞均含有组成型蛋白酶，而髓系细胞（包括多发性骨髓瘤细胞）则带有免疫蛋白酶。因此，作者选择具有免疫蛋白酶选择性、共价、不可逆的蛋白酶抑制剂LU-035i（Figure 1，green fragment）作为靶向剂，选择阿霉素（Figure 1，red fragment）作为细胞毒剂，并用6-硝基过氧化丙烯酰羰基和2-(4-硝基苯基)苯并呋喃（Figure 1，blue fragment）连接形成化合物1。

免疫蛋白酶抑制剂与阿霉素结合并在低剂量光子照射下释放阿霉素第2张

首先作者对化合物1进行了合成。作者将对甲氧基苯酚3转化为苯并呋喃6，然后将其锂化，再用三异丙基硼酸酯处理得到硼酸7。随后，硼酸7与芳基溴化物8发生Suzuki偶联反应生成化合物9，并去甲硅烷基形成化合物10。其再经过酮还原以及用溴乙酸叔丁酯和三氟乙酸生成酚羟基后，得到可将两种生物活性剂功能化的光笼11。最后，11与LU-035i 12和阿霉素14连接形成终产物1

免疫蛋白酶抑制剂与阿霉素结合并在低剂量光子照射下释放阿霉素第3张

接下来，作者探究了化合物1抑制活细胞中原位蛋白酶和免疫蛋白酶活性位点的能力。作者将表达两种蛋白酶亚型的人B细胞淋巴瘤细胞系AMO-1细胞与浓度递增的化合物1共同孵育，随后用三种蛋白酶探针进行裂解处理组成型蛋白酶和免疫蛋白酶的六个活性位点。聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）清晰地表明化合物1有效且有选择性地阻断了蛋白酶位点β5i，具有和母体化合物LU-035i相似的活性（Figure 2A）。

为了寻找化合物1在抑制免疫蛋白酶后释放阿霉素的最佳光裂解条件，作者研究了释放的阿霉素量与照射条件之间的关系（Figure 2B）。化合物1在375 nm光（3 mW/cm²）照射30秒后释放了50%的阿霉素，而用420 nm光（13 mW/cm²）则需照射50秒才能释放相同量的阿霉素（Figure 2B）。两种波长光对细胞的光毒性研究结果表明波长375 nm的光照射180秒后，仍未观察到细胞活力的显著降低（Figure 2C）。然而，将细胞暴露于420 nm光照射40秒后，光解细胞死亡达到50％。因此，作者选择375 nm光进行实验以排除光毒性的影响。

最后，作者研究了化合物1诱导AMO-1细胞凋亡的能力，发现在5 µM化合物以及光照的条件下，无论细胞是否有抗性，均产生50%的死亡率（Figure 2D）。同时，作者通过Western blots检测证明了化合物1确实是通过光照释放活性阿霉素从而诱导DNA双链断裂（Figure 2E），该过程可通过DNA双链断链标志物γ-H2AX得以评估。