四大神經(jīng)退行性疾病之一的亨廷頓舞蹈癥臨床治療或?qū)⒂瓉硇率锕狻?/div>亨廷頓?。ɑ蚍Q亨廷頓舞蹈癥）臨床表現(xiàn)為不自主的舞蹈樣動作、認知障礙、精神異常等癥狀。由于引起該病的變異亨廷頓蛋白（mHTT）生化活性未知，無法靶向，傳統(tǒng)依靠阻斷劑以阻斷致病蛋白活性的方法并不適用。

魯伯塤（右一）。  本文圖均為 復旦大學 供圖

丁澦（右一）和學生

費義艷（右一）和學生

近日，復旦大學生命科學學院魯伯塤與丁澦課題組和復旦大學信息科學與工程學院光科學與工程系費義艷課題組等多學科團隊通力合作，開創(chuàng)性地提出基于自噬小體綁定化合物（ATTEC）的藥物研發(fā)原創(chuàng)概念，并巧妙地通過基于化合物芯片和前沿光學方法的篩選，發(fā)現(xiàn)了特異性降低亨廷頓病致病蛋白的小分子化合物，有望為亨廷頓病的臨床治療帶來新曙光。

北京時間10月31日凌晨，相關(guān)研究成果《HTT-LC3連接化合物對變異HTT蛋白的等位基因選擇性降低》（“Allele-selective Lowering of Mutant HTT Protein by HTT-LC3 Linker Compounds”）以長文（Article）形式發(fā)表于《自然》（Nature）主刊。

以致病蛋白mHTT為例，該細胞自噬過程簡單示意圖。

開辟新思路：“小分子膠水”助力細胞自噬“吞沒”致病蛋白

團隊著眼于駕馭細胞自噬這一細胞內(nèi)蛋白降解途徑以有效降低變異亨廷頓蛋白水平。在自噬過程中，關(guān)鍵蛋白LC3被脂化后聚合擴增，形成膜結(jié)構(gòu)，并將蛋白、脂類、細胞器等降解目標包裹于其中，形成完整的自噬小體（autophagosome），與溶酶體融合后，其中包裹的物質(zhì)得以降解。

然而，自噬的降解功能強大，若自噬功能整體增強而缺乏特異性，會降解所有包裹進自噬小體的蛋白，這樣一來，承擔著神經(jīng)保護功能的正常野生型亨廷頓蛋白以及其它發(fā)揮重要功能的蛋白也易被“誤吞”。傷敵一千，卻自損八百，并非理想之策。

如何在排除野生型亨廷頓蛋白的情況下，特異性地綁定致病蛋白進入自噬小體？團隊設(shè)想發(fā)明一種小分子綁定化合物ATTEC（Autophagosome Tethering Compounds），或稱之為“小分子膠水”，能夠直瞄靶心，牢牢地將LC3及致病蛋白（或其他致病物質(zhì)）黏在一起，進而將致病蛋白包裹進入自噬小體進行降解。同時，“小分子膠水”并不黏附野生型亨廷頓蛋白，使其得以安然無恙。經(jīng)過篩選、純化及系列細胞實驗后，團隊共獲四個符合要求的理想化合物。

至此，研究所得分子已具備滿足理想條件的理論可行性，而是否可適用于動物細胞和人體細胞，通過給藥達到預期功效，則需進一步研究驗證。

團隊發(fā)現(xiàn)，這四個化合物在小鼠神經(jīng)元、亨廷頓病病人細胞以及亨廷頓病果蠅模型中，均可顯著降低變異亨廷頓蛋白水平，而對野生型亨廷頓蛋白水平幾乎沒有影響，且起效濃度在納摩爾級別。更令團隊感到驚喜的是，“這四種化合物中有至少兩種，可以跨過血腦屏障，并通過低劑量腹腔給藥直接降低亨廷頓病小鼠的大腦皮層及紋狀體的變異亨廷頓蛋白水平，而不影響腦組織中的野生型亨廷頓蛋白水平，也改善了疾病相關(guān)的表型，為亨廷頓病口服或注射藥物的研發(fā)提供了切入點?！濒敳畨_介紹道。

發(fā)光的小分子膠水連接了致病蛋白mHTT（藍色）和自噬小體蛋白（紫色），將其帶入自噬小體進一步降解。

學科新交叉：小分子芯片和光學檢測技術(shù)實現(xiàn)高通量篩選

事實上，此類“小分子膠水”并不好找。信息科學與工程學院光科學與工程系費義艷課題組的加盟為“小分子膠水”的發(fā)現(xiàn)帶來了新的可能。該課題組發(fā)展了基于小分子芯片（Small Molecule Microarray, SMM）和免標記斜入射光反射差（Oblique-Incidence Reflectivity Difference, OI-RD）技術(shù)的新型高通量藥物篩選平臺，能夠快速、靈敏、無標記地從成千上萬種小分子化合物中找到與靶標蛋白結(jié)合的小分子。

課題組將近四千種小分子化合物點樣于芯片上，當靶標蛋白流過時，若它能夠與固定在芯片上的特定小分子結(jié)合，則該位置的分子層厚度增加，這一微小變化即可被光學方法（斜入射光反射差技術(shù)）靈敏檢測。采用這種新型的藥物篩選方法，課題組共找到兩種小分子，它們既能夠與LC3蛋白結(jié)合，也能夠與變異亨廷頓蛋白結(jié)合，但不與野生型亨廷頓蛋白結(jié)合。通過對具有類似結(jié)構(gòu)的小分子化合物的檢測，共獲得四種可綁定LC3與變異亨廷頓蛋白的“小分子膠水”。

科研團隊合影

應(yīng)用新前景：自噬小體綁定化合物打造藥物研發(fā)新概念

團隊決定打破砂鍋問到底，進一步探究這些小分子化合物能夠區(qū)分變異亨廷頓蛋白與野生型亨廷頓蛋白的內(nèi)在機制。變異亨廷頓蛋白和正常蛋白結(jié)構(gòu)基本無異，唯一的差別就在于變異蛋白含有過長的谷氨酰胺重復（polyQ）。而這些化合物之所以能夠“明辨忠奸”，正是因為其可選擇性地結(jié)合變異亨廷頓蛋白所特有的過長polyQ區(qū)域，根據(jù)這一特性對兩者予以區(qū)分。

依據(jù)這一特性，團隊意識到這些小分子化合物的用武之地也許遠不止亨廷頓病這一種疾病。目前已知有九種polyQ疾病，都是由特定的含有過長polyQ的突變蛋白所導致。脊髓小腦性共濟失調(diào)III型疾病就是一例，它是中國人群中發(fā)病率最高的polyQ疾病，臨床表現(xiàn)為運動的協(xié)調(diào)障礙、無法維持軀體姿勢和平衡等，可伴有突眼、腱反射亢進、面肌顫搐、肌痙攣等癥狀。團隊利用復旦大學附屬華山醫(yī)院教授王堅課題組孫一忞醫(yī)生提供的共濟失調(diào)III型病人細胞進行了檢測，發(fā)現(xiàn)這些化合物均可以有效降低引起該病的變異蛋白（polyQ長度為74）水平，而不影響其野生型蛋白水平（polyQ長度為27）。

“這些化合物不僅可能對亨廷頓病的治療有效，也可能運用于其它polyQ疾?。蛔允尚◇w綁定化合物（ATTEC）這一藥物研發(fā)新概念，也有望應(yīng)用于其它無法靶向的致病蛋白，甚至非蛋白的致病物質(zhì)。”談及成果未來應(yīng)用前景，魯伯塤充滿期待。