新型那可丁衍生物ES428通过双重靶向DHODH和线粒体脂质诱导AML分化,触发代谢-表观遗传-转录级联反应

Novel noscapine derivative induces AML differentiation by dual-engaging DHODH and mitochondrial lipids to trigger a metabolic-epigenetic-transcriptional cascade

作者信息Shuting Shen, Defeng Li, Youping Zhang, Shiwei Li, Lei Li, Wenhao Shen, Yujie Ma, Wenhao Zhang, Rong Tao, Wei Wang, Biao Jiang, Fang Bai, Chuanxu Liu, Yongqiang Zhang, Qianqian Yin
PMID42592468
发布时间2026-08
DOI10.1016/j.apsb.2026.05.019

实验完整度

高

涵盖体外细胞系及原代样本分化验证、体内细胞系及PDX模型药效评估,以及靶点鉴定(TSA、CETSA、SPR、酶活)、MD模拟和SAR研究等至少两个独立证据层级,并包含功能及机制验证。

主要模型

U937细胞系(AML-M5亚型) THP-1细胞系(AML-M5亚型) U937-luc异种移植NCG小鼠模型 患者来源异种移植(PDX)模型

重点核对

ES428诱导分化的细胞系及浓度(如U937、THP-1,2 μmol/L,3天) ES428在异种移植模型中的给药剂量、途径和方案(30 mg/kg,静脉注射,5天给药/2天休息,持续2周) DHODH作为直接靶点验证证据(TSA、CETSA、光亲和标记、SPR,KD约10 μmol/L) ES428对DHODH的酶活抑制IC50(线粒体来源约3–4 μmol/L) 尿苷补充可逆转ES428诱导的分化

摘要

急性髓系白血病(AML)是一种异质性且破坏性的血液恶性肿瘤,其特征是分化阻滞和未成熟祖细胞积累,使得分化治疗成为一种有前景的治疗策略。然而,临床成功主要局限于急性早幼粒细胞白血病(APL)和异柠檬酸脱氢酶(IDH)突变的AML,大多数AML亚型的需求仍未得到满足。在此,我们发现了新型那可丁衍生物ES428,它能诱导AML分化,并在多种AML细胞系、原代患者样本以及细胞系来源和患者来源的异种移植模型中表现出有效的抗AML疗效。通过组合策略进行靶点去卷积,确定了二氢乳清酸脱氢酶(DHODH)——从头嘧啶合成中的限速酶——是直接的功能靶点。分子动力学模拟和全面的构效关系研究的整合阐明了ES428通过同时与DHODH和线粒体膜脂质结合而发挥的独特机制。这种双重结合增强了ES428在生理相关线粒体膜环境中的靶点结合、功效和选择性,可能通过稳定ES428-DHODH原位相互作用并促进ES428的选择性线粒体定位来实现。此外,ES428触发了一个将嘧啶合成减少、O-连接N-乙酰葡糖胺化(O-GlcNAcylation)降低、EP300/CREBBP催化抑制以及转录重编程联系起来的机制级联。我们的研究结果确定了有前途的先导化合物,建立了一种新的靶向DHODH的策略,并为推进髓系恶性肿瘤的分化治疗提供了重要的机制见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
该研究旨在发现新型AML分化诱导剂并阐明其作用机制,以扩大分化治疗在非APL、非IDH突变AML中的应用。
核心机制
ES428通过同时结合DHODH和线粒体膜脂质,抑制DHODH活性,减少嘧啶从头合成,降低蛋白O-GlcNAcylation水平,抑制EP300/CREBBP乙酰转移酶活性,下调Myc并激活分化相关转录因子网络,从而诱导AML分化。
主要证据
体外多种AML细胞系和原代样本分化验证、体内异种移植模型药效评估、靶点鉴定(TSA、CETSA、SPR、光亲和标记)、酶活测定及过表达/敲除实验,以及MD模拟和SAR研究。
研究意义
作者提出ES428为有前景的先导化合物,建立了新的DHODH靶向策略(通过蛋白-脂质双重结合),为髓系恶性肿瘤的分化治疗提供了机制和转化见解,并可能为FAB M4/M5亚型AML提供生物标志物和联合治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

表型筛选鉴定ES428为AML分化诱导剂

从天然产物衍生物文库中筛选能诱导AML细胞分化的化合物。

利用CD11b作为分化标志物,在U937细胞中对约500个化合物进行3天处理,通过流式细胞术检测CD11b+细胞比例,筛选出ES428。随后在多种AML细胞系(如HL-60、OCI-AML3)及原代AML样本中验证其分化诱导活性。

2

体内药效评估

验证ES428在动物模型中的抗AML疗效和分化诱导作用。

建立U937-luc异种移植小鼠模型和两种PDX模型,给予ES428静脉注射,通过生物发光成像、流式细胞术、组织学染色和生存分析评估白血病负担和分化情况。

3

转录组和代谢组分析揭示嘧啶代谢抑制

探索ES428诱导AML分化的分子机制。

对ES428处理的U937细胞进行RNA-seq和非靶向代谢组学分析,KEGG和GSEA分析显示分化相关通路富集和嘧啶代谢紊乱,LC-MS/MS检测嘧啶代谢物水平变化。

4

靶点鉴定与验证

确定ES428的直接功能靶点。

通过计算靶点预测(MAI-Target Fisher)、热位移分析(TSA)、细胞热位移分析(CETSA)、光亲和标记pulldown、SPR结合实验和酶活测定,鉴定DHODH为直接靶点。进一步通过代谢物补充和DHODH过表达/敲除实验验证其功能性。

5

分子动力学模拟和SAR研究阐明双重结合机制

阐明ES428与DHODH及线粒体膜脂质的结合模式。

对全长DHODH在PE脂双层上进行MD模拟,并合成系列衍生物进行SAR研究,结合酶活和分化活性分析,揭示ES428同时结合DHODH的CoQ结合口袋和膜脂质。

6

下游机制研究:EP300/CREBBP和转录重编程

阐明DHODH抑制诱导AML分化的下游分子机制。

检测ES428处理后O-GlcNAcylation水平、EP300/CREBBP乙酰转移酶活性(H3K18Ac、H3K27Ac)、Myc表达以及分化相关转录因子及其靶基因的表达变化,并通过代谢物补充、抑制剂/激活剂处理、基因过表达/敲低等实验验证机制。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Gibco21875091
胎牛血清Gibco10500064
青霉素-链霉素Gibco15070063
IMDM培养基Gibco--
DMEM培养基MeilunbioMA0212
尿苷Sigma-AldrichU3003
UDP-N-乙酰葡糖胺Sigma-AldrichU4375
全反式维甲酸Sigma-AldrichR2625
维生素D3MedChemExpressHY-15398
尿苷一磷酸MedChemExpressHY-N8060
乳清酸Sigma-AldrichO8402
L-二氢乳清酸Sigma-AldrichD7128
核黄素磷酸钠Sigma-AldrichF2253
布喹那MedChemExpressHY-108325
A-485TargetMolT14073
CTPBActive Motif14065
癸基泛醌Cayman21027
CD11b-APC抗体Thermo Fisher Scientific17-0118-42
CD14 APC抗体Thermo Fisher Scientific17-0149-42
CD45-APC抗体Thermo Fisher ScientificMHCD4505
DHODH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-166348
O-GlcNAc抗体Abcamab2739
mGPDH抗体Abcamab188585
β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology4967
H3抗体Cell Signaling Technology4499
H3K18Ac抗体Cell Signaling Technology9675
H3K27Ac抗体Cell Signaling Technology8173
c-Myc抗体Cell Signaling Technology5605
GAPDH抗体ABclonalA19056
β-微管蛋白抗体ABclonalA12289
兔对照IgGABclonalAC005
DDDDK标签兔单克隆抗体ABclonalAE063
MitoTox™复合物II+III氧化磷酸化活性检测试剂盒Abcamab109905
NCG小鼠GemPharmatech Co., Ltd.Strain
D-荧光素PerkinElmer122799
胶原酶VSigma-AldrichC9263
脱氧核糖核酸酶ISigma-Aldrich10104159001
红细胞裂解液Sangon BiotechB541001
MeilunBio PCR检测试剂盒MeilunBioMA0349

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与化合物处理
细胞系来源、培养基及血清浓度;ES428处理浓度(如2 μmol/L)和时间(3天);分化检测标志物(CD11b、CD14)
阅读提示:参考Materials and methods中的'Cell lines and cell culture'和'Reagents and antibodies',以及Figure 1的图注
分化诱导表型筛选
U937细胞处理浓度(约IC50)和时间(3天);CD11b+细胞检测方法
阅读提示:查看Figure 1A的图注及Results 3.1节
靶点鉴定
重组DHODH蛋白(N端缺失30残基)的浓度;TSA和CETSA的温度梯度;SPR测定条件(ES428浓度范围);光亲和探针ES428-PAP的使用浓度及处理时间
阅读提示:参考Materials and methods中的相关描述及Figure 4的图注
酶活测定
酶源(重组DHODH或线粒体分离物)及浓度;ES428浓度梯度;底物(DHO)和辅因子(CoQ)浓度;EC50计算
阅读提示:查看Figure 4J的图注及Materials and methods中'DHODH enzymatic assays'部分
体内药效评估
小鼠品系(NCG)、周龄、性别;细胞系(U937-luc)接种数量和途径;ES428剂量(30 mg/kg)、给药途径(静脉)、给药方案(5天给药/2天休息,持续2周);检测时间点(第1、2周)
阅读提示:参考Materials and methods中的'Animals experiments'及Figure 2的图注
代谢组学分析
U937细胞处理时间点(第1、3、5天);ES428浓度(2 μmol/L);LC-MS/MS检测条件及定量方法
阅读提示:查看Figure 3的图注及Materials and methods中的'metabolic profiling analysis'部分
分子动力学模拟
DHODH全长及截短(ΔN30)结构;PE脂双层模型;S-ES428和BRQ浓度及模拟时间(400 ns);力场参数
阅读提示:参考Materials and methods中的'molecular dynamics simulations'部分及Figure 5的图注
SAR研究
衍生物种类及合成方法;分化活性测定浓度(2 μmol/L,3天);DHODH酶活抑制测定浓度(10 μmol/L)
阅读提示:查看Figure 6的图注及Materials and methods中的'chemical synthesis'部分