吲哚萜是一大類具有吲哚和萜類雜合結構的天然產物。該類化合物具有多樣的生物學功能，近年來其抗腫瘤活性引起較多關注。上海有機所生命過程小分子調控國重室李昂課題組前期系統(tǒng)發(fā)展了Prins環(huán)化策略，實現了indotertine A、hapalindole Q、sespenine、epoxyeujindole A、14-hydroxyaflavinine等多類吲哚萜的化學合成。在此基礎上，該課題組與華東理工大學何薇薇課題組、海軍軍醫(yī)大學張衛(wèi)東課題組合作，運用分子間共軛加成方法構建了吲哚萜模擬物庫，并從中發(fā)現化合物JP18具有誘導細胞周期阻滯的作用?(Chem. Asian J.?2016,11,2715)。最近，李昂課題組與何薇薇課題組、張衛(wèi)東課題組以及上海藥物所羅成課題組深入合作，發(fā)現JP18的鹵代類似物 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18具有更強的細胞周期阻滯活性，并確定了這兩個化合物都作用于β-微管蛋白 (β-tubulin) 的秋水仙堿結合位點 (colchicine-binding site)，闡釋了它們導致人類細胞的中心粒蛋白A (CENP-A) 過度累積的機制 (Target identification and mechanistic characterization of indole terpenoid mimics: proper spindle microtubule assembly is essential for Cdh1-mediated proteolysis of CENP-A.Adv. Sci.2024,2305593)。?

CENP-A是中心粒特有的一種組蛋白H3變體，在著絲點定位和染色體分離過程中發(fā)揮關鍵作用。然而，該蛋白在人類細胞中的調控機制尚不完全清楚。合作團隊通過對JP18的構效關系研究發(fā)現，吲哚6位鹵代類似物 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18 具有更強的M期阻滯活性。由于難以獲得合適的衍生化探針分子以進行基于親和力層析的靶點識別，合作團隊運用了加州大學洛杉磯分校黃菁等發(fā)展的基于藥物親和力響應靶點穩(wěn)定性 (DARTS) 的無標簽靶點識別方法，鑒定tubulin為 (+)-6-Br-JP18的潛在作用靶點。X射線晶體學分析表明兩個鹵代類似物均作用于colchicine-binding site，與吲哚氮相連的氫原子和6位的鹵原子分別通過氫鍵和鹵鍵與β-tubulin Asp251和Asn350殘基作用。合作團隊發(fā)現包括 (+)-6-Br-JP18和 (+)-6-Cl-JP18在內的微管抑制劑使人類細胞中APC/C E3泛素連接酶共激活劑Cdh1水平下調及CENP-A水平上調。通過進一步機制研究，揭示了APC/C^Cdh1在人類細胞中介導CENP-A的泛素化?蛋白酶體降解，證實了微管正常組裝對于CENP-A降解的必要性。總之，合作團隊充分利用小分子工具的獨特優(yōu)勢，建立了微管組裝/解組裝與CENP-A過度累積之間的聯系，闡釋了Cdh1在CENP-A調控中的關鍵作用 (圖1)。鑒于CENP-A異常上調與染色體不穩(wěn)定性 (CIN) 之間的密切關系以及CIN與微管抑制劑耐藥性之間的潛在關系，此項研究有助于理解微管抑制劑誘導耐藥性出現的機制細節(jié)，并提示了Cdh1在防止癌癥治療中此種耐藥性出現方面的潛在作用。從更廣闊的角度，此項研究展示了天然產物及其模擬物/類似物作為切入工具在理解生物學機制方面的獨特優(yōu)勢。?

華東理工大學研究生彭琰和張雨萌、華東理工大學?上海有機所聯合培養(yǎng)研究生方阮、上海藥物所研究生蔣昊為相關論文的共同第一作者。此項研究受到了國家自然科學基金委、中國科學院、上海市科委等機構資助。李昂研究員獲得了新基石科學基金會的科學探索獎支持。

圖1.?(+)-6-Br-JP18破壞紡錘體微管組裝和影響Cdh1介導的CENP-A溶酶體降解的作用機制示意圖。該化合物通過靶向β-tubulin的秋水仙堿結合位點破壞微管組裝，從而導致APC/C E3泛素連接酶共激活劑Cdh1的下調以及APC/C底物CENP-A的過度累積。這種累積會影響有絲分裂過程中染色體的精確分離，并可能引起染色體不穩(wěn)定性的出現。