研究發現，靶向BRD4超末端結構域的短肽抑制劑

近日，細胞應激生物學國家重點實驗室、福建省藥物新靶點研究重點實驗室、藥學院劉文教授研究團隊，發現了針對BRD4蛋白的超末端結構域（extra-terminal domain, ET domain）的短肽抑制劑PiET（peptide inhibitor of ET domain）。PiET的細胞穿透形式（TAT-PiET）以及蛋白質降解靶向嵌合體（PROTAC）修飾的TAT-PiET（TAT-PiET-PROTAC）在細胞和小鼠腫瘤模型中能有效抑制乳腺癌細胞生長，與JQ1（BRD4 氨基末端溴結構域（amino-terminal bromodomains, BDs）抑制劑)、iJMJD6（JMJD6抑制劑）或氟維司群（雌激素受體ERα降解劑）的聯合使用呈現出協同作用，并且TAT-PiET或TAT-PiET-PROTAC能有效克服內分泌治療（他莫昔芬和氟維司群）耐藥，展現出治療乳腺癌的潛力。PiET靶向ET的特異性和抑制腫瘤生長的活性使之成為進一步探索BRD4 ET結構域的功能和治療BRD4相關癌癥的非常有前景的候選工具。相關成果以“Peptide Inhibitor Targeting the Extraterminal Domain in BRD4 Potently Suppresses Breast Cancer Both In Vitro and In Vivo”為題在線發表于Journal of Medicinal Chemistry雜志。

BRD4與包括癌癥在內的多種人類疾病相關，其氨基末端溴結構域BD與乙酰化組蛋白結合從而參與關鍵癌基因表達，是**前景的藥物靶標。然而，相關不良反應和耐藥性阻礙了BD抑制劑的開發。同時，BRD4的ET結構域也被發現能通過蛋白-蛋白相互作用的方式招募轉錄因子、輔因子和表觀遺傳調控因子等來調控基因表達和疾病發生發展。因此，ET結構域也被認為是**潛力的藥物靶標。然而，針對ET結構域的抑制劑的開發非常有限。

劉文教授團隊前期研究發現了增強子結合的BRD4通過其ET結構域招募去甲基化酶JMJD6遠程調控P-TEFb蛋白復合體的活性，從而調控鄰近基因轉錄延伸的轉錄調控新模式（Cell. 2013 Dec 19;155(7):1581-95）。最近，團隊發現BRD4和JMJD6是調控ERα介導的基因轉錄、癌細胞生長和腫瘤形成的重要蛋白因子，在ERα陽性乳腺癌的發生發展中發揮至關重要作用（Mol Cell. 2018 Apr 19;70(2):340-357.e8; Nucleic Acids Res. 2022 Oct 14;50(18):10230-10248.）。國內外同行研究也表明BRD4和JMJD6參與多種癌癥的發生發展，是**潛力的藥物靶點。BRD4和JMJD6調控基因轉錄和參與癌癥發生發展的功能既依賴于JMJD6酶活性，又依賴于兩者的相互作用。基于此，團隊多角度進行了相關干預手段的研究：首先是針對JMJD6的酶活性中心成藥性口袋進行了大規模的活性小分子篩選，獲得了多個和JMJD6結合力強、酶活性抑制率高、特異性好和癌細胞生長抑制率高的活性小分子（ACS Med. Chem. Lett. 2019 Nov 19, 10, 1609?1613; ZL201711476073.8; ZL202010973010.9）。其中名為iJMJD6的小分子在小鼠腫瘤模型中（包括雌激素受體陽性乳腺癌、三陰性乳腺癌、肝癌和結直腸癌在內的多種癌細胞來源移植瘤和PDX模型）對腫瘤生長和轉移具有非常顯著的抑制效果。在雌激素受體陽性乳腺癌中能有效克服內分泌藥物（他莫昔芬和氟維司群）引起的耐藥。藥代動力學研究表明iJMJD6具有很好的成藥性（PNAS. 2022 Aug 23;119 (34)）。其次，研究團隊針對BRD4和JMJD6蛋白相互作用展開了短肽抑制劑的篩選。團隊首先通過對接分析和篩選確定了JMJD6中與ET具有最高親和力的短肽序列，并且這一序列在體外能有效破壞BRD4與JMJD6之間的相互作用。該短肽被命名為PiET。TAT穿膜序列修飾的PiET，即TAT-PiET，在細胞中有效地阻斷了BRD4與JMJD6的相互作用。進一步通過蛋白水解靶向嵌合體（PROTAC）技術修飾的TAT-PiET，即TAT-PiET-PROTAC，以ET依賴的方式降解BRD4蛋白，表明PiET特異性地靶向BRD4的ET結構域。TAT-PiET和TAT-PiET-PROTAC有效抑制了BRD4/JMJD6介導靶基因的轉錄激活，其中包括MYC和CCND1；有效抑制了乳腺癌細胞的生長、克隆形成、遷移和侵襲；有效抑制了小鼠移植瘤模型中的乳腺腫瘤的生長。基于之前的分子機制研究，團隊進一步展示了TAT-PiET/TAT-PiET-PROTAC與JQ1、iJMJD6或ICI的聯合治療對乳腺腫瘤生長的抑制具有協同效應，并具有良好的安全性。此外，TAT-PiET/TAT-PiET-PROTAC能使他莫昔芬耐藥的ERα陽性乳腺癌細胞對他莫昔芬重新敏感化。