2018年8月28日,清华大学药学院饶燏课题组与清华大学生命科学学院闫永彬课题组合作在药物化学权威杂志Journal of Medicinal Chemistry在线发表了最新研究成果。该论文报道了羊毛甾醇在逆转白内障蛋白聚集方面的构效关系研究。该工作通过系统的结构优化得到一系列活性和水溶性显著提高并且可以逆转不同蛋白突变导致的蛋白聚集的甾醇类小分子化合物,为开发小分子药物治疗白内障奠定了坚实的基础。
        白内障,是全球致盲和导致严重视觉障碍的第一位原因。晶状体是眼球屈光系统的重要组成部分,如果晶状体由于各种原因造成其部分或全部混浊,则发生白内障。国际公认的快速有效治疗白内障方法是手术治疗,通过手术将患者浑浊的晶状体取出,然后植入人工晶体。但总体而言手术治疗费用较高,对患者而言是很大的经济负担,随着人类平均寿命的延长、人口老龄化的出现,这一难题更为突出,因此寻找有效、安全、廉价的药物治疗白内障具有重要的现实意义。
2015年发表的两篇研究工作展现了采用小分子治疗白内障的希望。其中一篇是发表在《自然》上的工作(Nature 2015, 523, 607),该工作发现两个先天性白内障的遗传家系的致病突变都发生在羊毛甾醇合成酶(LSS)上。LSS是合成羊毛甾醇的限速酶,研究人员通过后续的一系列实验从分子水平,细胞水平和动物水平证实了羊毛甾醇可以逆转晶状体内的蛋白聚集,从而显著减轻动物的白内障。另一篇是发表在《科学》杂志上的工作(Science 2015, 350, 674)。这篇工作采用生物物理的筛选手段,从两千多个化合物中筛选出几十个具有降低蛋白聚集功能的小分子,而其中有很大一部分是甾体化合物,这与先前发表在《自然》工作的结果殊途同归。后续的实验证明,包含25-羟基胆固醇的滴眼液能够显著地消除小鼠白内障的部分蛋白质聚集体。

图一:羊毛甾醇类分子的构效关系研究

        饶燏课题组工作报道了羊毛甾醇在逆转白内障蛋白聚集方面的构效关系研究。该工作通过系统地修饰羊毛甾醇的侧链、A环、B环和C环,得到了不同类型的羊毛甾醇衍生物。通过蛋白聚集的细胞模型筛选发现,侧链25位羟基化会极大的提高化合物逆转蛋白聚集的活性。进一步的修饰发现2位的氟化会进一步提高化合物的活性。最终得到的化合物35在细胞模型中的EC50值为18 nM,相比于羊毛甾醇(EC50值为1420 nM),活性显著提高。新的到的羊毛甾醇化合物可以逆转不同晶状体蛋白突变导致的蛋白聚集。并且该类化合物在有效浓度下没有细胞毒性,并且一定程度上提高了HLE-B3细胞的存活率。而其他一些市售药物,如莎普爱思滴眼液在该模型中没有发现活性。进一步的研究发现该类化合物成功地重新溶解体外不同蛋白突变导致的蛋白聚集。目前该团队研究人员正在进行此类新型化合物的后续开发工作。

图二:羊毛甾醇衍生物在细胞水平和分子水平可以显著逆转晶状体蛋白突变导致的蛋白聚集
        清华大学饶燏教授和闫永彬教授为本论文共同通讯作者。饶燏课题组毕业博士生杨兴林、闫永彬课题组博士后陈祥军与饶燏课题组16级博士生杨子默为本文并列第一作者。该研究得到了国家自然科学基金以及国家重大新药创制项目的资助。