“一位審稿人表示'對我而言這是一篇年度論文’，另兩位評審專家認(rèn)為這是蛋白降解領(lǐng)域突破性的發(fā)現(xiàn)。他們都希望早日看到論文正式問世。

此外，這項工作也有幸獲得新晉諾獎得主 Carolyn Bertozzi、PROTAC 的發(fā)明者 Craig Crews、以及 cereblon 蛋白的發(fā)現(xiàn)者和命名者 Joseph Higgins 等學(xué)者的關(guān)注及贊賞?！惫鸫髮W(xué)化學(xué)與化學(xué)生物系博士生徐文青表示。

她說，針對此前蛋白降解領(lǐng)域內(nèi)一直備受關(guān)注、卻未能解決的問題，這篇由其擔(dān)任共同一作的論文，做出了開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

此前有研究顯示，對于一些免疫調(diào)節(jié)藥物比如沙利度胺和來那度胺來說，cereblon 是它們的靶標(biāo) [1]。

其中，2021 年來那度胺的全球銷售額高達(dá) 128 億美元, 位列所有小分子藥物銷售額第二名，在臨床治療中可謂舉足輕重 [2]。

也有研究顯示，這些藥物在和 cereblon 結(jié)合之后，好幾種對癌細(xì)胞有利的蛋白，都會被泛素標(biāo)記（可以理解為給蛋白貼垃圾標(biāo)簽）。并且，被送到細(xì)胞中的蛋白酶的降解，會起到抑制或殺死癌細(xì)胞的作用。

自從人們發(fā)現(xiàn) cereblon 能和這類分子結(jié)合之后，科學(xué)家借此發(fā)展出了另一種蛋白降解技術(shù)——PROTAC（Proteolysis targeting chimera，蛋白水解靶向嵌合體）[3]，這種分子由 E3 酶的配體、靶標(biāo)蛋白的配體、以及連接它們的銜接物組成。

PROTAC 分子具有易設(shè)計、能高效實現(xiàn)目標(biāo)蛋白的降解等優(yōu)勢。研究顯示，當(dāng)把度胺類物質(zhì)嵌在 PROTAC 內(nèi)，仍可以被 cereblon 加以運用 [4]。

目前，已有 15 種 PROTAC 分子被用于癌癥治療的臨床試驗中。其中，有 10 種分子運用 cereblon 的配體，并通過 cereblon 對目標(biāo)蛋白進(jìn)行泛素化，從而實現(xiàn)降解 [5]。

由此可見，對于既存的明星藥物、以及未來的藥物開發(fā)，cereblon 都有著非凡的作用。

但是，核心問題之一在于，盡管人們一直使用 cereblon 去標(biāo)記疾病相關(guān)的非自然新底物，并能導(dǎo)致其降解。然而，對于 cereblon 本身我們卻知之甚少。

而此次工作發(fā)現(xiàn)并闡明了 cereblon 的內(nèi)源性底物和選擇機(jī)制：即它能與什么樣的自然結(jié)構(gòu)做結(jié)合？以及它在我們身體里有著怎樣的功能？

有趣的是，徐文青發(fā)現(xiàn)這些 cereblon 結(jié)構(gòu)，與免疫調(diào)節(jié)藥物的結(jié)構(gòu)類似，并可以形成識別性的競爭。

同時，她和同事詳細(xì)研究了這類環(huán)狀酰亞胺的結(jié)構(gòu)，到底如何在生理性條件下形成和水解，并發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的形成會導(dǎo)致蛋白質(zhì)不可逆的切斷和損傷。

另外，cereblon 也很可能是一個“清道夫”，可以識別、并即時降解這些損害對于免疫調(diào)節(jié)藥物的副作用。

而傳統(tǒng)的度胺類藥物，傾向于標(biāo)記一些特定的非自然底物，這可能會導(dǎo)致一些副作用。因此，多肽環(huán)狀酰亞胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以代替來那度胺等藥物來作為 cereblon 的配體，進(jìn)而促進(jìn)分子膠水和 PROTAC 的藥物設(shè)計。

事實上，在二十世紀(jì)五六十年代，沙利度胺原本被用于治療妊娠嘔吐的鎮(zhèn)靜劑，后因致使胎兒畸形被迫退出市面。

研究發(fā)現(xiàn)，沙利度胺的致畸性，跟它能讓 cereblon 認(rèn)知某些非自然底物有關(guān) [6]。徐文青希望實現(xiàn)的是，基于自然配體設(shè)計的藥物，不僅不會帶來這些副作用，同時對于新靶向藥物的設(shè)計和優(yōu)化，還能提供化學(xué)上的多樣性。

在不同物種里學(xué)界都曾發(fā)現(xiàn)過 cereblon，出現(xiàn) cereblon 突變的患者也被發(fā)現(xiàn)了不同程度的神經(jīng)障礙，這也正是 cereblon 的命名由來 [7]。

因此，研究 cereblon 的自然底物和生物作用，能讓我們對疾病機(jī)理、以及潛在靶點產(chǎn)生更深刻的認(rèn)知。

（來源：Nature）

cereblon 具備清除蛋白損傷的功能

據(jù)徐文青介紹，對于“cereblon 的自然配體和功能”這一大方向，一直都是其導(dǎo)師 Christina M. Woo 的興趣所在，后者曾提出過若干不同的假想。

成立實驗室不久，Christina 一直在探索如何發(fā)現(xiàn)并驗證不同的假說，后于 2020 年初定下此次課題，并讓徐文青參與研究。

在徐文青加入實驗室一個月后，論文一作 Saki Ichikawa 有了初步發(fā)現(xiàn)：即把某個 PROTAC 中的沙利度胺結(jié)構(gòu)，換成二肽環(huán)狀酰亞胺之后，仍然可以降解目標(biāo)蛋白。

期間，他們在 PROTAC 分子中成功證實、并擴(kuò)展了初始發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時，對于這個結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊提出了如下假說：cereblon 認(rèn)知的環(huán)狀酰亞胺，究竟是一種小分子代謝產(chǎn)物、還是在蛋白質(zhì)上翻譯之后的修飾？

2020 年，課題組探究了前者的可能性，但卻并無收獲。后來，另一位論文一作 Hope A. Flaxman 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)狀酰亞胺被嵌進(jìn)一個非 cereblon 底物蛋白、比如綠熒光蛋白時，這個蛋白會被 cereblon 加以認(rèn)知、泛素化、并在最后被降解。

這證明：環(huán)狀酰亞胺的蛋白降解子，很可能來源于蛋白質(zhì)上的修飾。研究中，徐文青幫助其他兩位共同作者做了一些生物實驗，也對環(huán)狀酰亞胺的檢測方法予以優(yōu)化。在量化蛋白質(zhì)的環(huán)狀酰亞胺上，建立了一則有效的方法。

借此徐文青證實：在不同的細(xì)胞、以及組織的蛋白組中，都廣泛存在環(huán)狀酰亞胺的修飾。并且，在溫和的生理性條件中，它們可以在多肽或重組蛋白中，通過鏈斷的形式自發(fā)地形成，完全無需借助催化作用。

運用類似的方法，徐文青又發(fā)現(xiàn)：當(dāng)細(xì)胞比對照組受到 cereblon 的基因敲除、或者被投入來那度胺之后，會產(chǎn)生更多的環(huán)狀酰亞胺、及其水解產(chǎn)物。

因此，她得出如下結(jié)論：在 PROTAC 和人為設(shè)計的非自然蛋白質(zhì)中，環(huán)狀酰亞胺能與 cereblon 結(jié)合。而且，自然內(nèi)源蛋白組中的蛋白降解子，也會受到 cereblon 的調(diào)節(jié)。

cereblon 的化學(xué)性或基因性阻斷，會導(dǎo)致修飾的自發(fā)性生成，而鏈斷產(chǎn)物的持續(xù)累積，會損害生物的正常功能。這說明，cereblon 具備清除蛋白損傷的功能。

（來源：Nature）

研究中“熱血”的一刻

介紹此次論文成果時，徐文青侃侃而談。但是，實驗過程卻一度非?！白ヱR”。2020 年，為了減少新冠交叉感染的風(fēng)險，課題組實行了輪班制，這讓徐文青只能在實驗室待到下午兩點。

有一次，她在前一天才收到通知：實驗室會在隔天早上收到血液樣本。第二天，徐文青一早就來到實驗室，結(jié)果中午 11 點才收到血包。

這是她第一次處理血，為了趕時間她手忙腳亂地處理這些沒有閉口的血包，在剪刀、手套和實驗服上都弄上了血。

“到現(xiàn)在都還記得，我和當(dāng)時的輪轉(zhuǎn)生 Hannah 處理 '血腥殘局’的場景，感覺這是我最緊張的一次實驗日。

后來，我的合作者 Hope 還買了牛眼作為另一種實驗樣品，我看到她用解剖刀從充滿血絲的眼睛中取出晶狀體，非常佩服她的勇氣。也很慶幸，在我檢測環(huán)狀酰亞胺的實驗中，這些樣品派上了用場！”徐文青說。

（來源：Nature）

收到論文審稿意見之后，徐文青所在課題組聯(lián)合美國南加州大學(xué)化學(xué)與生物科學(xué)系教授Matthew R. Pratt 團(tuán)隊，合成了重組血紅蛋白。

蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)顯示其中含有環(huán)狀酰亞胺，這說明重組血紅蛋白確實會被 cereblon 泛素化。

與此同時，徐文青也補充多個蛋白組學(xué)實驗，為研究結(jié)論提供了更多證據(jù)。

近日，相關(guān)論文以《E3 連接酶適配器 cereblon 以 C 端環(huán)酰亞胺降解子為靶點》（The E3 ligase adapter cereblon targets the C-terminal cyclic imide degron）為題發(fā)表在 Nature 上。

▲圖 | 相關(guān)論文（來源：Nature）

Saki Ichikawa、Hope A. Flaxman、徐文青是共同一作，哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系副教授 Christina M. Woo 擔(dān)任通訊作者。

此次論文發(fā)表以后[8]，針對環(huán)狀酰亞胺蛋白降解子、在靶向蛋白降解的應(yīng)用，以及對于不同手性的配體與 cereblon 的結(jié)合，該團(tuán)隊正在做進(jìn)一步的分析。

作為徐文青的下一個博士課題，她打算研究蛋白降解子在化學(xué)和生物上的特性，比如它們?nèi)绾紊?、以及如何被調(diào)控。

另外，她和所在團(tuán)隊也會繼續(xù)探索 cereblon 的自然底物、識別機(jī)制、生物學(xué)功能、以及來那度胺等免疫調(diào)節(jié)藥物對它的影響。