新型PROTACs靶向组织转谷氨酰胺酶（TG2），可抑制卵巢癌细胞的肿瘤发生能力

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Novel PROTACs targeting tissue transglutaminase (TG2) suppress tumorigenicity of ovarian cancer cells

　　本研究开发新型PROTACs靶向降解卵巢癌中高表达的转谷氨酰胺酶2（TG2），证实其能抑制酶活性、细胞迁移/粘附，并显著减少腹腔肿瘤扩散和生长。Visium HD空间转录组分析显示TG2在肿瘤侵袭边缘显著富集，为PROTACs治疗提供理论依据。

　　在这项研究中，科学家们探讨了一种新的策略，用于针对组织转谷氨酰胺酶（TG2）进行靶向蛋白降解，并评估其在卵巢癌模型中的治疗潜力。TG2是一种多功能酶，参与蛋白质交联、纤维连接蛋白-整合素相互作用以及GTP水解等过程。由于其在多种生理和病理过程中的作用，包括肿瘤发生和转移，TG2在癌症治疗中被认为是一个重要的靶点。然而，由于其结构的灵活性和多种功能，传统的小分子抑制剂在靶向TG2时面临诸多挑战。因此，研究团队采用了PROteolysis TArgeting Chimeras（PROTACs）这一新兴的靶向蛋白降解技术，以期实现对TG2的更有效消除。

PROTACs是一种异双功能分子，能够将靶蛋白与E3泛素连接酶募集复合体连接，从而诱导其泛素化和随后的蛋白酶体降解。这种方法不仅提高了靶向蛋白降解的特异性，还能够对那些传统上被认为是“难以成药”的靶点产生显著效果。研究团队在此基础上设计了一种新型的VHL基PROTACs家族，这些化合物通过与TG2的纤维连接蛋白结合域结合，并利用硫醚聚乙二醇（PEG）连接子连接。他们发现，三种结构相似的PROTACs——P374、P404和P405——在24小时内显著降低了TG2的蛋白水平，并且这种效果在48小时后依然稳定。此外，这些化合物还能有效抑制细胞黏附和迁移，阻断细胞外基质（ECM）相关的信号传导，并抑制TG2的酶活性。

为了验证这些PROTACs的降解机制是否依赖于蛋白酶体，研究团队使用了蛋白酶体抑制剂MG132进行实验。结果表明，当在SKOV3细胞中使用MG132时，所有三种化合物都无法诱导TG2的降解，从而确认了PROTACs诱导的TG2降解是依赖于蛋白酶体的。此外，他们还设计了一个基于P374的阴性对照化合物，该化合物的立体中心被翻转，使其无法与VHL结合，因此也未能诱导TG2的降解。这进一步支持了TG2降解是通过蛋白酶体途径实现的结论。

研究还发现，这些PROTACs能够显著降低TG2的酶活性。在SKOV3细胞中，使用10 μM浓度的P374、P404和P405处理24小时后，TG2的转谷氨酰胺酶活性被显著抑制，与使用针对TG2的shRNA进行基因敲低的效果相似。这表明，通过降低TG2的蛋白水平，这些化合物能够全面阻断其所有功能，包括催化活性。为了进一步探索这些化合物对TG2相关功能的影响，研究团队还进行了划痕实验和纤维连接蛋白黏附实验。结果显示，P374、P404和P405能够显著减少卵巢癌细胞的迁移和黏附能力，这与它们对TG2降解的效果一致。

通过反向蛋白芯片（RPPA）分析，研究团队发现这些PROTACs处理的细胞中，除了TG2外，还有136种蛋白质的表达发生了显著变化。这些变化涉及细胞黏附相关的蛋白网络，以及与细胞外基质相互作用相关的蛋白质。进一步的通路分析表明，TG2的降解导致了多个关键通路的改变，包括白介素信号通路、癌症相关通路、细胞黏附的正向调节以及RAC1-PAK1-p38-MMP2轴。同时，一些与TG2相关的蛋白，如AKT、SOX2、MAPK2和ATRX的表达也显著下降。这些结果表明，通过降解TG2，这些PROTACs能够广泛影响细胞内的蛋白质表达和信号传导，从而抑制卵巢癌细胞的侵袭性和转移能力。

为了评估这些化合物在体内的效果，研究团队在小鼠模型中进行了药代动力学（PK）实验。结果显示，P374和P404在体内的半衰期分别为4.2至5.4小时，显示出一定的稳定性。这些化合物在体内的暴露量和半衰期与体外实验结果一致，表明体外的DMPK测试可以作为筛选和优化体内效果的有用工具。此外，P374在体内的效果尤为显著，能够显著减少腹膜转移并抑制肿瘤的生长和扩散。通过免疫组织化学（IHC）分析和腹水样本中TG2酶活性的检测，研究团队进一步验证了这些化合物在体内的有效性和作用机制。

在人体样本中，研究团队使用了10X Genomics的Visium HD空间转录组分析技术，对高分级浆液性卵巢癌（HGSOC）患者组织样本中的TG2表达进行了研究。结果显示，TG2在肿瘤侵袭边缘和与细胞外基质（ECM）接触的区域高度富集，进一步支持了其在卵巢癌转移中的重要性。这些发现为开发针对TG2的PROTACs作为潜在的治疗手段提供了坚实的理论基础和实验依据。

综上所述，这项研究不仅展示了新型TG2靶向PROTACs在体外和体内的有效性，还揭示了其在抑制卵巢癌细胞迁移、侵袭和转移中的作用机制。通过结合多种实验方法，研究团队全面评估了这些化合物的药代动力学特性、蛋白降解效果以及对多种细胞功能的影响。这些结果表明，针对TG2的PROTACs具有成为卵巢癌治疗新策略的潜力，并为未来的研究提供了重要的方向。