基于双组分前药系统的肿瘤特异性STING激动剂原位合成策略及其免疫治疗应用

　　为解决STING激动剂在癌症免疫治疗中因非特异性激活导致的副作用及疗效受限问题，研究人员开发了一种基于MSA2独特二聚化机制的双组分前药系统。该系统通过β-葡萄糖醛酸酶触发的原位点击化学反应，在肿瘤微环境中特异性合成强效硫醚连接二聚体SC2S，实现亚微摩尔级STING激活并诱导显著抗肿瘤免疫应答。该研究为肿瘤特异性免疫激动剂设计提供了创新性化学生物学策略。

　　

在癌症免疫治疗领域，干扰素基因刺激因子（STimulator of INterferon Genes, STING）通路的药理激活展现出巨大潜力。然而，第一代环二核苷酸（CDN）类STING激动剂存在给药途径受限（需瘤内注射）、系统性毒性以及可能引起T细胞凋亡等问题。更关键的是，STING通路在健康组织中的非特异性激活可能引发严重自身免疫疾病，这极大限制了其治疗窗口。虽然非CDN类小分子激动剂（如默克公司发现的MSA2）为系统性给药提供了可能，但其治疗安全性仍是重大挑战。

近日发表于《Nature Chemistry》的研究提出了一种创新性解决方案：通过双组分前药系统实现肿瘤特异性STING激动剂的原位合成。该策略巧妙利用了MSA2独特的二聚化机制——其在生理条件下通过芳香环堆叠形成非共价二聚体（K_D=18 mM）后再激活STING。研究团队在此基础上设计了一种酶响应型前药系统：将带有巯基的MSA2类似物（N1）通过自消除型β-葡萄糖醛酸苷（β-GlcA）进行掩蔽，形成前体化合物β-GlcA-N1；同时设计带有半芥子基团的电泳性类似物（E4）。当β-GlcA-N1在肿瘤微环境中被过表达的β-葡萄糖醛酸酶（β-glucuronidase）切割后，释放出的N1与瘤内注射的E4通过独特的分子识别机制发生高效二聚化，形成共价连接的强效激动剂SC2S。

研究团队主要运用了化学生物学合成与表征、等温滴定量热法（ITC）测定结合常数、分子动力学（MD）模拟、X射线晶体学解析蛋白-配体复合物结构、体外细胞模型（THP-1 Lucia ISG细胞系）活性测试、斑马鱼异种移植模型（使用Hs578T三阴性乳腺癌细胞系）以及小鼠同系肿瘤模型（MC38和CT26mβGUS细胞系）等多学科技术方法。其中人源样本使用商业购买的THP-1细胞系，小鼠模型使用BALB/c和C57BL/6J品系，斑马鱼采用Tg(mpeg1:mcherry-F; tnfa:GFP-F)转基因品系。

MSA2类似物在温和条件下高效形成共价二聚体

通过合成一系列带有巯基（N1）和不同亲电基团（E1-E4）的MSA2类似物，研究发现N1与E1、E2和E4在低浓度（50 μM）和生理条件（pH 7, 37°C）下能近定量形成共价二聚体。动力学研究表明，MSA2骨架间的分子识别作用使反应速率比普通硫醇-亲电试剂反应提高10-100倍，且表现出显著的选择性优势。

硫醚连接共价二聚体具有强效STING激动活性

在THP-1 Lucia ISG细胞实验中，由N1和E4形成的硫醚二聚体SC2S表现出最强活性（EC₅₀=0.71 μM），较母体MSA2（EC₅₀=15 μM）提高20倍以上。ITC测定显示其与人类STING结合常数（K_D）为176 nM。通过系统研究连接臂长度与活性的关系，发现三原子连接臂（D2、D5、D7）最为优化。SC2S与STING的共晶结构（PDB: 9QVT）揭示了其诱导闭合构象的激活机制。

β-葡萄糖醛酸酶特异性激活系统的构建与验证

将N1的巯基用β-GlcA掩蔽后，该前药可在β-葡萄糖醛酸酶作用下高效释放活性N1，进而与E4反应生成SC2S。在THP-1细胞模型中，β-GlcA-N1/E4组合仅在添加外源酶时才能有效激活STING通路，诱导干扰素-β、CXCL-10和IL-6等细胞因子分泌。

斑马鱼异种移植模型验证系统有效性

在Hs578T斑马鱼移植瘤模型中，β-GlcA-N1/E4组合仅在添加外源β-葡萄糖醛酸酶时才能有效诱导肿瘤细胞凋亡和缩小瘤体。使用转基因斑马鱼系（Tg(mpeg1:mcherry-F; tnfa:GFP-F)）进一步发现，该系统能显著促进肿瘤相关巨噬细胞（TAM）浸润并诱导其向M1表型（mpeg和TNF阳性）极化，同时增强吞噬活性。

小鼠肿瘤模型证明肿瘤特异性激活

在CT26mβGUS（过表达鼠源β-葡萄糖醛酸酶）同系肿瘤模型中，β-GlcA-N1（腹腔注射）与E4（瘤内注射）联合治疗显示出与MSA2相当的肿瘤生长抑制效果和生存获益，且无明显体重下降。LC-MS/MS分析证实活性SC2S二聚体主要在肿瘤组织中形成，其他器官中几乎无检出，证明了优异的肿瘤特异性。

该研究成功开发了一种基于小分子识别机制的双组分前药系统，实现了STING激动剂在肿瘤组织中的特异性原位合成。与传统的生物正交反应策略不同，该方法利用MSA2类似物自身的分子识别能力，使普通的亲核取代反应也能在复杂生物环境中高效、特异地进行。这一策略不仅显著提高了STING激动剂治疗的安全性窗口，还为针对肿瘤微环境的特异性药物设计提供了新范式。值得注意的是，该系统中各组分单独给药时均无显著STING激活活性，只有同时在肿瘤微环境中相遇才能生成强效激动剂，这种"双保险"设计极大降低了脱靶毒性风险。这项研究不仅推进了STING靶向癌症免疫治疗的发展，更为基于小分子识别的定点药物合成领域开辟了新的方向。