研究人员在探索过程中运用了多种技术方法。首先,他们利用生物素标记的化学探针进行靶标垂钓(biotinylated chemical - probe - based target fishing),就像用特制的 “鱼钩” 去 “钓” 与 PROTACs 结合的膜蛋白;其次,通过基因敲低(knockdown)/ 敲入(knockin)技术,对相关基因进行调控,观察其对药物摄取的影响;还运用代谢组学 UPLC - MS 分析(metabolomic UPLC - MS analyses),精准检测细胞内药物浓度;此外,表面等离子共振(SPR)技术被用于测定化合物与 CD36 的结合亲和力。同时,研究使用了前列腺癌组织芯片(prostate cancer tissue microarray)等样本队列进行研究。
研究结果如下:
- PROTACs 与膜 CD36 的结合:研究人员设计合成了生物素探针 BRD4VHL - biotin,通过 pull - down 实验、质谱分析和免疫印迹等方法,发现 CD36 是 LNCaP 细胞中与 PROTACs 结合的主要膜蛋白。进一步研究表明,不同化学类型的 PROTACs,如 SIM1 - Me、ARV - 110 等,都能与 CD36 结合,且结合亲和力较高。
- CD36 介导的内吞作用对 PROTACs 摄取和活性的重要性:通过在 LNCaP 细胞中敲低 CD36 的表达,研究人员发现 PROTACs 对目标蛋白的降解作用显著减弱,细胞内药物浓度降低,细胞活力和克隆增殖能力增强。相反,过表达 CD36 则能恢复 PROTACs 的活性。在体内实验中,敲低 CD36 也会抑制 ARV - 110 对肿瘤生长的抑制作用。这一系列实验表明,CD36 介导的内吞作用是 PROTACs 发挥作用的关键途径。
- CD36 介导的内吞作用促进荧光标记的 PROTACs 摄取:研究人员设计合成了多种荧光标记的 PROTACs 探针,如 BRD4 - VHL - BDP - FL、SIM1 - Me - BDP - FL 等。通过共聚焦显微镜观察发现,这些探针的摄取依赖于 CD36 介导的内吞作用,且与早期内体标记物 EEA1 共定位。这进一步证实了 CD36 在 PROTACs 摄取过程中的重要作用。
- CD36 介导的内吞作用是其他 bRo5 分子摄取的通用途径:研究人员发现,除了 PROTACs,其他 bRo5 分子,如 rapalink - 1、rapamycin、navitoclax 等,其细胞摄取也依赖于 CD36 介导的内吞作用。这表明 CD36 在大分子药物摄取中具有广泛的作用。
- 靶向 CD36 的结构优化增强 PROTACs 的摄取和活性:研究人员以 MZ1 为模型,通过在其结构上引入不同的基团,如带电荷的羧酸、正电荷的伯胺和疏水的中性基团等,设计合成了一系列 MZ1 类似物。实验结果表明,这些修饰可以增强 PROTACs 与 CD36 的结合亲和力,提高细胞摄取效率和对目标蛋白的降解能力,从而增强其抗肿瘤活性。
- 靶向 CD36 介导的内吞作用提高 bRo5 PROTAC 的抗肿瘤活性:在体外实验中,优化后的 PROTACs,如 MZ1 - C14 - Na 和 MZ1 - C12 - NB,对肿瘤细胞的抑制作用明显增强。在体内实验中,它们也能更有效地抑制肿瘤生长,且不影响小鼠体重。这表明靶向 CD36 介导的内吞作用可以显著提高 PROTACs 的抗肿瘤活性。
研究结论和讨论部分指出,该研究揭示了膜蛋白 CD36 在 PROTACs 及其他 eRo5 和 bRo5 分子细胞摄取中的关键作用,并证明了基于 CD36 介导的化学内吞药物化学策略的可行性。这一策略可以提高 PROTACs 的摄取和活性,为药物研发提供了新的思路。在药物发现方面,细胞通过 CD36 等受体摄取药物的机制应纳入化学内吞药物的测试流程,优化药物与靶基因的结合亲和力和内吞效率,有助于提高药物疗效。在药物开发方面,该策略可以改善药物的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)性质,克服传统药物优化中被动渗透性、溶解性和稳定性之间的矛盾。在精准医学和临床实践方面,根据 CD36 的表达水平对患者进行分层,可能会提高化学内吞药物的治疗效果,减少不良反应。此外,未来的研究可以进一步探索 CD36 在其他细胞类型中的作用,以及优化 PROTACs 的结构,提高其疗效和安全性。总之,这项研究为药物研发开辟了新的方向,具有重要的理论和实践意义。