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靶向E3泛素連接酶的腫瘤免疫治療

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前言

腫瘤免疫治療在腫瘤治療領(lǐng)域正變得越來越重要,并在治療各種晚期惡性腫瘤方面顯示出良好的效果。然而,耐藥性和不良反應仍然是免疫治療管理的主要挑戰(zhàn)。免疫治療的未來方向是確定新的靶點,開發(fā)聯(lián)合治療和減少副作用的新方法。

泛素化是一種典型的蛋白質(zhì)翻譯后修飾。在此過程中,泛素與底物共價結(jié)合,并介導其轉(zhuǎn)移至26S蛋白酶體復合體進行降解。E3泛素連接酶是泛素化反應中的關(guān)鍵酶,介導泛素-蛋白酶體系統(tǒng)中底物的識別,并確定泛素化反應的特異性。

目前,越來越多的E3連接酶被確定為腫瘤免疫反應的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,包括MARCH家族和FBXO38,它們介導程序性細胞死亡受體1(PD-1)的蛋白酶體降解。在腫瘤免疫治療中,靶向E3連接酶可以增強抗腫瘤免疫。因此,靶向E3連接酶可能是臨床腫瘤免疫治療的有效策略。

泛素化和E3泛素連接酶

泛素化由泛素激活酶(E1)、泛素結(jié)合酶(E2)和泛素連接酶(E3)的信號級聯(lián)催化,并導致泛素與目標蛋白的共價結(jié)合。泛素以ATP依賴的方式被激活,并通過硫酯鍵與E1上的半胱氨酸殘基結(jié)合。隨后,激活的泛素分子轉(zhuǎn)移到E2的半胱氨酸活性位點,然后被招募到E3連接酶中。最后,E3連接酶將E2 Ub復合物與目標蛋白結(jié)合,并促進泛素與底物賴氨酸殘基的結(jié)合。

泛素分子不僅可以與七個賴氨酸殘基(Lys6、Lys11、Lys27、Lys29、Lys33、Lys48和Lys63)進行單泛素化,還可以基于原始目標底物形成多泛素鏈。單泛素化是將泛素分子添加到賴氨酸殘基上,而多泛素化是在底物上的單個殘基上形成泛素鏈。在多泛素化鏈中,Lys48-和Lys11-連接的多泛素化與蛋白酶體降解有關(guān),Lys63-連接的多泛素化可參與細胞信號組裝和轉(zhuǎn)導。泛素化與各種生物過程密切相關(guān),包括內(nèi)化和溶酶體靶向、蛋白質(zhì)相互作用調(diào)節(jié)、亞細胞分布變化、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、生長反應、先天免疫反應、DNA修復和復制以及跨膜信號轉(zhuǎn)導,尤其是在核因子-κB(NF-κB)途徑的調(diào)節(jié)。

E3泛素連接酶根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征和作用機制,可以被分為三個家族:RING E3s、HECT E3s和RBR E3s。E3連接酶結(jié)合E2 Ub復合物和底物后,RING E3s催化泛素從E2直接轉(zhuǎn)移到底物的賴氨酸殘基,而HECT和RBR E3連接酶催化泛素從E2轉(zhuǎn)移到半胱氨酸,半胱氨酸是E3連接酶的活性部位,隨后泛素轉(zhuǎn)移到底物蛋白。E3連接酶在人類癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

E3連接酶和免疫檢查點

PD-1/ PD-L1

PD-1/ PD-L1信號通路在逃避免疫監(jiān)視的腫瘤中起著至關(guān)重要的作用。Lys48連接的多泛素化修飾是PD-1翻譯后的第一個蛋白質(zhì)修飾,可以調(diào)節(jié)活化T細胞表面的PD-1蛋白水平和抗腫瘤免疫。FBXO38是一種多蛋白復合物,是PD-1的一種特異性E3連接酶。它介導PD-1的蛋白酶體降解,從而下調(diào)表面PD-1表達并阻斷PD-1/PD-L1介導的腫瘤免疫逃逸,這使FBXO38成為抗腫瘤免疫劑開發(fā)的潛在靶點。

單泛素化和多泛素化均可以調(diào)節(jié)PD-L1的表達、膜位置和功能。PD-L1的免疫抑制活性受到泛素化和N-糖基化的嚴格調(diào)控。糖基化后,PD-L1轉(zhuǎn)移到細胞表面,而非糖基化的PD-L1通過糖原合成酶激酶3β(GSK3β)磷酸化,觸發(fā)它與Cullin-RINGE3連接酶配體蛋白β-TrCP的相互作用,從而促進PD-L1多泛素化和隨后的蛋白酶體依賴性降解。

這些研究表明,E3連接酶對PD-1/PD-L1降解至關(guān)重要,靶向E3連接酶可使癌癥患者對腫瘤ICB治療感,并提高免疫治療的療效。

CTLA4/B7

參與CTLA-4蛋白降解的E3連接酶仍然未知,初步證據(jù)表明CTLA-4蛋白豐度與E3連接酶之間存在潛在關(guān)系。MARCH蛋白是RING E3連接酶的一個亞家族,是免疫反應的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。MIR2,一種新型膜結(jié)合E3連接酶,可通過誘導B細胞內(nèi)吞作用降解CD86,導致免疫逃逸。此外,MIR2泛素化CD86并誘導CD86被內(nèi)吞以降解免疫細胞。

最近的一項研究報告,MARCH1上調(diào)與CD86表達呈負相關(guān)。MARCH1 E3連接酶介導DC中CD86的泛素化和降解,這對于調(diào)節(jié)DC的抗原呈遞至關(guān)重要。此外,MARCH8介導CD86在其C末端的多泛素化,導致其快速內(nèi)吞和溶酶體依賴性降解。

LAG-3/ MHC-II

MHC-II的表面表達和半衰期由泛素化控制。MARCH E3連接酶家族,包括MARCH1和MARCH8,被認為可以抑制MHC-II的表達。兩種MARCH都通過泛素化MHC-IIβ鏈的細胞質(zhì)尾部來調(diào)節(jié)肽MHC II復合物。MARCH8泛素化MHC-IIIAβ鏈225位的賴氨酸殘基,并下調(diào)細胞表面MHC-II分子的表達,從而抑制T細胞的激活和功能。此外,MARCH1介導DC表面MHC-II分子的泛素化,這種泛素化誘導MHC-II的內(nèi)吞和降解,從而抑制抗原呈遞并促使腫瘤細胞逃避免疫破壞。

然而,目前對LAG-3蛋白調(diào)節(jié)的理解仍然有限,尤其是其翻譯后泛素化修飾。

KIR/MHC-I

KSHV的K1基因產(chǎn)物,如MIR1和MIR2,是E3連接酶,可以通過賴氨酸-63連接的多泛素鏈降解MHC-I分子。此外,US2/TRC8復合物和TMEM129 E3連接酶也介導MHC-I分子的泛素化和降解。

一些MARCH蛋白下調(diào)MHC-I分子的細胞表面表達,例如,由MARCH1介導的MHC-II泛素化降低表面MHC-I表達并影響MHC-I抗原呈遞。MARCH4和MARCH9直接介導MHC-I分子的泛素化,導致其內(nèi)吞和溶酶體降解。

TIM-3

TIM-3促進或抑制細胞免疫反應的具體機制取決于所涉及的配體和細胞環(huán)境。雖然降解TIM-3及其配體的確切E3連接酶尚未發(fā)現(xiàn),但E3連接酶與TIM-3及其配體之間的潛在關(guān)系可能會影響腫瘤免疫。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),TIM-3配體之一PtdSer的轉(zhuǎn)運受泛素化調(diào)節(jié),泛素化由MET30基因編碼的SCF泛素連接酶復合物介導。

TIGIT及其配體CD155和CD112

TRC8(RNF139)E3連接酶可以識別并有效降解CD112,抑制CD112泛素化可以增加其在腫瘤細胞表面表達,從而提高腫瘤細胞對NK細胞毒性的敏感性,增強NK細胞對腫瘤細胞的殺傷作用。此外,由于缺乏對TIGIT及其配體的最新研究,它們與E3連接酶之間的確切關(guān)系尚不清楚。

CD47/ SIRPα

Cullin-RING連接酶4(CRL4)是E3連接酶家族的成員,該家族由RBX1、CUL4支架蛋白和DDB1-CUL4相關(guān)底物受體組成。CD47被DDB1-CUL4A泛素化,然后運輸?shù)降鞍酌阁w降解,從而阻斷CD47/SIRPα信號通路并增強抗腫瘤免疫。

E3連接酶和免疫調(diào)節(jié)途徑

NF-κB信號通路

NF-κB通路與腫瘤免疫密切相關(guān),可通過靶向E3連接酶精確調(diào)節(jié)。E3連接酶參與NF-κB信號激活的三個步驟:NF-κB抑制劑IκB的降解、NF-κB前體的處理以及通過非降解機制激活I(lǐng)κB激酶(IKK)復合物。

TNF受體相關(guān)因子(TRAF)是一個信號分子家族,在先天性和適應性免疫細胞生物學中起著關(guān)鍵作用。除了缺乏RING結(jié)構(gòu)域的TRAF1外,所有TRAF都具有E3連接酶活性。TRAF家族成員可以積極或消極調(diào)節(jié)經(jīng)典和非經(jīng)典NF-κB信號。

TRAF6激活I(lǐng)L-1并與TLR介導的NF-κB通路激活相關(guān),而TRAF2/5與TNFR1介導的NF-κB通路激活相關(guān)。此外,TRAF2和TRAF3是非經(jīng)典NF-κB途徑的關(guān)鍵負調(diào)節(jié)因子。在正常生理條件下,NF-κB誘導的激酶(NIKs)通常與TRAF3結(jié)合。TRAF–cIAP E3連接酶復合物由TRAF2、TRAF3和細胞凋亡抑制劑(cIAPs)組成,可與NIKs結(jié)合并通過TRAF3蛋白降解NIKs,從而防止NIKs累積和激活非標準NF-κB信號。當接收到諸如CD40L、BAFF和RANKL等通路激活信號時,TRAF2和cIAP1/2介導TRAF3的降解,然后釋放NIKs,從而導致非常規(guī)NF-κB激活。

三元基序(TRIM)是一種典型的E3連接酶,是一個參與NF-κB信號通路的泛素依賴性蛋白水解的多成員家族。TRIM4、5、8、14、23、25、32、37、52和56穩(wěn)定增加NF-κB活性,而TRIM13、21、22、38和40抑制NF-κB活性。

JAK-STAT信號通路

JAK-STAT信號通路是腫瘤發(fā)生、發(fā)展和免疫逃逸的關(guān)鍵通路。JAK-STAT途徑由三種類型的負調(diào)節(jié)因子組成:磷酸酶(SHPs、CD45和PTP1B/TC-PTP)、細胞因子信號抑制劑(SOCS)蛋白和活化STAT蛋白抑制劑(PIAS)。SOCS蛋白表現(xiàn)出E3連接酶的活性,導致信號分子(包括細胞因子受體和JAK激酶)的蛋白酶體降解。SOCS1基因沉默增強DC的抗原提呈和抗腫瘤免疫。

PIAS蛋白可與E2連接酶Ubc9結(jié)合,并通過RING指結(jié)構(gòu)域進行SUMO修飾以顯示E3連接酶活性,導致目標蛋白STAT二聚體降解并抑制JAK-STAT的激活。PIAS3是STAT3的特異性抑制劑。因此,增強或抑制這些負性調(diào)節(jié)蛋白的作用可以阻斷JAK-STAT信號介導的腫瘤免疫細胞逃逸,提高腫瘤免疫治療的療效。

STING信號通路

干擾素基因刺激因子(STING)是一種位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的跨膜適配蛋白,是檢測腫瘤的重要天然免疫傳感器。APC中STING通路的激活導致IFN-β的產(chǎn)生和CD8+T細胞的誘導,從而啟動并激活適應性抗腫瘤免疫反應。

目前,在STING途徑中發(fā)現(xiàn)了多種多泛素化,包括K63、K48、K11和K27的多泛素化。E3連接酶Trim56和Trim32通過催化STING的K63連接的多泛素化增加STING介導的IFN-β表達。兩項研究也證實Trim29是STING的E3連接酶。其中一項研究發(fā)現(xiàn),使用Trim29降解氣道上皮細胞和髓系樹突狀細胞中的STING可減少I型干擾素的產(chǎn)生,這有助于EB病毒(EBV)在兩種細胞類型中建立持續(xù)感染。

E3連接酶的靶向治療

E3連接酶在腫瘤免疫中起著至關(guān)重要的作用,E3連接酶的藥物開發(fā)是近年來極具挑戰(zhàn)性的研究熱點。目前,針對E3連接酶的抗腫瘤藥物根據(jù)其作用機制主要分為四類:E3連接酶的靶向抑制劑、E3連接酶的靶向激動劑、蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)和分子膠。

E3連接酶抑制劑

目前,越來越多的E3連接酶抑制劑已被開發(fā)并用于臨床試驗。近年來開發(fā)的RING E3連接酶抑制劑主要是針對CRL的小分子抑制劑。許多RING E3連接酶抑制劑在癌癥免疫治療或聯(lián)合治療的臨床前模型和臨床試驗中顯示出相當大的治療潛力,其中研究最多的抑制劑包括IAP家族、MDM2、pVHL、Skp2和β-TrCP。

IAP拮抗劑在促進抗腫瘤免疫方面起著至關(guān)重要的作用。IAP拮抗劑,如LCL161,誘導多發(fā)性骨髓瘤中腫瘤細胞的TNF依賴性凋亡,并促進抗腫瘤免疫,在晚期實體瘤患者的1期臨床試驗(NCT01098838)中顯示出高度的安全性和有效性。目前,一些關(guān)于IAP拮抗劑和其他抗癌藥物協(xié)同作用的研究正在進行I/II期臨床試驗(NCT02649673、NCT04643405)。

MDM2抑制劑通過抑制MDM2的E3連接酶活性和干擾MDM2-p53相互作用發(fā)揮作用。許多具有獨特結(jié)構(gòu)、高效的MDM2抑制劑已經(jīng)進入臨床階段,包括RG7112(RO5045337)、SAR405838(MI-77301)和idasanutlin(RG7388)。然而,p53突變引起的劑量限制毒性和耐藥性是臨床試驗中的兩大挑戰(zhàn)。

與RING E3連接酶相比,對HECTE3連接酶抑制劑和RBR E3連接酶抑制劑的研究很少。一些研究中的分子大多處于臨床前階段。

E3連接酶激動劑

除了E3連接酶抑制劑外,還發(fā)現(xiàn)一些E3連接酶激動劑可促進抗腫瘤免疫。

CRBN(cereblon)是CRL4CRBN E3連接酶復合物的底物識別亞單位。Thalidomide及其衍生物lenalidomide和pomalidomide是CRL激動劑的代表藥物,主要靶向CRBN蛋白。它們與CRBN結(jié)合并改變CRBN E3連接酶復合物的底物特異性,導致下游蛋白質(zhì)泛素化和降解,并刺激T細胞活化。它們廣泛用于淋巴瘤和骨髓瘤的臨床治療。CC-90009是一種新發(fā)現(xiàn)的cereblon E3連接酶調(diào)節(jié)劑,CC-90009聯(lián)合CRL4CRBN可選擇性靶向GSPT1進行泛素化和蛋白酶體降解,可用于治療急性髓系白血病。

β-TrCP是E3連接酶,負責非糖基化PD-L1的多泛素化和降解。Resveratrol是一種E3連接酶調(diào)節(jié)劑,調(diào)節(jié)PD-L1泛素化。它通過靶向β-TrCP E3連接酶誘導非糖基化PD-L1多泛素化,從而降低PD-L1在三陰性乳腺癌細胞中的表達并增強抗腫瘤免疫。此外,一項研究設(shè)計了各種小分子,可增強SCFβ-TrCP和致癌轉(zhuǎn)錄因子β-catenin之間的相互作用,包括NRX-252114和NRX-252262。這些化合物揭示了增強E3連接酶-底物相互作用以靶向某些致癌蛋白質(zhì)降解的可行性。

PROTACs

目前,基于E3連接酶的PROTACs已成為抗癌藥物研究領(lǐng)域的熱點。第一個進入臨床試驗的PROTAC藥物Arvinas開發(fā)的ARV-110,一種針對雄激素受體的口服小分子,它于2019年進入了治療轉(zhuǎn)移性去勢抵抗前列腺癌的1期臨床試驗(NCT03888612)。此外,Arvinas開發(fā)了用于治療乳腺癌的PROTAC藥物ARV-471。ARV-471是一種針對雌激素受體的降解劑,已進入2期臨床試驗(NCT04072952)。

BET蛋白家族,包括BRD2、BRD3和BRD4,在癌癥中起著重要作用,其中BRD4蛋白參與調(diào)節(jié)癌癥和炎癥過程。研究人員發(fā)現(xiàn),PROTAC分子MZ1可以形成BRD4-MZ1-VHL三元復合物,它可以介導BRD2、BRD3和BRD4蛋白質(zhì)的降解;贛Z1的晶體結(jié)構(gòu),開發(fā)了AT1,它可以專門針對BRD4降解。此外,其他研究已經(jīng)開發(fā)出名為MT1的二價蛋白質(zhì),它可以結(jié)合兩種BRD4蛋白質(zhì),并具有更有效的降解BRD4蛋白質(zhì)的能力。最近,三價PROTAC SIM1被設(shè)計成具有更高的降解效率和更強的抗癌活性。

分子膠

分子膠降解劑在E3連接酶和目標蛋白之間誘導新的相互作用,從而降解目標蛋白。誘導靶蛋白水解的分子膠包括免疫抑制劑環(huán)孢素A(CsA)、FK506和thalidomide。與傳統(tǒng)的小分子酶抑制劑或受體拮抗劑相比,分子膠最顯著的優(yōu)點是它不需要在靶蛋白上存在與活性相關(guān)的口袋。因此,它可以降解無配體的蛋白質(zhì)。

分子膠可促進約600個E3連接酶與20000多個潛在靶蛋白之間的相互作用,從而為探索新靶點和潛在小分子藥物提供了方向。Asukamycin是manumycin聚酮類化合物的成員,作為UBR7和p53之間的分子粘合劑,靶向E3連接酶UBR7和乳腺癌細胞中的腫瘤抑制因子p53之間的相互作用,導致p53轉(zhuǎn)錄激活和細胞死亡。

Thalidomide及其衍生物lenalidomide和pomalidomide具有免疫調(diào)節(jié)特性,他們可以招募鋅指轉(zhuǎn)錄因子和靶蛋白到CRBN,導致其泛素化和降解。通過結(jié)合CRL4-CRBN降解蛋白質(zhì)的其他分子膠包括CC-885、CC-90009、CC-92480、CC-220和CC-122。其中CC-90009(NCT02848001、NCT04336982)和CC-92480(NCT03989414)已進入臨床試驗。

此外,一些已進入臨床試驗的分子膠包括DKY709(NCT03891953)、CFT7455(NCT04756726)和BTX-1188。DKY709作為單一藥物并與PD-1拮抗劑聯(lián)合用于實體瘤的I期臨床試驗。CFT7455作為口服藥物用于復發(fā)或難治性非霍奇金淋巴瘤或多發(fā)性骨髓瘤的I/II期臨床試驗。

小結(jié)

由于泛素化參與調(diào)節(jié)腫瘤免疫的多個過程,E3泛素連接酶可能是聯(lián)合腫瘤免疫治療的潛在治療靶點,靶向E3泛素連接酶在腫瘤免疫治療中表現(xiàn)出巨大的潛力。

然而,考慮到人體內(nèi)由泛素化調(diào)節(jié)的復雜而廣泛的生命活動,阻斷或激活E3連接酶治療腫瘤可能對其他正常生命代謝活動產(chǎn)生不利影響。因此,探索和解決這一問題仍然是一個相當大的挑戰(zhàn)。此外,選擇合適的治療窗口來使用E3連接酶抑制劑或激動劑仍需要進一步探索。相信隨著研究的深入和臨床的進展,這些問題都可以得到解決,靶向E3泛素連接酶將在腫瘤免疫治療中展現(xiàn)出良好的應用前景。

參考文獻:

1.Potential of E3 Ubiquitin Ligases in CancerImmunity: Opportunities and Challenges. Cells. 2021 Dec; 10(12): 3309.


聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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