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作為分子生物學中逐步興起的RNA表觀遺傳學領域，RNA化學修飾在多種疾病中的作用被逐步闡明。其中，m⁶A修飾作為豐度最高的修飾之一已被證實可影響多種疾病中的關鍵致病基因組的轉錄及表達。ALKBH5作為m⁶A修飾的擦除器蛋白，其可通過調控RNA中m⁶A修飾從而影響疾病進展，在急性髓系白血病中，ALKBH5的過表達導致下游致癌基因轉錄組穩(wěn)定性增強進而導致致癌蛋白過表達最終導致癌癥惡性進展。目前通過化學小分子干預調控其活性仍然存在巨大挑戰(zhàn)。

圖1 18l的ALKBH5抑制活性及共價作用機制驗證

Cys200殘基作為ALKBH5特有的非催化共價位點，位于ALKBH5的ssRNA底物結合口袋附近，研究人員設想通過靶向該位點進行共價修飾，從而干擾底物與ALKBH5結合，起到選擇性活性抑制作用。通過前期篩選及構效關系研究，研究人員得到了以馬來酰亞胺作為共價彈頭的優(yōu)選化合物18l（ALKBH5 IC₅₀ = 620 nM）。通過多種體外實驗，證實了18l是通過共價修飾Cys200抑制ALKBH5酶活性，且該種修飾可阻止底物結合ALKBH5。此外，對于FTO和多種Cys蛋白酶，18l具有對ALKBH5的良好選擇性。

圖2 18l在血液瘤細胞中的抗腫瘤作用研究

在體外驗證化合物18l對ALKBH5的抑制活性后，研究人員對化合物的細胞水平活性進行了測試。結果表明化合物18l可以抑制AML細胞增殖（NB4 cell IC₅₀ = 630 nM），促進AML細胞凋亡、分化為正常細胞、阻滯細胞周期，并抑制細胞內(nèi)ALKBH5介導的信號通路表達，此外，18l可提升NB4細胞內(nèi)RNA中m⁶A水平，表明化合物可在胞內(nèi)抑制ALKBH5。

圖3 18l的靶向性及作用機制研究

為驗證18l的酶水平ALKBH5抑制活性與抗AML細胞表型的關聯(lián)性，研究人員進行了非修飾的靶向性驗證以及基于ABPP的化學蛋白質組學研究。在非修飾性實驗中，18l可改變ALKBH5的蛋白酶耐受性、熱穩(wěn)定性從而證明了化合物的胞內(nèi)在靶性。ABPP蛋白質組學實驗中，基于18l的化學探針可結合ALKBH5，質譜結果證實了18l在AML細胞內(nèi)可結合ALKBH5。

圖4 18l的體內(nèi)抗腫瘤藥效學研究

最后，研究人員在AML細胞小鼠異種移植瘤模型中進行了18l的體內(nèi)抗腫瘤藥效學研究，在1 mg/kg和2.5 mg/kg給藥劑量下，18l均可有效抑制腫瘤生長，抑瘤率分別為66.3%和76.8%，且動物體重未出現(xiàn)明顯下降，展現(xiàn)出了該化合物的良好體內(nèi)藥效。

柳紅/楊財廣/李淳樸團隊報道了一種靶向Cys200共價抑制ALKBH5的小分子18l。該化合物表現(xiàn)出強效的ALKBH5抑制活性和較好的選擇性，在針對AML的體外和體內(nèi)藥效學研究中顯示出優(yōu)秀的抗腫瘤作用。通過CETSA、DARTS以及基于ABPP的化學蛋白質組學等多種化學生物學手段進行了深入的作用機制驗證，闡明了ALKBH5抑制劑18l發(fā)揮抗AML作用的機制，為RNA表觀遺傳領域的精準化學調控提供了新的指導思路。

中國科學院上海藥物研究所柳紅研究員、楊財廣研究員、李淳樸研究員為本論文共同通訊作者，中國科學院上海藥物研究所博士研究生吳恒搏、賴淦強、程瑞翔為本論文共同第一作者。該項工作得到了中國科學院上海藥物研究所周虎研究員的支持。該項研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會的資助。