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本研究旨在解决针对关键肿瘤膜蛋白靶点整合素β4的治疗策略匮乏问题。研究人员通过对天然产物库进行高通量筛选，发现了常山酮作为一种新型分子胶水降解剂。研究发现，常山酮可作为一种分子胶水，将整合素β4招募至CRL4BWDR18E3泛素连接酶复合体，并通过泛素-蛋白酶体途径诱导其降解，从而在体外和体内有效抑制食管鳞癌的恶性表型。该研究为靶向跨膜致癌蛋白提供了全新的分子胶水降解策略，并揭示了WDR18这一新的E3连接酶底物受体的功能。
在肿瘤治疗领域，精准清除那些驱动癌症进展的关键蛋白，尤其是那些结构独特、难以用传统小分子药物靶向的跨膜蛋白，一直是科学家们面临的巨大挑战。整合素β4（ITGB4）就是这样一个令人棘手的“硬骨头”。它在多种实体瘤中高表达，与肿瘤的侵袭转移和患者的不良预后密切相关。然而，由于它是一种跨膜蛋白，传统上很难找到能够有效抑制其功能的小分子抑制剂。与此同时，靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation, TPD）技术，特别是分子胶水（Molecular Glue）降解剂，为“消除”而非“抑制”致病蛋白提供了革命性的新思路。不过，分子胶水的发现多靠偶然，且现有研究多集中于少数几个E3连接酶（如CRBN），对于靶向膜蛋白的分子胶水更是鲜有报道。为了填补这一空白，并探索靶向整合素β4的新策略，一项发表在《Advanced Science》上的研究，从天然产物宝库中开启了“寻宝”之旅，并发现了一种古老的抗寄生虫药物——常山酮（Halofuginone, HF）——竟能以一种意想不到的“胶水”方式，精准粘合并清除肿瘤细胞上的整合素β4。
为开展此项研究，研究人员综合运用了多种关键技术方法。首先，他们对包含173种化合物的天然产物库进行了高通量筛选，以寻找对食管鳞癌细胞具有细胞毒性的候选分子。在确定常山酮后，利用药物亲和响应靶稳定性（DARTs）结合质谱分析、蛋白质组学以及表面等离子共振（SPR）等技术，鉴定并验证了整合素β4是其直接作用靶点。通过分子对接模拟了药物与靶点的结合模式。在机制探究层面，采用免疫共沉淀、蛋白质印迹、泛素化检测及基因敲低等手段，阐明了常山酮作为分子胶水，介导整合素β4被CRL4BWDR18E3泛素连接酶复合体识别并经由蛋白酶体降解的完整通路。此外，研究还构建了患者来源异种移植模型和小鼠肿瘤异种移植模型，评估了常山酮及其聚乙二醇化衍生物在体内的抗肿瘤效果和安全性。
2.1 HF Exhibits High Inhibitory Effect on ESCC Cells
通过对9株食管鳞癌细胞系进行天然化合物库的高通量筛选，研究人员发现常山酮在所有测试细胞系中均表现出最强的生长抑制活性，其IC50值范围在0.2492至24.77 μM之间，因此被选定进行后续机制研究。
2.2 HF Inhibits Aggressive Phenotype of ESCC Cells Both In Vitro and In Vivo
研究发现，常山酮处理能以剂量依赖的方式显著抑制食管鳞癌细胞的集落形成、迁移和侵袭能力，并诱导细胞凋亡。在患者来源异种移植模型中，口服常山酮能有效抑制肿瘤生长，但同时引起了明显的体重下降等副作用。为了降低毒性，研究人员合成了聚乙二醇化的常山酮。结果表明，PEG化的常山酮在体内外保持了与常山酮相当的抗肿瘤功效，同时显著减轻了小鼠的体重损失和肝肾毒性，显示出更好的治疗窗口。
2.3 Integrin β4 is a Promising Target of HF
为了寻找常山酮的作用靶点，研究人员利用DARTs技术结合质谱分析，从细胞裂解物中鉴定出16个膜相关蛋白候选者。进一步的蛋白质组学分析提示，整合素介导的细胞黏附通路显著富集，且整合素β4的丰度在常山酮处理后大幅下降。DARTs实验证实常山酮能以剂量依赖的方式稳定整合素β4，使其免于蛋白酶K的降解。临床数据分析显示，整合素β4在食管鳞癌组织中高表达，且高表达与淋巴结转移和患者不良预后显著相关，提示其是关键的促癌因子。
2.4 HF Directly Binds Integrin β4 and Mediates Its Degradation
表面等离子共振和分子对接实验证实，常山酮可直接与整合素β4结合，解离常数KD为5.855 μM，并通过氢键与整合素β4胞内域C2区的Ser1325和Ile1326残基相互作用。实验表明，常山酮处理能诱导整合素β4发生剂量依赖性的降解，其DC50值在纳摩尔级别，最大降解率超过96%。敲低整合素β4可显著降低细胞对常山酮的敏感性，证明其细胞毒性依赖于整合素β4的降解。
2.5 HF Induces Proteasomal Degradation of Integrin β4 by Conferring Glue Activity
机制研究表明，常山酮诱导的整合素β4降解发生在翻译后水平，且可被蛋白酶体抑制剂MG132阻断，同时伴随整合素β4多聚泛素化水平的升高，表明其通过泛素-蛋白酶体途径被降解。研究人员推测常山酮可能扮演“分子胶水”的角色。通过质谱和功能筛选，他们发现Cul4B、DDB1、Rbx1以及WD40重复蛋白WDR18是介导此过程的关键组分。WDR18被证实是CRL4B复合物中与DDB1结合、并识别整合素β4的底物受体。常山酮处理能显著增强整合素β4与WDR18之间的相互作用。进一步研究发现，常山酮特异性地结合并降解整合素β4胞内域的第一个纤连蛋白III型重复序列，该结构域对半桥粒形成至关重要。将Ser1325和Ile1326突变后，常山酮的结合与降解作用消失。WDR18泛素-蛋白酶体降解的机制阐明">
2.6 HF Promotes Apoptosis of Tumor Cell and Activates Hippo Signaling
细胞死亡机制研究发现，凋亡抑制剂能最有效地挽救常山酮引起的细胞毒性。常山酮处理上调了细胞色素C、剪切型caspase-3和PARP等凋亡标志蛋白。由于整合素β4参与细胞-基质黏附，研究人员检测了相关信号通路，发现常山酮能剂量依赖性地激活Hippo信号通路，促进MST1、LATS1和YAP的磷酸化。过表达YAP能减弱常山酮的细胞毒性，表明Hippo通路的激活是其诱导凋亡的重要机制。此外，常山酮或PEG化常山酮与临床常用化疗药顺铂联用，在食管鳞癌细胞中显示出协同抗肿瘤效应。
研究结论与意义
本项研究首次发现并系统阐明了天然产物常山酮作为一种新型分子胶水降解剂，靶向跨膜蛋白整合素β4的抗癌新机制。具体而言，常山酮像“胶水”一样，一端结合整合素β4胞内域的C2功能区域，另一端“招募”CRL4B E3泛素连接酶复合体的底物受体WDR18，从而在两者之间架起桥梁，导致整合素β4被多聚泛素化并通过蛋白酶体途径降解。整合素β4的降解破坏了肿瘤细胞的黏附与生存信号，进而激活Hippo通路并最终诱导细胞凋亡。
这项研究的突破性意义在于多个方面：首先，它成功地将分子胶水降解技术的应用范围从细胞内蛋白扩展至跨膜蛋白，为靶向传统“不可成药”的膜蛋白（如受体、离子通道、黏附分子等）开辟了全新道路。其次，它发现并验证了WDR18作为CRL4B E3连接酶的一个全新底物受体，极大地扩展了可用于理性药物设计的E3连接酶工具箱，为开发更多样化的分子胶水降解剂提供了新的靶点。再次，该研究证明了从天然产物库中筛选发现分子胶水的可行性，为这类“可遇不可求”的药物的发现提供了新的方法论。最后，在转化医学层面，研究不仅证实了常山酮及其优化衍生物PEG-HF在动物模型中的抗肿瘤活性，还揭示了其与标准化疗的协同潜力，为整合素β4高表达的实体瘤（如食管癌、肺癌、乳腺癌等）提供了极具前景的新型治疗策略。总之，这项工作不仅揭示了一个古老的药物如何以崭新的方式对抗癌症，更为整个靶向蛋白降解领域，特别是针对膜蛋白的降解剂开发，树立了一个重要的范例。
