一种共价变构分子胶降解剂抑制NRF2依赖性肿瘤生长

《Cancer Discovery》：A Covalent Allosteric Molecular Glue Suppresses NRF2-Dependent Cancer Growth Open Access

　　

NRF2转录因子在癌症中组成型激活，其功能是维持氧化稳态并重编程细胞代谢。NRF2活性肿瘤表现出NRF2依赖性和对化疗/放疗（RT）的抵抗。本研究表征了VVD-065，这是一种首创（first-in-class）NRF2抑制剂，通过前所未有的变构分子胶机制发挥作用。在无应激或突变的情况下，NRF2被Kelch样ECH关联蛋白1（KEAP1）–cullin3（CUL3）泛素连接酶复合物快速降解。VVD-065特异性且共价地结合KEAP1上的Cys151，进而促进KEAP1–CUL3复合物的形成，导致NRF2降解增强。先前报道的Cys151定向化合物会减少KEAP1–CUL3相互作用并稳定NRF2，从而确立KEAP1C151作为KEAP1–CUL3复合物和NRF2稳定性的可调节调节器。VVD-065抑制了NRF2依赖性肿瘤生长并使癌症对化疗/放疗增敏，支持了正在进行的I期临床试验（NCT05954312）。

研究背景与立论依据

NRF2（由NFE2L2基因编码）作为细胞应对氧化和亲电应激的主要防御转录因子，在正常生理状态下受KEAP1-CUL3 E3泛素连接酶复合物的严格调控。然而，在肺癌、食管癌等多种实体瘤中，NRF2通路频繁发生遗传性或非遗传性异常激活，赋予肿瘤细胞显著的氧化还原稳态、代谢重编程及免疫抑制能力，同时导致肿瘤对化疗和放疗产生强烈抵抗。尽管NRF2作为药物靶点的潜力已被广泛认可，但由于其属于转录因子，缺乏传统的酶活性口袋，长期以来被视为“难成药”靶点。此外，现有的KEAP1抑制剂（如富马酸二甲酯、巴多索隆甲酯）均通过修饰KEAP1的Cys¹⁵¹来抑制其功能，反而导致NRF2的稳定和激活，这与治疗癌症所需的NRF2抑制策略背道而驰。因此，开发能够直接降解NRF2或增强其生理性降解机制的新型疗法成为亟待解决的临床需求。

关键技术方法

研究人员采用了基于质谱（MS）的化学蛋白质组学平台筛选共价片段库，利用工程化的转录报告基因（HEK293–ARE-Luc）评估功能影响，并通过晶体学解析了KEAP1 BTB结构域与化合物的复合物结构（PDB ID: 9DU7）。在机制验证层面，运用了均相时间分辨荧光（HTRF）检测蛋白互作、表面等离子共振（SPR）测定动力学参数、miniTurbo邻近标记技术以及泛素化分析。体内外药效评价涵盖了异种移植瘤模型（CDX）、患者来源异种移植瘤模型（PDX）以及同基因原位模型，并结合药代动力学（PK）和药效学（PD）分析进行了综合评估。

研究结果

KEAP1_Cys151配体的鉴定与功能反转

研究人员通过工业化的靶向质谱化学蛋白质组学筛选，发现了一系列共价配体。其中，VVD-065（VVD-325的对映异构体）表现出独特的生物学特性。不同于已知的KEAP1抑制剂（如PSTC、巴多索隆甲基）通过结合Cys¹⁵¹来抑制KEAP1功能，VVD-065虽然同样靶向KEAP1_Cys¹⁵¹，却导致了NRF2的降解而非积累。在KYSE70食管鳞癌细胞中，VVD-065能有效降低NRF2蛋白水平及其靶基因转录活性，且该效应依赖于CUL3和KEAP1_Cys¹⁵¹，显示出极高的选择性。

VVD-065的结构与机制评估

为阐明VVD-065的作用机理，研究人员解析了其结合的KEAP1 BTB结构域晶体结构。结果显示，VVD-065的丙烯酰胺端与Cys¹⁵¹形成共价键，并诱导该残基发生构象翻转（从m-rotamer转变为p-rotamer），进而引发BTB结构域内M147、F52等疏水残基的重排以及螺旋6的位移。这种构象变化使得KEAP1呈现出与CUL3结合时的特征性构象。生化实验证实，VVD-065显著增强了KEAP1与CUL3的结合亲和力（K_D从783 nmol/L提升至65 nmol/L），降低了复合物的解离速率，其作用机制被定义为一种变构“分子胶”，通过稳定KEAP1–CUL3相互作用来促进NRF2的泛素化降解。

VVD-065活性依赖于KEAP1–NRF2相互作用

研究发现VVD-065的抑癌活性严格依赖于KEAP1与NRF2之间的残余相互作用。在携带NFE2L2突变（如W24C、G31A）或KEAP1锚定区突变的细胞中，VVD-065能有效诱导NRF2降解并抑制转录活性；而在破坏KEAP1–NRF2结合界面的突变体（如NRF2^E79K、KEAP1^G333C）中，VVD-065则无效。这表明只有保留一定结合能力的“机制敏感”型肿瘤才能响应VVD-065的治疗。

VVD-065抑制癌细胞生长

在非粘附性的3D球体培养条件下，VVD-065显著抑制了KYSE70细胞的增殖，这与NRF2在三维微环境中的依赖性相符。在一系列细胞系中，VVD-065的抗增殖效应与其诱导NRF2降解的能力呈正相关。将KEAP1_Cys¹⁵¹突变为丝氨酸则完全消除了VVD-065的抑制作用，证实了其为靶向依赖性效应。

VVD-065的体内抗肿瘤效应

在KYSE70和HCC95异种移植瘤模型中，口服VVD-065表现出良好的药代动力学性质和剂量依赖性的肿瘤生长抑制（TGI）。药效学分析显示，给药后肿瘤内KEAP1_Cys¹⁵¹被显著占据，伴随NRF2蛋白及其靶基因的持续下调。更为广泛的患者来源异种移植瘤（PDX）模型筛选表明，VVD-065在鳞状非小细胞肺癌（sqNSCLC）、食管鳞癌（ESCC）及头颈鳞癌（HNSCC）等多种组织学类型中均诱导了不同程度的TGI，且疗效与NRF2通路的突变状态密切相关。

VVD-065在同基因原位模型中的强效抗肿瘤作用

考虑到免疫微环境对NRF2活性的潜在影响，研究人员在免疫功能完整的同基因原位模型中进行了验证。尽管KLN-205细胞在体外3D球体中对抗NRF2降解，但在DBA/2小鼠的肺原位移植模型中，VVD-065治疗显著延长了荷瘤动物的中位总生存期（OS），并在异体皮下移植模型中显示出显著的抑瘤效果。

VVD-065与化疗和放疗的联合获益

鉴于NRF2上调与放化疗抵抗相关，研究人员探索了联合治疗策略。结果显示，VVD-065与顺铂联用在KYSE70和VMRC-LCP模型中产生了显著的协同抑瘤效果。此外，VVD-065还能有效增敏nab-紫杉醇、5-氟尿嘧啶及吉西他滨的疗效。在MOC1头颈癌细胞同基因模型中，VVD-065联合放射治疗（RT）几乎完全抑制了肿瘤生长，证实了该分子胶在克服肿瘤治疗抵抗方面的巨大潜力。

结论与意义

综上所述，本研究报道了一种首创的KEAP1依赖性变构分子胶降解剂VVD-065。该分子通过共价结合KEAP1_Cys¹⁵¹，诱导KEAP1构象重排，以分子胶机制稳定KEAP1–CUL3复合物，从而恢复NRF2的生理性降解。VVD-065在多种NRF2活化肿瘤模型中表现出单药抗肿瘤活性，并能有效逆转肿瘤对化疗和放疗的耐药性。该研究不仅为NRF2这一“难成药”靶点提供了全新的药物研发范式，也为携带NRF2通路异常激活的癌症患者带来了新的治疗希望。基于这些坚实的临床前数据，VVD-065已进入I期临床试验（NCT05954312），标志着转化医学的重要突破。