天然免疫系统运用一系列模式识别受体（PRRs）来监视胞外危险信号、胞质的非己成分和自我损伤相关分子，从而启动免疫应答。cGAS（环GMP-AMP合酶）是一种广泛分布于细胞胞质内的信号转导型PRR，可识别来源于病原体、核或线粒体的dsDNA。在结合dsDNA后，cGAS以ATP和GTP为底物合成第二信使环核苷cGAMP，后者结合并激活干扰素刺激蛋白STING，活化后的STING招募激酶TBK1，分别磷酸化下游IRF3和NF-κB，最终导致促炎细胞因子IL-6、TNF和IFN-I表达增加。cGAS–STING通路的过度激活可导致炎症和自身免疫性疾病的发生。因此，cGAS是一种有望治疗自身免疫性疾病的新型潜在靶点。
近日，beat365张翱研究团队与上海药物研究所唐炜研究团队合作，在靶向cGAS治疗与cGAS–STING通路功能失调相关的炎症和自身免疫性疾病的小分子抑制剂研究中获得进展，该工作发表在J. Med. Chem. 2021, 64,7667-7690（https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c00398）。
该团队针对现有绝大多数cGAS抑制剂细胞活性弱等不足，基于cGAS的结构特点，采用生物电子等排、侧链延长等药化策略先后合成两个系列小分子抑制剂I和II；并运用骨架迁移策略，改变C9位取代芳基并将其迁移到C12位，合成系列III和IV；再在IV基础上进一步分子内重排或环化，分别得到系列V和VI （Figure 1）。对新化合物进行人源THP1-Dual细胞和鼠源RAW-Lucia ISG细胞中对dsDNA刺激的cGAS信号通路抑制活性进行测试，代表性化合物进一步通过WB和qRT-PCR检测，确证对cGAS–STING通路具有较好的抑制作用。其中，新化合物25不仅具有显著改善的水溶性（HCl盐：27.65 mg/mL），还具有较好的cGAS抑制活性（IC50 : 1.38 μM for THP1-Dual cells;11.4 μM for RAW-Lucia ISG cells)。机制研究发现，新化合物在THP1-Dual细胞中对cGAS具有直接靶向作用。在LPS诱导的急性炎症小鼠模型上，腹腔注射化合物25显著下降小鼠血清中的炎性细胞因子TNF-α、IL-6、IL-12的水平，显示出良好的抗炎效果（Figure 2），具有治疗炎症和自身免疫性疾病的潜力。
Figure 1. Co-crystal of h-cGAS with compound 6, and our drug design (approach 1 and 2).
Figure 2. Inflammatory cytokine concentrations in serum of LPS-induced mice model.
论文的第一作者是张翱课题组联培硕士生谭静以及上海药物所药理研究团队博士生吴冰。通讯作者分别为张翱教授以及唐炜研究员和丁春勇研究员。该工作受到国家自然科学基金、上海交通大学药物化学生物学及新药发现前沿研究实验室启动基金及创新药物靶标发现平台等项目的支持。
