Suprastat药物设计：选择性HDAC6抑制剂强化对黑色素瘤的免疫治疗

前沿：

酶和其他蛋白表面的赖氨酸侧链的可逆性乙酰化是由组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)调节的。蛋白质赖氨酸乙酰化或去乙酰化是多种细胞过程的关键调控途径，如转录、细胞周期和细胞代谢。HDACs已被证明是治疗癌症、神经系统疾病和免疫紊乱的有效靶点。目前为止，11个锌离子依赖的HDAC和7个NAD⁺依赖的SIRTs已被证实是HDAC的18个亚型。与其他亚型不同的是，HDAC6能够特异地对非组蛋白及其相应底物进行去乙酰化，如α-Tubulin和HSP-90，已成为治疗癌症的有希望的靶点。

HDAC6抑制剂的免疫调节特性使其成为癌症免疫治疗的药物。STAT3是肿瘤微环境中免疫应答的主要调节因子，HDAC6与转录因子STAT3相互作用，并调节STAT3介导的基因表达。在抗原呈递细胞(APCs)中，如巨噬细胞和树突状细胞，HDAC6的选择性抑制导致免疫抑制剂IL-10的产生减少，从而维持APCs的抗炎状态。

HDAC6抑制剂的结构通常包含以下几点：(a) 锌离子结合基团(ZBG)；(b)填充催化部位之间的疏水空间和外表面的链接器；(c) Cap。而且，大部分HDAC6抑制剂是芳基异羟肟酸类似物，如下图所示。多环芳香环通常被认为是选择性HDAC6抑制剂有利的Cap基团。

通过分析HDAC6与选择性抑制剂的共晶结构，作者预测与关键氨基酸残基建立特定的氢键作用可能会提高HDAC6亚型的活性和选择性。而且，这些残基在调节HDAC6的催化功能中发挥关键作用，而这些残基在HDAC的其他亚型中是缺失的。通过完整的结构和生物学表征，作者发现了高选择性的HDAC6抑制剂，命名为Suprastat。

发现历程

Nexturastat A是选择性的HDAC6抑制剂，使用NextA和anti-PD1免疫阻断联合治疗，可增强T细胞浸润，降低肿瘤微环境中的M2巨噬细胞，显著抑制肿瘤生长，与单一治疗相比，可获得更高的生存率。共晶结构显示，Cap区和活性口袋之间没有形成氢键作用，通过与HDAC6催化核心边缘区域残基的潜在相互作用，NextA的Cap与极性基团的衍生化可以进一步提高其效能和选择性。

   因此，基于假设，作者首先合成了化合物6a-c。HDAC酶亚型活性测定表明，化合物6a和6c均是高选择性的HDAC6抑制剂，对其他亚型的选择性倍数至少达到290倍。而且，羟基对HDAC6的活性和选择性的贡献作用超过氨甲基的作用。

ADME性质评估显示，化合物6a-c均比NextA的代谢稳定性要好，且6a表现最好。

WM164黑色素瘤细胞具有BRAF V600E突变，常在黑色素瘤患者体内出现。经过药物6a-c药物处理后，显著上调Ac-α-tubulin，对Ac-H3上调很微弱，也说明了药物对HDAC6的选择性抑制。

在建立的体内SM1鼠类黑色素瘤模型，腹腔给与药物Suprastat并未产生较强的抗肿瘤活性，而与anti-PD-1联用后产生了更加强效的治疗效果，揭示了HDAC6抑制剂与anti-PD-1联用的益处。

最后，分子动力学研究也显示正丁基醇的羟基更优选地与氨基酸残基S531形成氢键，氨甲基的氨基通过两个水分子与D460具有间接的作用。这一数据也验证了作者初始的结构设计理念。

结论：

HDAC6在组蛋白去乙酰化酶中是独一无二的，它拥有两个功能催化域和一个C端泛素结合域。由于存在核出口信号，HDAC6主要是胞质化的，因此它调节了许多胞质蛋白的乙酰化状态。在HDAC6的众多作用中，它似乎是通过调节免疫抑制分子IL-10和PD-L1的表达而具有免疫调节的特性，从而与抗PD-1免疫检查点阻断治疗相结合可增强抗肿瘤活性。这项工作进一步强调了HDAC6抑制剂与抗PD-1免疫检查点阻断疗法联合使用以降低肿瘤生长的能力。Suprastat的药代动力学/药效学相关性研究将有助于基于其抗肿瘤疗效了解体内药物暴露和靶点作用。