分享一篇近期发表在 Cell Chemical Biology 上的文章，标题为"Redundancy of the OST catalytic subunit facilitates therapeutic targeting of N-glycosylation"。本文通讯作者来自耶鲁大学药学院，分别为第一作者助理教授 Marta Baro 和 Joseph N Contessa 教授。其课题组主要研究方向为药理学，聚焦于肿瘤生物学、受体酪氨酸激酶信号调控，肿瘤耐药机制探索以及 N-糖基化。本文则是最大程度将 N-糖基化、酪氨酸激酶通路对肿瘤发生的影响以及肿瘤耐药性问题糅合在一起讨论，让人能从中窥见 Contessa 组的系统性工作。
在真核生物中，蛋白质 N-糖基化是蛋白质最重要的修饰之一，绝大多数分泌蛋白和细胞表面膜蛋白都有 N-糖链修饰，同时很多和疾病发展相关的蛋白也有丰富的糖链修饰。然而在哺乳动物中，蛋白质 N-糖基化由于具有必不可少的功能，通常被视为无法用于治疗干预的过程。早期科学家开发了一种用于抑制 N-寡糖前体合成的抑制剂 Tunicamycin，在将该化合物和细胞共培养一段时间的情况下，细胞中的 N-寡糖前体几乎全部消失，随之蛋白质的 N-糖基化修饰也会逐渐缺失，最后导致细胞死亡。Tunicamycin 对不同细胞株的 IC50 为 10-1000 nM 不等。所以 Tunicamycin 虽然可以用于科学研究，但是潜在的药物开发价值很小。所以科学家期望可以开发一种有限调控糖基化程度的方法，以达到药物开发的目的。 催化蛋白 N-糖基化反应的寡糖基转移酶是一个大型蛋白复合体，每个寡糖基转移酶复合体 OST 包含：一个催化亚基，STT3A 或者 STT3B；六个功能调节亚基以及专用于支持催化亚基功能的其他三个亚基。研究发现 OST-A（包含 STT3A）和 OST-B（包含 STT3B）分别负责蛋白共翻译和翻译后的糖基转移，从而形成了冗余机制。如果冗余机制能得到妥善利用，就可以开发一种低细胞毒性且能合理调控关键蛋白 N-糖基化的疾病治疗方案。 图 1 a. NGI-1 化学结构式 b. NGI-1 的 IC50 鉴定 c. NGI-1 可以很大程度抑制蛋白质的 N-糖基化
文章开头引用了同组在 2016 年发表于《Nature Chemical Biology》杂志中的文章，提到医药机构开发了一种 OST 抑制剂 NGI-1，其结构及性质见图 1。然而由于该化合物可溶性和细胞膜透过性较差，还需要进一步合成衍生物以改良其性质。所以作者通过对三个边缘基团进行改造（图 2），获得了多个衍生物并对其性质进行鉴定、选取低细胞毒性的衍生物进行后续试验。通过使用 ER-LcuT 荧光报告系统在不同细胞系评价各衍生物对 N-糖基化的抑制功能、内质网腔内渗透性以及对 OST-A/B 的选择性偏好，最终确认 NGI-186 和 NGI-189 对 OST-A 有强抑制效果，NGI-190 对 OST-B 抑制效果明显。
图 2 NGI-1 衍生物结构图及其 IC50
本文采用疾病模型是非小细胞肺癌 NSCLC，EGFR（表皮生长因子受体，胞外侧结构域高度 N-糖基化，属于酪氨酸激酶受体 RTK 家族）基因突变或信号通路增强是非小细胞肺癌典型的的致癌机制。病患 EGFR 激活激酶结构域突变占所有病例的 15%-50%，这些突变导致的病变在临床上的处理一般是用激酶抑制剂（TKI）EGFR 酪氨酸磷酸化，从而降低下游蛋白的激活。EGFR-TKI 治疗方案的药理学研究在过去十年中取得了显著进展：可逆的第一代 ATP 竞争性抑制剂，如 Erlotinib 和 Gefitinib；第二代不可逆的 Afatinib、以及第三代优先抑制突变体 EGFR 的 Osimertinib。然而这些抑制剂的使用往往会造成更多 EGFR 突变的产生使得肿瘤组织产生耐药性，此时开发一种并非直接作用于激酶的治疗方法十分重要。
所以接下来文章基于 PC9 细胞株构建了一个能鉴定 OST 抑制剂对 EGFR 糖基化程度影响的模型：PC9 是一个 EGFR 依赖型细胞株，EGFR 的 N-糖链缺失会导致细胞死亡，然而向 PC9 细胞株中引入多功能嵌合体 CD8-EGFR-CL 则可以保护细胞在 N-糖链缺失的情况下存活，另外嵌合体的 CL 结构域还特定引入了一个已激活的激酶突变位点和一个抗 Osimertinib 药物的抗药性位点。结果表明在用药物处理 PC9 和 PC9-CD8-EGFR-CL 细胞株时，前者明显死亡而后者存活，说明 PC9-CD8-EGFR-CL 可用于后续研究。
图 3 PC9 细胞株的 EGFR 依赖 接下来将合成的一些列化合物用于细胞处理，结果表明 NGI-189，NGI-190 可以抑制 EGFR 糖基化，并且伴随其磷酸化水平的降低。后续将来自耐 KTI 病人的肿瘤组织移植到小鼠体内后，利用 NGI-189 处理小鼠，显现出了明显的肿瘤生长延迟甚至退缩效果（图 4），且动物没有显著全身毒性或内质网应激迹象。 图 4 NGI-189 处理的小鼠的肿瘤数据
一系列的结果可以表明 STT3A/B 的冗余机制可以被用于 N-糖基化的“部分抑制”，避免造成全局功能塌陷导致的毒性和死亡，是一种创新的治疗策略。本文作者以 NGI-1 为母核设计的一系列衍生物中有一部分能选择性抑制蛋白糖基化，且能在不破坏糖基化大背景的情况下干扰关键受体的功能，展现了新途径来克服 EGFR 突变相关的耐药治疗。
———————— 本文作者：LTT 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2025.05.005
