新型胱硫醚γ裂解酶变构激活剂通过增强内源性硫化氢抑制病理性钙化的研究

推荐：研究人员针对病理性钙化治疗难题，开发出新型胱硫醚γ裂解酶(CSE)变构调节剂(CSE-PAMs)。通过高通量筛选和结构优化获得ZHAWOC22111和ZHAWOC23115两种化合物，可特异性激活CSE使H2S产量提升200%，显著抑制软骨细胞等组织的异常钙化。该研究为骨关节炎等钙化相关疾病提供了全新治疗策略。

　　

病理性钙化是骨关节炎、动脉粥样硬化等疾病的共同病理特征，目前临床缺乏有效干预手段。硫化氢(H₂S)作为内源性气体信号分子，具有抗炎、抗氧化和抑制钙化等多重作用，但其临床应用面临给药浓度控制困难等挑战。瑞士苏黎世应用科技大学(ZHAW)和洛桑大学的研究团队另辟蹊径，开发出通过激活H₂S合成酶——胱硫醚γ裂解酶(CSE)来提升内源性H₂S水平的新策略。

研究采用配体导向的化学修饰方法，对先导化合物SU004进行系统改造，获得ZHAWOC22111和ZHAWOC23115两种CSE正向变构调节剂(CSE-PAMs)。通过冷冻电镜(cryo-EM)和靶向蛋白质组学技术，首次解析出CSE上全新的变构结合口袋。细胞实验证实，这两种化合物能特异性激活CSE（对胱硫醚β合成酶CBS无作用），使H₂S产量提升约200%，显著抑制血管平滑肌细胞、软骨细胞、肌腱细胞等多种组织的异常钙化。

关键技术包括：1）基于荧光探针AzMC和醋酸铅的H₂S检测体系；2）显微尺度热泳动(MST)和饱和转移差示核磁共振(STD-NMR)分析化合物结合特性；3）冷冻电镜解析CSE-PAMs结合位点；4）使用人源重组CSE和小鼠肝脏组织进行酶活性验证；5）多种钙化细胞模型（含原代软骨细胞和临床OA患者来源细胞）评估药效。

主要研究发现：
3.1 CSE-PAMs特异性激活CSE
两种化合物对rhCSE的EC₅₀相似，可使H₂S产量提升2倍。酶动力学显示典型的变构激活特征（α=0.5）。在CSE敲除小鼠肝脏提取物中完全丧失活性，证实作用靶点特异性。

3.2 CSE-PAMs与rhCSE的结合特性
MST测定结合常数K_d≈60 μM，STD-NMR证实直接相互作用。通过光交联衍生物ZHAWOC24000锁定结合状态，冷冻电镜发现变构口袋位于CSE亚基界面，涉及Leu43、Ser61等关键残基。

3.4 CSE-PAMs抑制细胞钙化
在血管平滑肌细胞中，50 μM剂量使钙化降低50%（IC₅₀ 0.5-5 μM）。对原代软骨细胞、肌腱细胞等均有显著抑制效果，且未观察到明显细胞毒性（LDH释放实验验证）。

3.6 CSE-PAMs诱导蛋白硫磺化
通过马来酰亚胺荧光标记法证实，化合物处理使蛋白硫磺化水平显著提升，效果优于外源性H₂S供体NaHS。这可能是其抑制碱性磷酸酶(ALP)活性、降低ROS和IL-6分泌的分子基础。

该研究具有多重重要意义：首先，突破性发现CSE变构结合位点，为靶向药物设计提供新靶点；其次，开发的首批CSE-PAMs克服了传统H₂S供体不可控释放的缺陷；最重要的是，为骨关节炎、血管钙化等疾病提供了通过调节内源性H₂S水平干预病理性钙化的全新治疗范式。研究人员指出，这种"内源性气体信号分子增强策略"可能拓展至其他涉及CSE/H₂S信号异常的疾病领域。