基于单细胞信号图谱的天然产物rocaglate结构-活性关系解析揭示白血病治疗新靶点

本研究针对化学生物学中结构-活性关系(SAR)研究的挑战，开发了SAR-MAP技术平台，通过单细胞多参数活性分析系统评估了600种化合物（重点研究rocaglate类天然产物）在白血病细胞中的生物活性。研究发现rocaglate吡啶酮亚型(RPs)能特异性激活白血病细胞的DNA损伤反应(yH2AX+)并维持mTOR通路活性(p-4EBP1/p-S6)，通过结构优化确认4'-甲氧基是决定选择性的关键基团。该研究为天然产物的精准药物开发提供了新范式。

　　

在癌症治疗领域，如何将天然产物的复杂化学结构与其生物活性精确关联，一直是药物开发的重大挑战。传统方法往往局限于单一靶点或批量细胞分析，难以捕捉化合物对细胞信号网络的整体调控。更棘手的是，许多具有抗癌潜力的天然产物（如从银楝属植物中分离的rocaglate类化合物）存在结构相似的亚型，但各亚型对不同细胞类型的选择性机制尚不明确。

针对这些问题，范德堡大学（Vanderbilt University）的研究团队在《Communications Biology》发表了一项创新研究。他们开发了名为SAR-MAP的技术平台，将多参数流式细胞术（phospho-flow）与机器学习相结合，首次在单细胞水平系统解析了rocaglate类化合物的结构-功能关系。研究通过荧光细胞条形码(FCB)技术高效筛选600种化合物，重点分析37种rocaglate衍生物在MV411白血病细胞和健康外周血单核细胞(PBMC)中的差异反应，结合t-SNE降维和T-REX算法识别特征性细胞亚群。

关键技术包括：1）荧光细胞条形码(FCB)实现高通量单细胞分析；2）11种磷酸化蛋白标记（如p-STAT5、p-ERK1/2等）的多参数检测；3）t-SNE和T-REX算法解析高维数据；4）Velociraptor-Eye识别特征细胞亚群；5）使用原代PBMC和MV411细胞系验证临床相关性。

Rocaglates在白血病细胞中具有显著生物活性

通过检测c-CAS3（凋亡标志）、yH2AX（DNA损伤）等4个关键指标，发现65种活性化合物中rocaglate占比达13.8%，远高于其在化合物库中的比例(3.2%)。T-REX分析显示所有测试的rocaglate均能显著改变MV411细胞的信号图谱（差异度>60%），而对照组差异<1%。

SAR-MAP揭示亚类特异性生物活性模式

三类rocaglate（RRs、RPs和ADRs）在信号调控上呈现明显差异：RP亚型能稳定诱导yH2AX⁺并抑制p-ERK，而ADR亚型激活p-STAT5等促生存信号。无监督聚类将37种rocaglate分为5组，其中yH2AX⁺强度与细胞存活率呈正相关（聚类3平均强度0.47 vs 聚类4的-0.83）。

RP亚型具有白血病选择性特征

RP亚型（如CMLD013342）在MV411中诱导13.3% yH2AX⁺细胞，而在PBMC中仅2.1%，选择性指数(log₂比值)达2.7。MEM分析发现RP特异性细胞亚群同时高表达yH2AX和p-4EBP1，呈现"DNA损伤伴随代谢活跃"(MADD)的特征性表型。

结构特征决定MADD表型

剂量实验证实两个典型RP化合物（CMLD012390和CMLD013342）诱导MADD表型的EC₅₀分别为585 nM和555 nM。关键结构分析表明，B环4'-甲氧基是决定选择性的关键：将其替换为溴原子后，p-4EBP1和p-S6^S240/244活性降低12-16倍。

这项研究通过创新的SAR-MAP平台，首次在单细胞层面揭示了rocaglate类化合物的结构-活性关系。特别重要的是发现RP亚型能选择性激活白血病细胞的MADD表型——这种同时维持mTOR活性和DNA损伤反应的独特机制，为开发高选择性抗癌药物提供了新思路。研究证实4'-甲氧基是决定白血病选择性的关键药效团，这一发现将直接指导后续药物优化。该技术平台可推广应用于其他天然产物的机制研究，为从复杂化学结构中挖掘精准治疗靶点提供了范式。