高预组织性杯芳烃分子钳靶向抑制Taspase 1蛋白酶的抗癌策略研究

研究人员针对癌症相关蛋白酶Taspase 1的靶向抑制难题，开发了基于杯[4]芳烃（calix[4]arene）支架的预组织多价分子钳库。通过合成7种锥形构象衍生物（包括柔性丁炔基和刚性苄基连接体），结合元动力学模拟和生化实验，发现刚性双价体c2Tl及上缘修饰体uc2T/uc4T能有效破坏Taspase 1/Importin α互作，直接结合酶活性位点邻近环区，实现微摩尔级KD抑制。该研究为酶靶向抑制提供了新型刚性预组织支架设计范式。

　　

在癌症治疗领域，靶向关键蛋白酶的抑制剂开发始终面临选择性差、脱靶效应显著等挑战。Taspase 1作为一种与多种恶性肿瘤相关的半胱氨酸蛋白酶，其异常活化会促进肿瘤发生和转移，但传统抑制剂往往难以精准干预其与核转运蛋白Importin α的相互作用。这一科学瓶颈促使德国杜伊斯堡-埃森大学（University of Duisburg-Essen）分子生物学II系Katrin Hommel团队将目光投向超分子化学利器——杯芳烃（calixarene）。这类大环化合物具有独特的空腔结构和可调几何构型，其预组织特性（preorganization）尤其适合设计多价（multivalent）结合界面。

研究人员采用元动力学模拟（meta-dynamics simulations）和荧光偏振结合实验等技术，系统评估了7种杯[4]芳烃衍生物的构效关系。通过对比柔性丁炔基（butynyl）与刚性苄基（benzyl）连接体的动态行为，发现c2Tl等刚性结构能稳定结合Taspase 1的活性位点邻近环区，其双价结合模式（bivalent binding）使解离常数K_D达到微摩尔级。尤为关键的是，上缘修饰体uc4T通过增强多价效应（multivalency），在不依赖极性基团的情况下实现了高效抑制，这颠覆了传统"极性基团增强亲和力"的认知。

研究结果部分揭示三个重要发现：1）构象动力学分析显示，刚性连接体维持的预组织状态使结合自由能降低约30%；2）表面等离子共振（SPR）证实c2Tl对Taspase 1/Importin α复合物的半数抑制浓度IC₅₀为4.7 μM；3）酶活实验表明uc4T能完全阻断底物切割，其效力比柔性类似物高8倍。这些数据共同指向"刚性优先于极性"的新型设计原则。

该研究的突破性在于：首次将杯芳烃支架的预组织特性与蛋白酶变构抑制相结合，为难以靶向的蛋白-蛋白相互作用（PPI）界面干预提供了新思路。其揭示的"结构刚性-多价效应"协同机制，不仅适用于Taspase 1抑制剂的优化，更可拓展至其他依赖构象选择的酶靶点。未来通过引入特异性靶向基团，这类杯芳烃分子钳或将成为精准抗癌药物开发的重要工具。