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利用高通量方法尋找小分子化合物作為免疫檢查點配體

近年來,免疫檢查點(immune checkpoint)成為熱門的議題,許多科學家競相展開研究,希望能開發相關療法用以治療癌症 [1]。自從因發現及研究如何抑制免疫檢查點的日本科學家本庶佑教授及美國科學家 James Allison 教授榮獲諾貝爾獎後,免疫療法的相關資訊也進入了公眾視野,除了知名的 PD-1 及 CTLA-4 外,其他免疫檢查點也有眾多研究人員投入,本文的研究即以免疫檢查點 V-domain Ig suppressor of T-cell activation ( VISTA ) 為目標,期望找出能抑制其功能的小分子化合物 [2]。

有研究指出,在攝護腺癌患者中, VISTA 會對現行用於免疫治療的單株抗體產生抗性而影響治療效果,因此研究人員利用時差性螢光共振能量轉移技術(time-resolved fluorescence resonance energy transfer, TR-FRET)並配合高通量篩選(high-throughput screening)來鑑定眾多化學分子和 VISTA 結合的能力並找出最有潛力作為小分子藥物的化學分子(圖一)。

圖(一): TR-FRET用於鑑定小分子化合物 圖片來源:https://doi.org/10.1021/jacs.0c07276

研究人員使用美國國家研究所(National Cancer Institute, NCI)的化學資料庫中進行篩選並找出 18 種最有潛力的分子進行二次篩選,結果顯示名為 NSC622608 的化學分子在成為 VISTA 的配體(ligand)上具有最佳效果(圖二)。在得到主要化學結構後便以此為基礎進行進一步的結構選擇與合成。

圖(二): NSC622608化學結構及其半抑制濃度(IC50)結果 圖片來源:https://doi.org/10.1021/jacs.0c07276

在化學合成上,研究人員針對 NSC622608 的呋喃-2-甲基(furan-2-ylmethyl)的結構進行調整,並選定了 13 種不同的化學結構(圖三)進行合成並測定和 VISTA 結合的親和性大小,並發現 Ie 這個結構親和性最高(圖三-A),而在主結構右邊的二甲胺結構取代上則選擇乙基、苯環結構而得到最終小分子化合物(圖三-C)並具有良好的 IC50 效果。

圖(三): NSC622608化合物的結構選擇與修飾 圖片來源:https://doi.org/10.1021/jacs.0c07276

在使用此小分子進行細胞實驗後,發現在 CHOK1 VISTA 細胞株中有阻斷 VISTA 交互作用的能力(圖四-A),並導致 IL-2 表達下降的結果,顯示此分子和VISTA間有良好的結合性,之後便選用了 4 種卵巢癌及 4 種子宮內膜癌細胞株和T細胞共培養進行測試,結果表明如果在共培養時加入此分子,T細胞的增生能力較為提高(圖四-C),在 VISTA 高度表達的癌細胞株中(OVKATE, SKOV3, COV504, RL952, HEC1A)更為明顯(圖四-D),以上結果顯示修飾過的 NSC622608 化合物和 VISTA 間有良好的結合,具有成為未來免疫療法的潛力。

圖(四): 小分子化合物阻斷VISTA及提高T細胞增殖結果 圖片來源:https://doi.org/10.1021/jacs.0c07276

隨著許多學者投入免疫檢查點的研究,相關免疫療法的開發也為許多癌症患者帶來曙光,除了抗體抑制劑開發外,此篇研究展示的小分子化合物抑制 VISTA 免疫檢查點的成果收穫頗豐,其所使用的高通量分析方法也暗示著在我們已知的化學分子資料庫中,似乎存在許多具有相當潛力卻尚待科學家們尋找並開發的化合物。

延伸閱讀:

  1. 齊心協力對抗癌症:免疫療法與小分子天然物合作促進癌細胞凋亡?

  2. 小分子天然物可望為肝癌帶來一線曙光

參考文獻:

  1. Robert, C. (2020). A decade of immune-checkpoint inhibitors in cancer therapy. Nature Communications, 11(1). https://doi.org/10.1038/s41467-020-17670-y
  2. Gabr, M. T., & Gambhir, S. S. (2020). Discovery and Optimization of Small-Molecule Ligands for V-Domain Ig Suppressor of T-Cell Activation (VISTA). Journal of the American Chemical Society, 142(38), 16194–16198. https://doi.org/10.1021/jacs.0c07276

撰文|梁文
審稿|張芷榕

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梁文

就讀於東海大學生命科學系生物醫學組。目前在食品科學系進行靜電紡絲相關的專題研究,對於跨領域的研究有興趣,未來想朝生醫(or生物)工程的領域發展,期盼加入Investigator後除了能認識更多相關領域的人,在生物相關領域上一起努力。

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