撰文丨易
非肌肉肌球蛋白II(NMII)是一种分子马达,通过调节细胞分裂(如胞质分裂)和神经元可塑性等关键过程,在多种疾病中展现出治疗潜力。然而,由于缺乏选择性抑制剂,NMII的临床转化一直受到限制。目前最常用的工具分子blebbistatin(Blebb)虽然能有效抑制NMII,但也会同时抑制心肌肌球蛋白II(CMII),而CMII是心脏收缩的关键调节因子,因此Blebb的使用会导致严重的心脏毒性。此外,Blebb还存在光稳定性差、溶解度低等问题,限制了其在体内的应用。
甲基苯丙胺(Methamphetamine,METH) ,作为一种高度成瘾的苯丙胺类兴奋剂,已成为全球范围内广泛滥用的毒品之一。METH使用障碍( METH use disorder,MUD) 主要表现为强迫性使用、成瘾性依赖及严重躯体和精神损害 。 NMII(尤其是NMIIB亚型)被发现与 METH 成瘾密切相关。METH通过影响基底外侧杏仁核(BLA)中树突棘的神经可塑性,增强成瘾行为。研究表明,抑制NMIIB可逆转METH诱导的突触改变,并减少药物寻求行为。目前,METH使用障碍(MUD)尚无FDA批准的药物,且复发率极高,因此开发选择性NMII抑制剂具有重要临床意义。此外,NMII在肿瘤细胞增殖、侵袭和转移中也发挥关键作用,特别是在胶质母细胞瘤(GBM)等难治性癌症中,抑制NMII可能提供新的治疗策略。
近日,美国Scripps研究所Courtney A. Miller在Cell期刊上发表题为Development of clinically viable non-muscle myosin II small molecule inhibitors的研究论文,通过理性药物设计成功开发出高选择性NMII抑制剂MT-228和MT-110,在保持对NMII强效抑制的同时显著降低了对心肌肌球蛋白II(CMII)的活性,解决了传统抑制剂的心脏毒性问题,为甲基苯丙胺使用障碍(MUD)等疾病提供了首个具有临床转化潜力的治疗策略。
本研究采用理性药物设计策略,通过结构优化提高对NMII的选择性并降低对CMII的抑制 , 以Blebb为母核,重点改造A环和D环结构,合成了近500种Blebb衍生物 , 成功开发 了 两种 新型NMII小分子抑制剂MT-228和MT-110,在多个关键指标上展现出显著优于传统抑制剂Blebb的性能。
在体外活性方面,MT-228展现出优异的NMIIB抑制活性(EC 50 = 1.0 μM),其针对CMII和SkMII的选择性较Blebb分别提高约17倍和8倍,同时具有改良的溶解度(42 μM)和卓越的光稳定性(强光照射24小时后仍保留93%活性)。而MT-110的抑制活性更强,EC 50 降至680 nM。重要的是,其中MT-110在最高测试浓度(50 μM)下仍未表现出对CMII的可检测抑制活性(Ki, CMII > 50 μM),这为解决Blebb的心脏毒性问题提供了关键突破。
在药代动力学特性方面,MT-228和MT-110表现出理想的药物特性。脑渗透性实验显示,两者的脑-血浆分布比(B:P)分别达到5.1和7.2,显著高于已具有良好血脑屏障穿透能力的Blebb(B:P = 2.2)。溶解度测试表明,MT-228的水溶性(42 μM)较Blebb(21 μM)提高了一倍,这大大降低了药物在体内形成沉淀的风险。代谢稳定性评估发现,两种化合物在多种肝微粒体中均表现出快速代谢特征,且对主要细胞色素P450酶系的抑制较弱(IC 50 > 50 μM),预示其具有较低的药物相互作用风险。
心脏安全性是本研究的重点突破方向。体外实验显示,MT-228和MT-110在10 μM浓度下对人诱导多能干细胞(hiPSC)衍生的心肌细胞的收缩幅度影响小于10%,而Blebb在3 μM时即引起94%的收缩抑制。大鼠超声心动图(ECHO)实验进一步证实,静脉注射5 mg/kg MT-110对心脏输出功能无显著影响,而0.5 mg/kg Blebb就导致心功能下降25-50%,2 mg/kg时甚至引发严重不耐受。这些结果明确证实了结构优化成功消除了Blebb的心脏毒性隐患。
通过X射线晶体学解析的MT-228与平滑肌肌球蛋白II(SmMII)复合物结构(分辨率2.4 Å)揭示了选择性抑制的分子机制。结构分析发现,MT-228的A环甲基和D环甲氧基协同作用使其结合位点相对于Blebb发生1.0 Å的位移,避开了CMII特有的组氨酸残基(His651)相互作用区域。这种细微但关键的构象变化解释了为何MT-228对NMIIB的抑制活性是CMII的4.3倍。同源建模分析进一步表明,NMIIB特有的Ser660残基可能通过增加结合口袋的可及性来增强抑制剂选择性。
在治疗应用方面,MT-228和MT-110展现出 较好 的疗效。在甲基苯丙胺(METH)成瘾动物模型中,单次腹腔注射0.5 mg/kg MT-228或MT-110即可完全阻断条件性位置偏好(CPP),且这种抑制作用在给药24小时后仍然持续。在静脉自给药实验中,单次1 mg/kg MT-110治疗不仅立即减少75%的METH寻求行为,而且这种效果在停药30天后仍然显著。这种 “ 一次给药,长期有效 ” 的特性对临床治疗药物成瘾具有重要价值。
在 安全性 方面, GLP毒理学研究表明,MT-110在20 mg/kg(相当于有效剂量的40倍)每周一次、连续三周的给药方案下,未观察到显著毒性反应。神经行为学测试证实,即使使用10 mg/kg(有效剂量的20倍)的MT-228或MT-110,对动物的运动协调、空间记忆和情感记忆均无显著影响。慢性给药实验显示,MT-110不会改变基底外侧杏仁核、海马或皮层神经元的树突棘密度,表明其对正常神经可塑性的影响具有高度选择性。
综上所述, 本研究通过结构优化成功开发出新型NMII选择性抑制剂MT-228和MT-110,表现出高选择性、良好药代动力学特性和出色安全性,不仅为METH成瘾这一难治性疾病提供了突破性治疗策略,也为NMII相关肿瘤的治疗开辟了新途径。其独特的长效作用机制尤其适合依从性差的成瘾患者群体,具有显著的临床转化价值。
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.006
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