Biacore技术“拆解”MCL-1/BAK：靶向抗癌药物设计新突破！

线粒体凋亡途径的调控是肿瘤发生与治疗的核心机制之一。抗凋亡与促凋亡BCL-2家族蛋白间的精密互作与动态平衡调控着线粒体外膜通透性（MOMP），并最终决定细胞命运。

其中，抗凋亡蛋白MCL-1通过结合并抑制促凋亡蛋白BAK的寡聚化，成为肿瘤细胞逃逸凋亡的关键分子。然而，MCL-1与BAK相互作用的分子细节尚不完全明确，限制了靶向该通路的高效抗癌药物开发。

中南大学湘雅医院肿瘤科及暨南大学的研究人员在《Acta Neuropathologica Communications》中发表文章，利用Biacore技术，系统解析了MCL-1与BAK结合的分子特异性，揭示了p5疏水亚口袋在相互作用中的核心作用，为设计新型MCL-1抑制剂提供了关键理论依据。

为了揭开MCL-1/BAK相互作用的神秘面纱，研究团队整合了表面等离子共振（SPR）、荧光偏振（FP）、X射线晶体学及细胞实验技术，构建了从分子识别到功能验证的完整研究链条。

通过X射线晶体学解析复合物结构（分辨率1.98 Å），发现BAK多肽呈现α螺旋构象，其疏水残基Val74、Leu78、Ile81和Ile85精准嵌入MCL-1的BH3结合沟槽（图2A、B），带电荷残基Asp83 BAK与Arg263 MCL-1之间形成了保守的盐桥相互作用（图2C）。与BAK-BH3short多肽相比，BAK-BH3long多肽的延伸残基额外形成一个α螺旋转角（α-helical turn），且h4残基（Ile85）位置发生微小位移（图2A）。

在延伸的五个残基中，Arg88 BAK、Asp90 BAK、Ser91BAK和Glu92 BAK与MCL-1之间基本不存在范德华相互作用（图2D）。然而，Tyr89 BAK与MCL-1的疏水平面区域（由Val216、Phe318和Phe319等疏水残基构成）形成显著的疏水相互作用（图2D）。

综上，MCL-1通过p5亚口袋特异性识别BAK C端延伸序列（尤其Tyr89），相比之下，BCL-XL则依赖经典BH3沟槽结合，对C端序列无偏好，这也为设计靶向MCL-1/BAK的高选择性抑制剂提供理论依据。

为探究MCL-1的p5疏水亚口袋功能，研究人员构建了MCL-1 F319 A突变体，利用SPR技术实时监测两者结合的动力学过程。结果显示，BAK-BH3长肽与MCL-1野生型以及MCL-1突变型的结合亲和力比短肽高约10倍（KD=33.4 nM vs.277 nM），而BAK Tyr89突变型与MCL-1野生型的亲和力为537 nM，说明MCL-1 Phe319或BAK Tyr89的突变会显著破坏二者相互作用，从而抑制凋亡进程。

研究团队在HEK-293 T细胞中过表达MCL-1野生型或F319 A突变体（破坏p5亚口袋），通过免疫共沉淀实验发现，突变体与BAK的结合能力下降。进一步在肝癌细胞Hep3 B中过表达BAK野生型或Y89A突变体，发现后者诱导凋亡的能力下降，证实p5亚口袋对BAK功能的重要性。

这一发现颠覆了传统认知——MCL-1不仅依赖保守的p2-p4亚口袋，还通过独特的p5亚口袋实现BAK特异性识别。基于这一发现，研究人员测试了p5亚口袋对A-1210477及其先导化合物28的潜在作用（A-1210477是首个具有高亲和力和选择性的MCL-1选择性BH3模拟物）。

结果发现，A-1210477对MCL-1的亲和力约为其先导化合物28的5倍，而MCL-1突变体F319 A对A-1210477的亲和力降低约一个数量级，而其对短链先导化合物28的结合几乎未受影响。结合竞争荧光偏振（FP）实验和共晶实验结果，研究人员得出了这个结论：A-1210477的延伸磺酰胺基团与MCL-1 p5亚口袋的紧密结合可显著提升抑制剂活性。这一发现为设计靶向p5亚口袋的高效MCL-1抑制剂提供了新策略。

从分子层面的结构解析到细胞层面的功能验证，本研究首次揭示了MCL-1/BAK相互作用的分子密码，阐明了p5疏水亚口袋在结合中的核心作用。这一发现不仅让我们深化了对线粒体凋亡调控机制的理解，更为开发下一代MCL-1靶向抗癌药物奠定了坚实基础。

目前，癌症治疗已进入“精准时代”，而靶向MCL-1/BAK相互作用正是这一时代的典型代表之一。随着结构生物学与药物设计的不断进步，我们有理由相信，针对这一“生死开关”的精准治疗将早日造福患者，为癌症治疗带来新突破。

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期待这一突破性发现能够推动肿瘤等重大疾病的精准治疗发展，通过持续深化对凋亡通路的理解，加速靶向药物的临床转化，最终为患者带来更安全有效的治疗选择。