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研究针对 cGAS 抑制剂研发难题，探究其结合模式与作用机制，助力优化及临床转化。
在人体的免疫系统中，有一种名为环鸟苷酸 - 腺苷酸合成酶（cyclic GMP - AMP synthase，cGAS）的 “侦察兵”。它能够敏锐地察觉到细胞内的双链 DNA（double - stranded DNA，dsDNA），一旦发现，便迅速启动一系列反应，触发炎症。正常情况下，这种机制有助于身体抵御病原体的入侵。然而，近年来越来越多的研究发现，cGAS 的异常激活与许多炎症性疾病和神经退行性疾病紧密相关，如系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）、家族性冻疮狼疮、阿尔茨海默病、帕金森病等。这使得 cGAS 成为极具潜力的药物研发靶点。
尽管科研人员已经发现了多种针对 cGAS 的小分子抑制剂化学类型，但对这些抑制剂的结合模式和作用机制却知之甚少。这就好比在建造一座桥梁时，虽然知道要用哪些材料，但却不清楚这些材料该如何拼接，严重阻碍了药物的优化和进一步发展。
为了解决这些问题，来自 Ventus Therapeutics 等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Chemistry》上，为 cGAS 抑制剂的研发带来了新的曙光。
研究人员主要运用了多种关键技术方法。在蛋白相关实验方面，通过蛋白表达与纯化技术获取研究所需的各类 cGAS 蛋白；利用热迁移实验、表面等离子共振技术探究蛋白与抑制剂的结合特性。在晶体结构研究中，借助蛋白结晶技术以及 X 射线衍射数据收集和处理技术，解析 cGAS 与抑制剂结合的晶体结构。同时，采用多种生化检测方法，如 cGAS cGAMP 抑制生化测定、cGAS Kinase - Glo 抑制生化测定等，评估抑制剂的活性。此外，还利用细胞实验，包括 RAW Lucia 荧光素酶报告基因检测、THP - 1 Dual 荧光素酶报告基因检测等，以及动物实验，如构建 cGAS1309T基因敲入小鼠模型、ConA 诱导的自身免疫性肝炎小鼠模型等，全面探究抑制剂的效果。
研究结果如下：
- G 化学型 cGAS 抑制剂的作用机制：研究人员通过对代表性化合物 G150 的研究，发现 G 化学型 cGAS 抑制剂具有 ATP 非竞争性和 GTP 竞争性的作用机制，且抑制剂结合位点位于酶的 GTP 口袋。这一发现纠正了之前关于 G150 与 apo - cGAS 结合的错误认知，为后续研究奠定了基础。
- 物种选择性的结构基础：通过解析 G150 与 h - cGAS 结合的晶体结构，研究人员发现人源和小鼠 cGAS 的 GTP 口袋存在关键差异，小鼠 cGAS 第 309 位的异亮氨酸取代了人源的苏氨酸。这一单个氨基酸的变化导致 G150 对小鼠 cGAS 的活性大幅降低，是物种选择性的重要结构基础。
- 基于结构设计的新型抑制剂：基于对 G 化学型 cGAS 抑制剂结合模式的深入理解，研究人员利用结构辅助设计原理，成功发现了化合物 2。该化合物对人和小鼠 cGAS 均具有高效活性，为 cGAS 抑制剂的优化提供了新的思路。
- 关键氨基酸对抑制剂活性的影响：研究人员通过定点突变实验，验证了小鼠 cGAS 第 309 位氨基酸对抑制剂活性的重要影响。不仅 G 化学型抑制剂，其他多种化学类型的抑制剂活性也受到该位点氨基酸的调控，进一步证明了这一位点的关键作用。
- 多种临床前物种的研究：研究发现，大鼠和狗等临床前物种的 cGAS 在相应位置与小鼠一样为异亮氨酸，而猴、猫和人则为苏氨酸。这一差异导致 G 化学型抑制剂在不同物种中的活性表现不同，表明该位点氨基酸是影响抑制剂活性的关键因素。
- 人源化小鼠模型的应用：研究人员构建了 cGAS1309T人源化小鼠模型，发现 G140 在该模型中能够有效抑制 cGAS 活性，而在野生型小鼠中则无活性。这一模型为研究 GTP 口袋结合化合物的体内作用提供了有力工具。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过多种实验手段深入解析了 cGAS 抑制剂的作用机制、设计和翻译问题。发现的 ATP 非竞争性和 GTP 竞争性机制，以及关键的结合位点和物种选择性的结构基础，为 cGAS 抑制剂的合理设计提供了理论依据。化合物 2 的成功设计展示了基于结构优化抑制剂的可行性，尽管其药代动力学性质有待改善，但为后续研究指明了方向。同时，cGAS1309T人源化小鼠模型为研究相关化合物的体内作用提供了重要工具，有助于进一步探索 cGAS 在疾病中的作用机制以及药物的临床转化。未来，通过对药代动力学 / 药效学关系的深入研究，有望开发出更有效的 cGAS 抑制剂，为治疗多种炎症性和神经退行性疾病带来新的希望。
