清华大学药学院尹航课题组报道靶向cGAS新型降解剂

　　

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2025年2月26日，清华大学药学院尹航课题组在美国化学会Journal of Medicinal Chemistry上发表了题为 “Discovery of a Novel CRBN-Recruiting cGAS PROTAC Degrader for the Treatment of Ulcerative Colitis” 的研究性论文。该研究报道了首个CRBN介导的cGAS降解剂TH35，并探究其在溃疡性结肠炎（UC）模型中的治疗潜力，证明了cGAS 靶向降解策略在安全性和有效性上相较于抑制剂的显著性优势。本文第一作者何朋博士2025年1月博士后出站，现就职于湖南大学生命医学前沿交叉研究院，担任副教授、博士生导师，开展独立研究工作。

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研究背景

环磷酸鸟苷-腺苷合成酶（Cyclic GMP-AMP Synthase，cGAS）是先天免疫系统中识别细胞质DNA的关键传感器，主要通过识别细胞内的双链DNA（dsDNA）激活免疫反应。除了防御病原外，cGAS通路还参与细胞凋亡、衰老和自噬等生理过程。然而，cGAS的过度激活会引发慢性炎症反应，导致自身免疫性疾病的发生和发展，如在溃疡性结肠炎（UC）中发挥重要作用。UC病程长，易复发，病因复杂，被世界卫生组织列为现代难治病之一，且目前缺乏特异性治疗手段。近年来，大量研究表明cGAS在UC中高度活化，抑制其激活能促进UC的缓解和恢复，也有研究表明通过基因编辑技术体内敲低cGAS可显著抑制UC的进程。因此，cGAS可作为治疗溃疡性结肠炎的潜在新兴靶点。但是，cGAS抑制剂的研究目前仍然处于早期摸索阶段，现有cGAS抑制剂存在脱靶，毒性大，体内外活性不佳或理化性质较差等限制其进一步发展与应用的问题，亟需通过新的药物设计策略来发现更优活性的分子来突破cGAS抑制剂的瓶颈。

近年来，以蛋白降解靶向嵌合体（Proteolysis-Targeting Chimeras， PROTAC）技术为代表的靶蛋白降解技术在药物开发领域占据越来越重要的地位，其不断创新和发展的药物设计模式给小分子药物开发带来了新的希望。然而，目前关于靶向cGAS 开发RPOTAC降解剂的研究尚未见报道。在此背景下，尹航课题组提出基于PROTAC技术开发首个cGAS降解剂，并探究其在UC小鼠模型中的抗炎活性与机制。

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研究内容

在cGAS PROTAC分子的设计过程中，尹航课题组选取了对人源和鼠源cGAS均具有高亲和力的cGAS抑制剂G140作为靶蛋白配体，选择了具有优异理化性质和药代动力学特征的CRBN配体（来那度胺，沙利度胺）作为E3泛素连接酶配体。随后以cGAS与G108（与G140结构相似的类比物）的复合物共晶结构为参考，对G140与cGAS进行分子对接分析并发现G140中的甲基吡唑环和羟基乙酰基团与G108中的相应基团具有相似的空间布局，均暴露于溶剂区，表明这些基团可作为连接链附着的理想位点。随后，他们引入了不同长度和化学类型的连接链，包括柔性基团（如乙二醇（PEG）链、烷基链）和刚性基团（如哌嗪环、哌啶环、炔基烷基链），并合成了系列PROTAC分子（TH1至TH42）。通过评估各分子的降解活性及其对cGAS通路的抑制效果，系统探究其构效关系，最终确定具有最佳活性的候选分子TH35（见图1）。

图1.新型cGAS PROTAC降解剂的设计策略

研究发现，TH35在THP-1和RAW 264.7细胞中以浓度依赖性方式有效降解cGAS，DC50值分别为0.9 ± 0.2 μM和4.6 ± 0.8 μM，最大降解率超过90%。质谱分析显示，TH35显著降低cGAS蛋白水平，且在3,852个识别蛋白中，32个蛋白的表达显著下调，主要为干扰素刺激基因诱导的蛋白，表明TH35通过降解cGAS抑制I型干扰素反应。回补实验结果显示，cGAS抑制剂G140、CRBN配体来那度胺或蛋白酶体抑制剂MG132能够显著逆转 TH35 在 THP-1细胞中的cGAS降解效应，进一步证明TH35通过CRBN依赖的泛素-蛋白酶体途径诱导cGAS降解（见图2）。

图2. TH35的降解活性及降解机制的研究

cGAS作为细胞质中的DNA传感器，能够识别细胞内的双链DNA（dsDNA），并激活下游的STING-TBK1-IRF3信号级联反应，在自身免疫性疾病的发病机制中扮演着关键角色。因此，尹航课题组进一步研究TH35是否能够有效的选择性抑制dsDNA诱导cGAS-STING通路激活。定量质谱分析显示，TH35显著降低了HT-DNA刺激下THP-1细胞中的cGAMP生成。荧光素酶报告基因实验和Western blot分析进一步证明，TH35以剂量依赖方式抑制HT-DNA刺激的cGAS信号传导及其下游关键蛋白（如STING、TBK1和IRF3）的磷酸化。此外，TH35在TREX1敲除条件下依然能显著抑制内源性cGAS激活，且对由poly (I: C)和cGAMP刺激的IFNB表达没有显著影响，进一步证明其较佳的特异性（见图3）。

图3. TH35选择性抑制dsDNA诱导cGAS通路激活的研究

进一步细胞毒性评价表明，TH35在高达60 μM的浓度下对多株免疫细胞未表现出显著的细胞毒性。相比之下，作为阳性对照的G140在超过30 μM的浓度下显著诱发细胞毒性。这些结果表明，TH35相较于cGAS抑制剂G140展现出更为有利的体外安全性特征，具有较低的脱靶毒性（见图4）。

图4. TH35与G140细胞毒性的评价

研究评估了TH35在DSS诱导的小鼠结直肠炎（UC）模型中的治疗效果。实验结果显示，TH35在20 mg/kg和50 mg/kg剂量下均显著缓解了DSS引起的小鼠体重减轻，且治疗效果优于传统药物5-ASA和cGAS抑制剂G140。疾病活动指数（DAI）评分显示，TH35治疗组的DAI得分显著低于5-ASA和G140组，进一步验证了其抗炎效果。此外，TH35治疗显著缓解了结肠萎缩和脾肿大现象，且组织学检查显示结肠组织病理学显著改善，脾脏形态恢复接近正常，病理评分低于5-ASA和G140组。综上，TH35在自身免疫疾病小鼠模型中相较于cGAS抑制剂G140具有更优的抗炎活性（图5）。

图5. TH35体内药效评价

机制研究发现，TH35在溃疡性结肠炎（UC）小鼠模型中通过特异性降解cGAS，显著抑制其下游信号通路，减少炎症反应。Western blot分析显示，TH35治疗剂量依赖性地降低了结肠中cGAS蛋白的表达水平。与5-ASA和G140相比，TH35对cGAS表达变化无显著影响，显示其在抗炎活性方面的不同作用机制。此外，TH35有效抑制了cGAS信号通路中下游关键蛋白（如STING、TBK1和IRF3）的磷酸化，且这种抑制作用呈现出明显的剂量依赖性。RT-qPCR分析进一步表明，TH35显著降低了结肠中多种关键炎症细胞因子的转录水平，包括Ifnb、Tnf-α和Il-6。ELISA方法检测结果也显示，TH35显著降低了血清中TNF-α和IL-6的水平。此外，TH35显著减少了结肠组织中中性粒细胞外陷阱（NETs）的形成，表明其在抑制NETs方面的作用优于5-ASA和G140。综上，TH35通过特异性降解cGAS，抑制其下游免疫应答反应，减轻UC小鼠模型中的炎症反应。

图6. TH35体内抗炎机制研究

研

究

总

结

本研究成功设计并报道了首个CRBN介导的cGAS PROTAC降解剂，其在体内外抗炎活性和安全性较cGAS抑制剂具有显著性提升，为cGAS靶向降解治疗自身免疫性疾病奠定了基础。

致

谢

本文通讯作者是清华大学药学院教授尹航，共同第一作者是清华大学药学院博士后何朋和温成铭，何朋博士于2025年1月博士后出站，现就职于湖南大学生命医学前沿交叉研究院，担任副教授、博士生导师（目前正在组建实验团队，请感兴趣的同学多多关注，何朋课题组网址为：http://grzy.hnu.edu.cn/site/index/hepeng2 ），清华大学药学院在读博士张新宇也为本课题做出重要贡献。清华大学药学院药学技术平台中心的王卫华等老师在药代动力学测试方面提供了帮助。本研究得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市卓越青年科学家项目、中国博士后科学基金和国家资助博士后研究人员计划的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.4c02774