AbMole 抑制剂篇丨 DS18561882：高同工酶选择性 MTHFD2 抑制剂，用于线粒体一碳代谢与肿瘤代谢研究

摘要DS18561882AbMoleM14691CAS No.2227149‑22‑4是一款强效、同工酶选择性的线粒体亚甲基四氢叶酸脱氢酶 2MTHFD2小分子抑制剂。MTHFD2 属于线粒体一碳代谢的核心酶兼具脱氢酶与环水解酶活性可为细胞核苷酸合成供给一碳单位同时维持胞内 NADPH 还原力。该蛋白在绝大多数成人正常组织几乎不表达但在增殖旺盛的肿瘤细胞中显著上调是肿瘤代谢领域备受关注的靶点。DS18561882 具备纳摩尔级酶抑制活性对 MTHFD2 的选择性高出胞质同源同工酶 MTHFD1 超 90 倍非常适合用来探究肿瘤细胞的一碳代谢依赖、复制应激以及氧化还原稳态调控机制。本文梳理该化合物的分子作用原理、细胞与动物层面表型同时整理可参考的实验方案。一、DS18561882 的分子作用机制DS18561882AbMoleM14691母核为三环香豆素骨架1,2,3,4‑四氢色烯并 [3,4‑c] 吡啶‑5‑酮该分子可以嵌入 MTHFD2 底物结合口袋其 8 的位氨基能够和 NAD⁺辅因子的焦磷酸基团形成关键盐桥大幅提升抑制活性。酶学检测结果显示该分子抑制 MTHFD2 的 IC₅₀为 6.3 nM抑制胞质同工酶 MTHFD1 的 IC₅₀为 0.57 μM选择性大于 90 倍对 MTHFD2L 等同家族蛋白同样存在明显区分度。MTHFD2 负责在线粒体内完成一碳单位转化把亚甲基四氢叶酸转化为甲酰基衍生物通路生成的甲酸盐输出到细胞质是合成胸腺嘧啶、嘌呤核苷酸的重要原料还会同步生成 NADPH 维持细胞氧化还原平衡。使用 DS18561882 AbMoleM14691抑制 MTHFD2 之后线粒体一碳代谢输出被阻断细胞出现胸腺嘧啶原料耗竭、复制叉受阻、ROS 大量堆积、细胞周期阻滞最终选择性造成 MTHFD2 高表达的肿瘤细胞死亡而正常细胞不依赖这条通路受药物影响很小。二、DS18561882 在细胞层面研究中的应用在三阴性乳腺癌 MDA‑MB‑231 细胞中DS18561882 的 72 h 增殖抑制 GI₅₀低至 140 nM是该系列化合物里细胞活性突出的工具分子。DS18561882处理细胞后可以观察到多重表型核苷酸池失衡带来 S 期复制应激γH2AX 升高、ATF4 应激通路激活、NADPH 耗竭引发氧化还原失衡同时伴随线粒体呼吸功能改变。例如100 nM 的DS18561882处理 MDA‑MB‑231 细胞能让细胞克隆形成率下降约 80%300 nM 处理 24 h胞内甲酸盐水平下降约 60%、胸腺嘧啶核苷下降约 70%γH2AX、ATF4 蛋白表达明显上调。SW620 结直肠癌细胞经 300 nM 的DS18561882处理胞内 ROS 升高约 2 倍和氧化还原失衡机制吻合。近年来研究还发现 MTHFD2 参与效应 T 细胞、调节性 T 细胞的命运调控DS18561882AbMoleM14691也逐步被用于免疫代谢方向研究。在联合方案的研究中DS18561882AbMoleM14691和Pemetrexed培美曲塞LY231514、雄激素受体拮抗剂Enzalutamide恩杂鲁胺 MDV3100 联合处理均可观察到协同效果。三、DS18561882 在动物实验研究中的应用DS18561882AbMoleM14691在动物实验中拥有良好的口服药代性质体内抗肿瘤效果已经在小鼠移植瘤模型得到系统验证。DS18561882在MDA‑MB‑231 皮下异种移植瘤裸鼠的口服给药模型中设置 30、100、300 mg/kg每日两次肿瘤抑制效果随给药剂量上升300 mg/kg 组肿瘤生长抑制率 TGI 约 67%小鼠体重、血象没有明显异常动物耐受性较好。对肿瘤组织的检测证实DS18561882 给药后肿瘤内部一碳代谢通量下降、胸腺嘧啶核苷水平降低细胞层面观察到的代谢紊乱现象可以在体内复现支撑 MTHFD2 靶点依赖的作用机制。四、DS18561882 相关细胞实验文献参考举例该方案适配 MTHFD2 依赖性增殖抑制、代谢重编程与复制应激检测。细胞系人三阴性乳腺癌细胞 MDA-MB-231或 SW620 结直肠癌细胞检测指标与方法SRB 或 CCK-8 法检测细胞活力克隆形成实验Seahorse 分析仪检测线粒体氧化磷酸化与糖酵解靶向代谢组学定量一碳代谢物甲酸盐、胸腺嘧啶核苷等Western blot 检测 γH2AX、ATF4、CHOP 及 p53 下游蛋白。给药浓度10、50、100、300 nM处理时长增殖与克隆形成检测 72 h信号与代谢检测 24 h参考文献Kawai J, et al. Discovery of a potent, selective, and orally available MTHFD2 inhibitor (DS18561882) with in vivo antitumor activity. Journal of Medicinal Chemistry, 2019, 62 (22): 10204-10220.*注上述方法来自公开文献仅供相同目的实验参考。如实验目的、材料、方法不同请参考其他文献调整。五、DS18561882 相关动物实验文献参考举例该方案适用于 MTHFD2 高表达肿瘤的生长调控与药代特征研究。动物模型BALB/c 裸鼠 MDA-MB-231 皮下异种移植瘤模型给药配制0.5%w/v甲基纤维素悬液口服给药给药剂量30、100、300 mg/kg每日 2 次给药方案肿瘤体积达 100~150 mm³ 时启动给药连续 2~3 周每周 2 次测量肿瘤体积与动物体重300 mg/kg 组可见肿瘤生长显著抑制TGI 约 67%且动物耐受性良好可采集血浆进行药代动力学分析。参考文献Kawai J, et al. Discovery of a potent, selective, and orally available MTHFD2 inhibitor (DS18561882) with in vivo antitumor activity. Journal of Medicinal Chemistry, 2019, 62 (22): 10204-10220.*注上述方法来自公开文献仅供相同目的实验参考。如实验目的、材料、方法不同请参考其他文献调整。总结综上DS18561882AbMole货号 M14691拥有纳摩尔级酶抑制活性对 MTHFD2 同工酶选择性超过 90 倍同时具备良好的口服药代特性可以特异性干预肿瘤细胞依赖的线粒体一碳代谢通路。该化合物适用于肿瘤代谢、复制应激、免疫代谢方向是开展一碳代谢机制解析以及代谢通路联合用药研究十分重要的工具小分子。*本文所有内容仅针对科研试剂只可供科学研究使用。参考文献[1] Kawai J, et al. Discovery of a potent, selective, and orally available MTHFD2 inhibitor (DS18561882) with in vivo antitumor activity. *Journal of Medicinal Chemistry*, 2019, 62(22): 10204‑10220.[2] Kawai J, et al. Structure‑based design and synthesis of an isozyme‑selective MTHFD2 inhibitor with a tricyclic coumarin scaffold. *ACS Medicinal Chemistry Letters*, 2019, 10(6): 893‑898.[3] Nilsson R, et al. Metabolic enzyme expression highlights a key role for MTHFD2 and the mitochondrial folate pathway in cancer. *Nature Communications*, 2014, 5: 3128.[4] Bonagas N, et al. Pharmacological targeting of MTHFD2 suppresses acute myeloid leukemia by inducing thymidine depletion and replication stress. *Nature Cancer*, 2022, 3(2): 156‑172.[5] Gustafsson R, et al. Crystal structure of the emerging cancer target MTHFD2 in complex with a substrate‑based inhibitor. *Cancer Research*, 2017, 77(4): 937‑948.