洛那法尼(lonafarnib):从抗癌症到抗病毒的多功能药物

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Drug repurposing screen identifies lonafarnib as respiratory syncytial virus fusion protein inhibitor

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45241-y

  1. A Promising Farnesyltransferase Inhibitor for Cancer and Progeria Treatment

    Lonafarnib is an oral farnesyltransferase inhibitor (FTI) drug. Farnesyltransferase is an enzyme involved in the post-translational modification of certain proteins, including the protein called Ras. The Ras family of proteins plays a crucial role in cell growth, differentiation, and survival. Mutations in Ras genes can lead to uncontrolled cell growth, which is a hallmark of many cancers.

    Lonafarnib’s primary function is to inhibit the farnesyltransferase enzyme, thereby preventing the modification of the Ras proteins. This inhibition can potentially block the signaling pathways that contribute to uncontrolled cell growth and proliferation in cancer cells. As a result, Lonafarnib has been studied for its potential in treating various cancers, particularly those with mutated Ras genes, such as certain types of leukemia and solid tumors.

    In addition to its potential use in cancer therapy, Lonafarnib has also been investigated for the treatment of Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome (HGPS), a rare genetic disorder characterized by rapid aging in children. HGPS is caused by a mutation in the LMNA gene that leads to the production of an abnormal protein called progerin. Lonafarnib is thought to help reduce the accumulation of progerin in cells, potentially alleviating some of the symptoms of the disease.

    It is important to note that the effectiveness and safety of Lonafarnib for various conditions are subject to ongoing research and clinical trials. While some studies have shown promising results, more extensive research is needed to determine the full potential of Lonafarnib as a therapeutic agent for different diseases, including various cancers and progeria.

    In summary, Lonafarnib is an oral farnesyltransferase inhibitor with potential applications in treating certain types of cancer and Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome. Its primary function is to inhibit the farnesyltransferase enzyme, which is involved in the modification of Ras proteins and other proteins critical to cell growth and survival. Further research and clinical trials are necessary to better understand the safety and effectiveness of Lonafarnib for various medical conditions.

    美国休斯敦市德克萨斯大学MD安德森癌症中心的Jorge Cortes及其同事在Cancer上报告,在甲磺酸伊马替尼治疗中增加洛那法尼似乎在伊马替尼单药治疗失败的慢性粒细胞白血病(CML)患者中有较好的耐受性,并有中等程度的协同作用。

  2. 摘要

    呼吸道合胞病毒(RSV)是婴儿、老年人和免疫抑制者急性下呼吸道感染的常见原因。在SARS-CoV-2大流行期间,非药物干预显著影响了RSV的流行病学,出现了淡季高峰和加剧的冬季波动,RSV住院人数增加。目前还没有直接作用的抗病毒药物可用于临床。为了解决这个问题,我们对包含12,000种小分子的ReFRAME药物再利用库进行了筛选,针对RSV进行了测试。我们确定了21个初步候选药物,包括RSV F和N蛋白抑制剂,5种HSP90抑制剂和4种IMPDH抑制剂。我们选择了已获批的法尼基转移酶抑制剂lonafarnib,并且是治疗戊型肝炎病毒(HDV)的三期候选药物,进行了进一步的跟进。

    剂量-反应分析和斑点测定证实了其抗病毒活性(针对近期临床毒株的IC50范围为10-118 nM)。用lonafarnib传代RSV选择出表型抗性,并固定了RSV融合蛋白中的突变(T335I和T400A)。用变异RSV融合蛋白编程的伪型透病毒证实了lonafarnib抑制RSV细胞进入,并且这些突变赋予了lonafarnib的抗性。表面等离子体共振揭示了lonafarnib与RSV融合蛋白的结合,共晶揭示了RSV F内lonafarnib的结合位点。口服给予lonafarnib剂量依赖性地减少了小鼠感染模型中的RSV病毒载量。

    总体来说,这项工作为RSV药物再利用候选者提供了一个概览,并确立了lonafarnib为一个真正的融合蛋白抑制剂。

  3. 导言

    急性RSV感染是导致儿童严重下呼吸道感染的主要原因1。此外,免疫抑制者和老年人也有可能感染严重的RSV。RSV每年导致大约3300万例五岁以下儿童的呼吸道感染,估计导致320万次住院治疗和6万次住院死亡2。在最近的SARS-CoV-2大流行之后,实施了多种非药物干预措施以限制病毒的传播。这些措施包括关闭学校和儿童保育设施,以及在全球范围内实施各种社交距离措施。因此,其他病原体(包括RSV)的流行病学发生了变化3、4、5。在RSV的情况下,不同国家记录到了病毒流行的暂时性抑制和随后的复苏。与此同时,在大流行期间报告了所有年龄组RSV特异性抗体的下降6。尽管缺乏这个队列在大流行之前的抗体动态数据,也不清楚这种下降如何与易感性相关,但这些观察引发了人们的担忧,即更多易感人群的存在可能会导致包括RSV相关住院在内的感染数量增加。

    RSV感染的治疗选项仅限于对症治疗。唯一一种药物,Ribavirin,在体外显示出效力,但在患者中的效力有限,因此不再推荐使用。一种针对融合蛋白的人源单克隆抗体(palivizumab)用于预防重症RSV感染风险较高的儿童(例如,早产儿)的感染7。然而,这种预防措施仅将住院率降低了55%,成本高昂,不能广泛应用。此外,患者中抗药性突变的快速发展也已被描述8。因此,亟需更好的治疗选择。

    许多针对RSV的抗病毒策略正处于临床前或临床开发阶段9、10、11。这些包括免疫球蛋白和小干扰RNA以及针对病毒蛋白的小分子药物,如糖蛋白G、融合蛋白F、核衣壳蛋白N、转录调节蛋白M2-1和病毒RNA依赖性RNA聚合酶L 9、10、11、12。

    药物再利用库汇集了已获批的药物或处于各个临床开发阶段的化合物。因此,它们是独特的化合物库,为快速开发治疗应用提供了潜在的机会。在SARS-CoV-2的情况下,对ReFRAME库的筛选,这是最全面的药物再利用收集,已为冠状病毒抗病毒药物的开发提供了有价值的方向14。

    因此,为了揭示开发RSV治疗方法的潜在机会,我们在这里筛选了ReFRAME库,以寻找对这一重要病原体具有抗病毒活性的分子。

  4. 结果

    RSV报告病毒筛选识别lonafarnib为RSV抑制剂

    为了识别潜在的再利用候选药物,我们使用重组RSV亚型A株GFP报告病毒(图1A)对包含12,000个分子的ReFRAME库进行了查询。我们以5 µM的剂量给药,并根据48小时后接种的GFP荧光强度量化感染效率。同时,我们使用MTT实验确定了细胞活力。总体来看,我们发现了14个分子,符合我们的初级命中标准(RSV感染≤16%;细胞活力≥80%)(图1B,深蓝点)。37个分子将RSV感染降至背景水平,并表现出可变的细胞毒性(图1B,最左边的点)。我们推测这些分子中至少有一些可能在较低浓度下具有抗病毒效果而不具有细胞毒性,因此我们也将这些化合物纳入了我们的后续研究。按照相同的理由,我们还基于一个“浮动”的细胞活力阈值选择了额外的16个分子(图1B,浅蓝点)。所有这些后来的分子将RSV感染降低到<10%。总的来说,我们通过剂量反应滴定重新分析了67个分子,并确认了其中21个分子具有与细胞毒性可分离的抗病毒活性(补充图S1)。除了靶向融合蛋白(例如presatovir 15)和N蛋白(RSV-604 16)的已知RSV抑制剂外(图1C和补充图S1),我们还识别出了五种热休克蛋白90(HSP90)抑制剂,四种肌苷酸-5'-一磷酸脱氢酶(IMPDH)抑制剂,一种脂蛋白相关磷脂酶抑制剂(darapladib)和一种法尼醇-S-转移酶抑制剂(lonafarnib)(补充图S2)。为了避免库的伪影,我们重新订购了后两种化合物和HSP90及IMPDH抑制剂各两种的代表。然后,我们使用基于重组RSV亚型A株长链荧光素酶报告病毒的正交感染实验确认了这些化合物的抗病毒活性(图1A和C)。除了darapladib外,我们确认了所有这些化合物的抗病毒活性。

    Lonafarnib而不是tipifarnib抑制RSV感染

    化学结构不同的法尼醇转移酶抑制剂阻止诸如Ras和progerin之类的蛋白质的脂质化。因此,它们正作为抗癌治疗和治疗普罗杰里亚症的候选药物进行开发。此外,HDV衣壳蛋白的法尼醇化对产生感染性病毒颗粒至关重要,而lonafarnib正在作为HDV抗病毒药物进行开发18。Tipifarnib也是一个法尼醇转移酶抑制剂,正在作为抗癌药物开发。因此,我们检查了tipifarnib是否也能抑制RSV。

  5. 讨论

    在这项研究中,我们筛选了ReFRAME化合物库,以识别可能适用于RSV感染治疗的再利用候选药物。总体来看,我们对12,000个分子的筛选,接着进行了正交确认剂量滴定,发现了21个初步命中候选物。除了针对RSV F和N蛋白的几种直接作用的抗病毒药物处于不同的开发阶段外,我们还发现了五种HSP90抑制剂和四种IMPDH抑制剂。在这些命中候选物中,ReFRAME数据库列出了过氧化氢、IMPDH抑制剂麦考酚酸钠和霉酚酸酯为处方药。虽然过氧化氢用作皮肤的温和防腐剂或作为漱口水,但前述的IMPDH抑制剂是淋巴细胞增殖的强效抑制剂,用于预防异体移植排斥反应。IMPDH是一种关键酶,催化鸟苷核苷酸合成途径的限速步骤27。考虑到许多病毒对细胞核苷酸池的可用性有依赖性,一些IMPDH抑制剂已经被认为是潜在的广谱抗病毒药物28、29、30。在这些中,Markland等人之前报告了VX-497对RSV具有抗病毒活性30。与此一致,我们的筛选中也发现了VX-497的衍生物VX-148。总的来看,这些发现和我们的数据强调了RSV对IMPDH的依赖性。

    HSP90是一个多蛋白复合体,作为伴侣帮助众多客体蛋白折叠31。许多病毒显示出对HSP90的依赖,因此提出将其作为广谱抗病毒靶标32、33、34。在RSV的情况下,已经发现HSP90存在于纯化的病毒颗粒中,而HSP90抑制剂据报道可减少病毒颗粒的形成35。另一项研究报道HSP90抑制会导致RSV聚合酶蛋白L的降解36,表明不同RSV蛋白的折叠和功能依赖于这种伴侣。在HSP90抑制剂存在下对RSV的大量增殖并未筛选出病毒抗性,这表明RSV对这些HSP90抑制剂产生抗性的门槛很高36。总的来说,我们发现了五种已知的HSP90抑制剂,它们限制了RSV感染。此外,其他研究组已经观察到格兰霉素和其两种类似物可以限制RSV感染35、36。其他这种无处不在的蛋白的抑制剂已经在临床试验中进行了测试,并且特别是在癌症治疗方面正在开发中37、38。考虑到许多不同病毒对IMPDH和HSP90功能的依赖性,这项之前的工作加上我们的发现表明,抑制这些细胞蛋白的药物值得关注,以开发广谱抗病毒药物。

    在这项研究中,我们重点关注了洛纳法尼布,其在HEp-2细胞中对最近的临床RSV分离株显示出10-118 nM的IC50。此外,据我们所知,迄今为止尚未有描述洛纳法尼布或其他法尼酯转移酶抑制剂作为RSV抗病毒药物的。先前的一项研究报告称RSV融合蛋白与RhoA(一种小GTP酶)相互作用39,这是一个经过前基化的蛋白质;此外,这些作者报告说RhoA表达调节了RSV的合子形成。与此同时,Gower等人描述了RSV感染触发了RhoA信号传导,抑制RhoA信号传导可防止RSV引起的细胞间融合40、41。此外,Pastey等人报告说,一个源自RhoA的肽抑制了体外和体内的RSV合子形成和感染42。由于这些发现,以及RhoA的生物活性依赖于前基化43,我们推测洛纳法尼布对RSV的抗病毒活性可能归因于其抑制细胞法尼酯转移酶的能力。

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