高效、特异性地靶向癌症驱动蛋白对于开发针对晚期转移性癌症的抗癌化合物至关重要。然而，许多癌症驱动蛋白由于缺少合适的分子结合支架而难以成药。有研究提出一种新策略，即使用替代-惰性金属-有机配合物，通过静电和疏水相互作用与癌症驱动蛋白结合，形成新的结构支架。特别是，以环金属化铱(III)复合物为代表的八面体金属复合物已在体外实验中展现出显著的抗癌效果。而目前为止，尚未有报道显示环金属化铱(III)可以特异性和高亲和力地直接结合关键癌症驱动蛋白。
2024年6月11日，香港大学合成化学国家重点实验室支志明院士团队在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA（IF：9.4）在线发表题为“Iridium(III) carbene complexes as potent girdin inhibitors against metastatic cancers ”的研究成果。该研究报道了一种发光的铱(III)吡啶N-杂环碳(NHC)复合物1a，能有效抑制癌细胞的增殖、迁移和侵袭，利用热蛋白质组分析(TPP)发现1a与驱动癌症的Girdin蛋白具有高亲和力，并通过EGFR/AKT/mTOR/STAT3级联的癌症驱动通路发挥作用。
细胞实验（细胞摄取实验/肿瘤细胞成球实验/侵袭实验/细胞活力等）研究1a的特性；
动物实验证明1a体内急性毒性研究（血液学/生化指标/肿瘤体积/组织学等）；
通过热蛋白质组学筛选复合物1a的关键靶点Girdin以及结合区域；
敲除实验以及蛋白质组学分析显示1a影响了与Girdin相关的多个信号通路；
基于TCGA数据库进行生物信息学分析进一步验证。
细胞摄取实验中，ICP-MS（电感耦合等离子体-质谱法）检测用1a处理肺癌细胞系（NCI-H460）和正常人肺成纤维细胞（CCD19Lu）中的铱含量，1a 处理的NCI-H460细胞中铱的积累是CCD19Lu细胞的3倍。且1a显著抑制了NCI-H460和三阴性乳腺癌细胞系（MDA-MB-231）的增殖（图1A）。肿瘤细胞成球实验评估了1a对肿瘤干细胞扩张的影响，结果显示，1 μM 1a显著减少了形成的肿瘤球体的数量和大小（图1B）。伤口愈合划痕实验研究了1a对细胞运动性的影响，结果显示，在0.25?M 1a处理24小时后，细胞向伤口区域的迁移受到抑制（图1C）。侵袭实验显示1a处理的肺癌细胞系 NCI-H460或乳腺癌细胞系MDA-MB-231，穿过Matrigel涂层膜的癌细胞数量显著减少（图1D）。
图1：1a的体外抗癌特性
接下来研究人员在裸鼠上进行了体内抗肿瘤实验，这些裸鼠携带有人类肺癌NCI-H460异种移植物和乳腺癌MDA-MB-231异种移植物。用1a治疗小鼠结果显示与对照组相比，小鼠没有显示出严重的体重减轻或致死性（图2A-D）。组织学分析显示，与对照组相比，1a处理显著减少了肺部转移结节的数量和面积（图2E）。1a处理后，肝脏、肾脏、心脏和脾脏的组织学上没有发现异常，并且肾脏损伤的标志物（肌酐）和肝脏损伤的标志物也没有变化。
图2：1a的体内抗肿瘤和抗转移作用
接下来，研究人员进行了热蛋白质组分析（TPP），以确定癌细胞中1a的直接分子靶点，经1a处理的NCI-H460细胞中，Girdin被鉴定为其作用靶点（图3A-B），并通过细胞热位移分析（CETSA）进一步得到验证（图3C）。等温剂量反应（ITDR）分析表明，1a对45°C下Girdin蛋白的热稳定性增强呈剂量依赖性，范围从0.5-4μM（图3D）。微量热泳动技术（MST）以及分子对接分析显示复合物1a通过与Girdin蛋白的C末端结构域结合表现出高度亲和力（图3E-F）。这种结合显著提高了Girdin蛋白的热稳定性，可能导致Gαi3-Girdin相互作用的阻断。
图3：1a在癌细胞中靶向Girdin
通过siRNA敲低技术评估了Girdin在癌细胞增殖和迁移中的作用。在NCI-H460和MDA-MB-231细胞系中，Girdin siRNA有效地降低了Girdin的表达，且Girdin缺乏的细胞的存活率较低（图4A-B）。创伤愈合实验中，与阴性对照相比，Girdin缺乏的细胞在NCI-H460细胞中24小时和MDA-MB-231细胞中7小时的细胞迁移速度显著变慢（图4C-D）。这些数据表明，Girdin表达的降低导致癌细胞的活性和迁移能力受到抑制。
图4：Girdin的敲低抑制癌细胞增殖和迁移
PI3K/AKT/mTOR信号通路是在癌症中经常激活的致癌信号通路，作者用0.1至1μM的1a处理NCI-H460细胞系24小时，下调Girdin-AKT通路。表现在Girdin和AKT1的表达降低，以及AKT的磷酸化形式、mTOR底物p70S6K激酶及其底物S6核糖体蛋白的水平降低，这些与癌细胞增殖和血管生成的代谢需求相关（图5E）。进一步利用蛋白质组学分析确定1a调控通路中的关键节点，通过对蛋白质-蛋白质相互作用网络（PPI）中差异蛋白的拓扑分析，AKT1被确定为网络中的关键蛋白。作者进一步通过实验证明靶向Girdin这样的多功能癌症蛋白，预期可以抑制多个并行但相互干预的致癌和促进侵袭的途径，如EGFR、PI3K/AKT和STAT3（图5I）。
图5：1a对癌细胞中与Girdin相关分子途径的抑制
基于TCGA数据库，生物信息学分析揭示了Girdin编码基因CCDC88A在多种实体瘤中的突变和表达模式。在实体瘤中，特别是在乳腺和肺肿瘤组织中，发现了CCDC88A基因的错义突变、基因融合和剪接突变，这可能导致相应癌症中CCDC88A的失调。此外，肿瘤组织中CCDC88A mRNA的表达水平通常高于配对的正常组织，高表达水平与患者生存率较低相关。这些数据为Girdin作为多种实体瘤的潜在靶标提供了支持。
图6：1a对癌细胞中与Girdin相关分子途径的抑制
本文发现了一种独特的抗癌铱（III）化合物1a，能在低微摩尔浓度下显著降低肺癌和乳腺癌细胞以及癌症患者衍生的类器官活力。并通过热蛋白质组学分析确定Girdin为1a的特异性靶点，它是一种多功能适配蛋白，在癌细胞中过度表达，明确充当多个关键致癌通路的信号枢纽。
