生命活動(dòng)本質(zhì)上由一系列精密調(diào)控的化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成。酶作為催化這些反應(yīng)的核心蛋白機(jī)器，參與物質(zhì)合成、能量代謝與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等關(guān)鍵生物過程，對(duì)于維持生命穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。同時(shí)，酶的底物及相關(guān)信號(hào)分子共同構(gòu)成復(fù)雜的生化網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同調(diào)控細(xì)胞功能。當(dāng)酶的功能因基因突變或環(huán)境因素發(fā)生失調(diào)時(shí)，往往會(huì)引發(fā)多種疾病【1】。因此，針對(duì)酶進(jìn)行藥物干預(yù)被認(rèn)為是高效且直接的治療策略。截至 2026 年，美國 FDA 批準(zhǔn)的藥物中約有 33% 以酶為作用靶點(diǎn)【2】。其中絕大多數(shù)通過抑制酶的催化功能發(fā)揮治療作用。根據(jù)小分子與酶的作用機(jī)制不同，酶抑制劑通?？煞譃檎?構(gòu) （orthosteric）抑制劑與 變構(gòu) （allosteric）抑制劑。正 構(gòu) 抑制劑依賴于酶高度保守的底物催化位點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于催化位點(diǎn)在結(jié)構(gòu)與功能上的保守性，這類抑制劑成為最常規(guī)且最成功的結(jié)構(gòu)指導(dǎo)藥物開發(fā)策略之一。其典型特征在于藥物分子直接結(jié)合催化位點(diǎn)，與底物競爭酶結(jié)合，從而抑制催化活性。目前已有近千種正 構(gòu) 抑制劑獲得 FDA 批準(zhǔn)并應(yīng)用于臨床。然而，正 構(gòu) 抑制劑基于底物競爭的作用模式通常缺乏底物選擇性，而底物選擇性對(duì)于精準(zhǔn)調(diào)控異常生物學(xué)事件至關(guān)重要。相比之下，底物選擇性抑制多依賴 變構(gòu) 調(diào)控機(jī)制，但此類抑制劑往往涉及酶的復(fù)雜構(gòu)象變化與 變構(gòu) 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)與開發(fā)難度顯著增加【3】。能否結(jié)合正構(gòu)抑制劑在催化位點(diǎn)作用的確定性優(yōu)勢，同時(shí)引入底物選擇性調(diào)控能力，成為該領(lǐng)域的核心科學(xué)問題。

2026年2月11日，美國華盛頓大學(xué)鄭寧教授課題組與加州大學(xué)爾灣分校黃蘭教授課題組合作，在Nature雜志發(fā)表了研究文章CSN5i-3 is an orthosteric molecular glue inhibitor of COP9 signalosome。該研究揭示了一種新型底物依賴的抑制模式：CSN5i-3作為正 構(gòu) 抑制劑結(jié)合在COP9 信號(hào)體（ COP9 signalosome, CSN）的催化位點(diǎn)，同時(shí)，CSN5i-3又作為分子膠穩(wěn)定了底物NEDD8~CRL1與酶的結(jié)合，這一雙功能小分子是一種新型的正 構(gòu) 分子膠抑制劑，實(shí)現(xiàn)了底物選擇性抑制。

COP9 信號(hào)體是一個(gè)在進(jìn)化上高度保守的八亞基蛋白復(fù)合物（由 CSN1-CSN8 構(gòu)成）。其核心功能在于切割連接泛素樣修飾分子 NEDD8 與 cullin 蛋白之間的異肽鍵，從而去除 cullin-RING 泛素化連接酶（CRL）復(fù)合物上的 NEDD8 修飾，進(jìn)而調(diào)控這一人體內(nèi)規(guī)模最大的泛素化連接酶超級(jí)家族的活性狀態(tài)。為系統(tǒng)解析 CSN 如何識(shí)別并作用其生理底物， 為了進(jìn)一步闡明小分子抑制劑 CSN5i-3 的獨(dú)特作用機(jī)制，作者結(jié)合結(jié)合實(shí)驗(yàn)與酶活性實(shí)驗(yàn)對(duì)其展開深入研究。令人意外的是，CSN5i-3 與 CSN的直接相互作用十分微弱，親和力僅約 4.7 μM，而其酶抑制效力 IC 50 卻高達(dá) 29 nM。這一結(jié)果明顯違背經(jīng)典酶抑制劑理論：作為正構(gòu)抑制劑，其與酶的結(jié)合親和力通常應(yīng)與抑制效力處于同一數(shù)量級(jí)。

為解釋這一反?，F(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析了酶-底物-抑制劑三元復(fù)合物結(jié)構(gòu)。 冷凍電鏡 結(jié)構(gòu)揭示了極具沖擊力的一幕：CSN5i-3 作為正 構(gòu) 抑制劑結(jié)合于催化位點(diǎn)的同時(shí)，底物 NEDD8 也共同占據(jù)該催化中心。這種“酶-底物-小分子”三者共占催化位點(diǎn)的作用模式，呈現(xiàn)出與近年來靶向蛋白質(zhì)降解領(lǐng)域廣受關(guān)注的“分子膠（molecular glue）”高度相似的作用特征。分子膠機(jī)制最早由鄭寧教授課題組于 2007 年系統(tǒng)提出，此后迅速在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界得到廣泛 應(yīng)用 ，并與 PROTAC 技術(shù)并列成為靶向蛋白質(zhì)降解的兩大核心 革命性范式【4,5】。

進(jìn)一步比較有無 CSN5i-3 存在條件下底物NEDD8與酶CSN的結(jié)合親和力，研究人員發(fā)現(xiàn)，在缺乏抑制劑時(shí)幾乎難以檢測的 NEDD8 - CSN 相互作用，在 CSN5i-3 存在下顯著增強(qiáng)至約 130 nM。這一結(jié)果直接證明 CSN5i-3 能夠顯著穩(wěn)定酶-底物復(fù)合物界面，具備典型分子膠特征。鑒于 CSN5i-3 同時(shí)具備正位結(jié)合與分子膠雙重屬性，研究團(tuán)隊(duì)將這一抑制模式定義為“正構(gòu)分子膠抑制劑（Orthosteric Molecular Glue Inhibitor , OMG inhibitor ）”【6】。

通過體外 pull-down 實(shí)驗(yàn)，作者進(jìn)一步驗(yàn)證了抑制劑、酶與底物三者之間的協(xié)同互作關(guān)系。實(shí)驗(yàn)顯示，該分子膠效應(yīng)對(duì)底物序列高度敏感，僅單一氨基酸突變即可顯著削弱甚至消除分子膠三元復(fù)合物穩(wěn)定性。這一結(jié)果表明 CSN5i-3 所形成的分子膠界面具有高度序列依賴性，使其能夠在機(jī)制上區(qū)分不同底物。

為追溯 CSN5i-3 強(qiáng)效抑制力的來源，研究團(tuán)隊(duì)去除其分子膠功能基團(tuán)并合成類似物 CSN5i-1a。與 CSN5i-3 相比，CSN5i-1a 的抑制效力降低約 120 倍。該結(jié)果直接證明，CSN5i-3 的高效抑制并非源于傳統(tǒng)正位抑制劑對(duì)酶的高親和力結(jié)合，而是來源于其分子膠介導(dǎo)的三元復(fù)合物穩(wěn)定作用。

機(jī)制上，正構(gòu)分子膠抑制劑與經(jīng)典正構(gòu)抑制劑形成鮮明對(duì)比：傳統(tǒng)正構(gòu)抑制劑通常與酶本身結(jié)合緊密，但以底物非選擇性競爭為代價(jià)；而正構(gòu)分子膠抑制劑則與游離酶結(jié)合較弱，卻能與酶-底物復(fù)合物形成高度協(xié)同互作，并對(duì)底物序列變化高度敏感，從而實(shí)現(xiàn)底物依賴性的強(qiáng)效抑制。這種獨(dú)特的底物依賴性抑制模式，使研究者能夠選擇性靶向特定酶-底物復(fù)合物，為降低傳統(tǒng)正構(gòu)抑制劑因非選擇性抑制帶來的副作用提供了全新范式。

本研究首次提出“正構(gòu)分子膠抑制劑”這一革命性概念，系統(tǒng)揭示其底物依賴性的強(qiáng)效抑制機(jī)制，為基于結(jié)構(gòu)指導(dǎo)開發(fā)下一代精準(zhǔn)底物選擇性抑制劑奠定了堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)與可行技術(shù)路徑。

美國華盛頓大學(xué) 鄭寧教授課題組博士后石會(huì)剛為“CSN5i-3 is an orthosteric molecular glue inhibitor of COP9 signalosome”文章的第一作者。美國華盛頓大學(xué)/霍華德.休斯研究所鄭寧教授與加州大學(xué)爾灣分校黃蘭教授為文章的共同通訊作者。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10129-y

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1, Copeland, R. A. inEvaluation of Enzyme Inhibitors in Drug Discovery: A Guide for Medicinal Chemists and PharmacologistsCh. 1, 1-33 (Wiley-Interscience, 2013).

2, Balakumar P., et al., A map of molecular drug targets and therapeutics for the US FDA-approved drugs: The impact of expedited regulatory pathways and first-in-class drug approvals on drug innovation.Pharmacol Ther, 2026

3, Lin, H. Substrate-selective small-molecule modulators of enzymes: Mechanisms and opportunities.Curr Opin Chem Biol,2023.

4, Tan, X., et al., Mechanism of auxin perception by the TIR1 ubiquitin ligase.Nature, 2007.

5, Cao, S., et al., Defining molecular glues with a dual-nanobody cannabidiol sensor.Nature Communications,2022.

6, Shi, H., et al., CSN5i-3 is an orthosteric molecular glue inhibitor of COP9 signalosome.Nature, 2026

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