Nature |?鄭寧/黃蘭合作開發一種底物依賴的正構分子膠抑制劑—CSN5i-3

生命活動本質上由一系列精密調控的化學反應構成。酶作為催化這些反應的核心蛋白機器，參與物質合成、能量代謝與信號轉導等關鍵生物過程，對于維持生命穩態至關重要。同時，酶的底物及相關信號分子共同構成復雜的生化網絡，協同調控細胞功能。當酶的功能因基因突變或環境因素發生失調時，往往會引發多種疾病【1】。因此，針對酶進行藥物干預被認為是高效且直接的治療策略。截至 2026 年，美國 FDA 批準的藥物中約有 33% 以酶為作用靶點【2】。其中絕大多數通過抑制酶的催化功能發揮治療作用。根據小分子與酶的作用機制不同，酶抑制劑通常可分為正 構 （orthosteric）抑制劑與 變構 （allosteric）抑制劑。正 構 抑制劑依賴于酶高度保守的底物催化位點進行設計。由于催化位點在結構與功能上的保守性，這類抑制劑成為最常規且最成功的結構指導藥物開發策略之一。其典型特征在于藥物分子直接結合催化位點，與底物競爭酶結合，從而抑制催化活性。目前已有近千種正 構 抑制劑獲得 FDA 批準并應用于臨床。然而，正 構 抑制劑基于底物競爭的作用模式通常缺乏底物選擇性，而底物選擇性對于精準調控異常生物學事件至關重要。相比之下，底物選擇性抑制多依賴 變構 調控機制，但此類抑制劑往往涉及酶的復雜構象變化與 變構 調控網絡，設計與開發難度顯著增加【3】。能否結合正構抑制劑在催化位點作用的確定性優勢，同時引入底物選擇性調控能力，成為該領域的核心科學問題。

2026年2月11日，美國華盛頓大學鄭寧教授課題組與加州大學爾灣分校黃蘭教授課題組合作，在Nature雜志發表了研究文章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 抑制劑結合在COP9 信號體（ COP9 signalosome, CSN）的催化位點，同時，CSN5i-3又作為分子膠穩定了底物NEDD8~CRL1與酶的結合，這一雙功能小分子是一種新型的正 構 分子膠抑制劑，實現了底物選擇性抑制。

COP9 信號體是一個在進化上高度保守的八亞基蛋白復合物（由 CSN1-CSN8 構成）。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）復合物上的 NEDD8 修飾，進而調控這一人體內規模最大的泛素化連接酶超級家族的活性狀態。為系統解析 CSN 如何識別并作用其生理底物， 為了進一步闡明小分子抑制劑 CSN5i-3 的獨特作用機制，作者結合結合實驗與酶活性實驗對其展開深入研究。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 29 nM。這一結果明顯違背經典酶抑制劑理論：作為正構抑制劑，其與酶的結合親和力通常應與抑制效力處于同一數量級。

為解釋這一反常現象，研究團隊進一步解析了酶-底物-抑制劑三元復合物結構。 冷凍電鏡 結構揭示了極具沖擊力的一幕：CSN5i-3 作為正 構 抑制劑結合于催化位點的同時，底物 NEDD8 也共同占據該催化中心。這種“酶-底物-小分子”三者共占催化位點的作用模式，呈現出與近年來靶向蛋白質降解領域廣受關注的“分子膠（molecular glue）”高度相似的作用特征。分子膠機制最早由鄭寧教授課題組于 2007 年系統提出，此后迅速在學術界與工業界得到廣泛 應用 ，并與 PROTAC 技術并列成為靶向蛋白質降解的兩大核心 革命性范式【4,5】。

進一步比較有無 CSN5i-3 存在條件下底物NEDD8與酶CSN的結合親和力，研究人員發現，在缺乏抑制劑時幾乎難以檢測的 NEDD8 - CSN 相互作用，在 CSN5i-3 存在下顯著增強至約 130 nM。這一結果直接證明 CSN5i-3 能夠顯著穩定酶-底物復合物界面，具備典型分子膠特征。鑒于 CSN5i-3 同時具備正位結合與分子膠雙重屬性，研究團隊將這一抑制模式定義為“正構分子膠抑制劑（Orthosteric Molecular Glue Inhibitor , OMG inhibitor ）”【6】。

通過體外 pull-down 實驗，作者進一步驗證了抑制劑、酶與底物三者之間的協同互作關系。實驗顯示，該分子膠效應對底物序列高度敏感，僅單一氨基酸突變即可顯著削弱甚至消除分子膠三元復合物穩定性。這一結果表明 CSN5i-3 所形成的分子膠界面具有高度序列依賴性，使其能夠在機制上區分不同底物。

為追溯 CSN5i-3 強效抑制力的來源，研究團隊去除其分子膠功能基團并合成類似物 CSN5i-1a。與 CSN5i-3 相比，CSN5i-1a 的抑制效力降低約 120 倍。該結果直接證明，CSN5i-3 的高效抑制并非源于傳統正位抑制劑對酶的高親和力結合，而是來源于其分子膠介導的三元復合物穩定作用。

機制上，正構分子膠抑制劑與經典正構抑制劑形成鮮明對比：傳統正構抑制劑通常與酶本身結合緊密，但以底物非選擇性競爭為代價；而正構分子膠抑制劑則與游離酶結合較弱，卻能與酶-底物復合物形成高度協同互作，并對底物序列變化高度敏感，從而實現底物依賴性的強效抑制。這種獨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-底物復合物，為降低傳統正構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“正構分子膠抑制劑”這一革命性概念，系統揭示其底物依賴性的強效抑制機制，為基于結構指導開發下一代精準底物選擇性抑制劑奠定了堅實理論基礎與可行技術路徑。

美國華盛頓大學 鄭寧教授課題組博士后石會剛為“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/霍華德.休斯研究所鄭寧教授與加州大學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

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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