【Nature子刊】北京大学深圳研究生院彭涛团队：揭示细胞凋亡新机制

【导读】在十字花科蔬菜中发现的天然异硫氰酸酯（ITC），如异硫氰酸苄酯（BITC）、异硫氰酸苯乙酯（PEITC）和萝卜硫素（SFN），因其在体外和体内有前途的抗癌活性，而引起了研究的极大兴趣。虽然细胞凋亡的诱导被认为在ITC的抗癌作用中起关键作用，但ITC诱导的细胞凋亡的特异性蛋白质靶点和相关上游事件，仍然未知。在这项研究中，团队提出了一组来源于BITC、PEITC和SFN的化学探针，它们配备了生物正交炔基手柄，以系统地分析活癌细胞中ITC的靶蛋白。

2024年10月29日，北京大学深圳研究生院彭涛团队在期刊《Cell Death Discovery》上发表了题为“Quantitative chemical proteomics reveals that phenethyl isothiocyanate covalently targets BID to promote apoptosis”的研究论文。团队的化学蛋白质组学分析和功能研究，不仅揭示了BID是PEITC介导诱导细胞凋亡上游事件的主要靶点，而且还揭示了一种涉及BID第一螺旋内的N端半胱氨酸调节，其促凋亡潜力的新分子机制。

https://www.nature.com/articles/s41420-024-02225-7

异硫氰酸盐与细胞凋亡

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异硫氰酸盐（ITC）是十字花科蔬菜（包括西兰花、卷心菜和花椰菜）中天然存在的生物活性小分子家族 。ITC可以在体外和体内有效抑制多种癌症的生长。ITC和相关制剂正在癌症治疗的临床试验中进行测试。

细胞凋亡主要受Bcl-2蛋白家族调节，该家族由抗凋亡成员（如 Bcl-2 和 Bcl-xL）和促凋亡成员组成，包括具有多个Bcl-2同源（BH）结构域的蛋白质（如BAX和BAK）和仅含BH3的蛋白质，如BID和BAD。作为一种丰富的促凋亡蛋白，BID的活性很弱，但可以被caspase-8切割，从而产生强促凋亡的C端片段，以响应凋亡信号转导。这个C端片段不仅利用其BH3结构域激活下游效应子，以诱导BAX/BAK依赖性线粒体膜透化，而且还中和抗凋亡蛋白（如Bcl-xL）的作用。

在这项研究中，团队报道了炔基功能化的ITC衍生探针和定量化学蛋白质组学，用于全面分析癌细胞中BITC、PEITC和SFN的靶蛋白。团队确定了一系列参与细胞凋亡等生物过程的ITCs候选靶点，并选择了其中一个，即BID，进行功能表征。结果表明，BID的N端半胱氨酸，对于维持BID的自抑制性N端和C端相互作用，至关重要。

PEITC抑制BID的N端和C端区域之间的相互作用

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团队证实了N-BID和C-BID之间的特异性相互作用，不受蛋白质标签的影响。PEITC显著减弱了N-BID和C-BID之间的免疫共沉淀，这种沉淀仅受到BITC的轻微干扰，几乎不受SFN的影响。N-BID和C-BID之间的关联被PEITC完全抑制，并被BITC略微减弱，但不受SFN的影响。因此，这些数据表明，ITCs可以抑制BID的N端和C端片段之间的相互作用，PEITC>BITC>SFN。

BID的C端片段还与抗凋亡蛋白Bcl-xL结合，以发挥其凋亡作用。C-BID确实与Bcl-xL密切相关。在PEITC处理后，Bcl-xL与FL-BID的免疫共沉淀显著增加。PEITC通过Bcl-xL，增强了重组FL-BID的沉降效率。这些研究结果强烈支持PEITC破坏了BID的N端和C端区域之间的分子内相互作用，导致C端区域暴露与Bcl-xL结合。

PEITC损害了BID的N端和C端相互作用。

N端半胱氨酸对BID的N端和C端区域之间的相互作用至关重要

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N-BID-3CA突变体不含半胱氨酸，且不能被ITC修饰，没有与C-BID共免疫沉淀。而PEITC一再被证明，比BITC和SFN更有效地阻断N-BID与C-BID的结合。N端半胱氨酸，尤其是C15和C28，是N-BID与C-BID相互作用所必需的。FL-BID-3CA突变体与N-BID和Bcl-xL的相关性，比WT FL-BID更密切。重组FL-BID-3CA的椭圆度和α-螺旋含量，相对于WT FL-BID降低，表明半胱氨酸突变后，BID构象发生改变。

Caspase-8裂解的WT BID，几乎无法诱导细胞色素c的释放，而C-BID在这方面非常活跃。caspase-8-裂解的BID-3CA，在触发细胞色素c释放方面，与C-BID一样活跃。C-BID和FL-BID-3CA具有相似的活性，并且在诱导细胞凋亡方面，都比WT FL-BID强得多。这些数据表明，N端半胱氨酸对于调节BID的分子内相互作用和凋亡活性，至关重要。

BID的N端和C端相互作用，需要N端半胱氨酸。

总结

04

1. 炔基功能化ITC衍生化学探针的开发：研究中开发了炔基功能化的异硫氰酸酯（ITC）衍生化学探针，用于全面分析ITCs的靶蛋白。

2. BID作为新的靶点：将BID蛋白确定为BITC、PEITC和SFN在人癌细胞中的新靶点。

3. BID与PEITC共价结合的作用：揭示了BID与PEITC共价结合在介导细胞凋亡中的作用，PEITC修饰全长BID的N末端半胱氨酸形成二硫代氨基甲酸酯加合物，诱导BID构象变化，破坏自身抑制分子内相互作用，并暴露C端区域的BH3结构域。

4. BID的促凋亡潜力：BID的促凋亡潜力受N末端半胱氨酸的负调控，这些半胱氨酸可以被共价抑制剂靶向，以诱导细胞凋亡和潜在的癌症治疗。

参考资料：

1. Fahey JW, Zalcmann AT, Talalay P. The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants. Phytochemistry. 2001;56:5–51.

2. Traka M, Mithen R. Glucosinolates, isothiocyanates and human health. Phytochem Rev. 2009;8:269–82.

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