大环肽作为一种极具潜力的候选药物，填补了小分子药物与大分子生物制剂之间的研发空白。抗凋亡蛋白髓系细胞白血病1（MCL1）在多种癌症中发挥关键作用，但传统抑制剂难以实现对其选择性靶向。本研究鉴定出一种大环肽5L1，其与MCL1的结合解离常数（KD）达7.1 nM，展现出特异性抑制MCL1功能的潜力。该肽对多种血液肿瘤细胞系具有显著抗肿瘤活性，其中细胞穿透肽偶联的5L1半数抑制浓度（IC50）为0.6至3 μM。结构分析揭示其具有类似于分子胶（molecular glue）的作用方式，可同时结合两个MCL1分子并诱导其同源二聚化。这种独特的作用机制区别于传统小分子MCL1抑制剂，突显了大环肽作为分子胶的开发潜力，并为基于此类"胶联"机制开发针对MCL1及相关靶点的高选择性抑制剂提供了新思路。

通过RaPID技术筛选针对MCL1的环肽

研究运用RaPID技术筛选能特异性结合MCL1的环肽。经过五轮筛选，通过DNA深度测序分析，最终筛选并合成了三个环肽：5L1、5L19和5D1。表面等离子共振（SPR）测定发现，5L1对MCL1的结合亲和力最高（KD = 7.1 nM），5L19次之（KD = 92.9 nM），而5D1相对较弱（图1）。

                                                           图1、基于RaPID技术的环肽从头筛选

5L1与MCL1的复合物结构与关键相互作用

通过X射线晶体学，研究团队成功解析了MCL1-5L1复合物的晶体结构（分辨率2.78 Å）（图2）。结构分析显示，5L1以反平行β折叠构象同时桥接两个MCL1分子（分别命名为MCL1-C1和MCL1-C2），三者通过密集的氢键网络和盐桥作用形成稳定的“三明治”状三元复合物。值得注意的是，5L1结合诱导了MCL1两个亚基间显著的构象区别：在MCL1-C1中，α4区域呈现完整的α螺旋构象；而在MCL1-C2中，该区域发生局部解折叠，转变为柔性环（loop）结构。这种不对称的构象重排有可能是5L1诱导MCL1二聚化的分子基础。

                                                              图2、5L1与MCL1复合物结构解析

“分子胶”作用机制验证

研究通过多技术手段系统解析了5L1的分子胶作用机制（图3）。凝胶过滤色谱实验、小角X射线散射（SAXS）与静态光散射（SLS）分析均证实，5L1可特异性诱导MCL1蛋白形成同源二聚体。分子动力学（MD）模拟揭示了二聚化过程的动态特征：5L1首先结合MCL1的C1构象（表现为构象刚性），随后通过构象选择机制招募第二个MCL1分子，其C2构象在结合过程中展现出显著的构象柔韧性。

5L1对MCL1高特异性的机制

研究表明，5L1具有显著的靶向MCL1的特异性。表面等离子体共振（SPR）分析发现，5L1对BCL-2、BCL-XL、BCL-W和BFL1等其他抗凋亡蛋白的结合能力较弱或无法检测，突显了其对MCL1的高选择性。进一步机制研究发现，5L1的独特结合模式是通过诱导MCL1同源二聚体形成新的结合口袋来实现。这一过程除了利用传统保守结合位点外，还涉及MCL1独有的三个关键氨基酸残基（V253、D236、D242），它们直接参与了与5L1的相互作用。非保守位点的特异性识别为理解5L1精准靶向MCL1提供了依据，同时揭示了其区别于传统抑制剂的新型作用机制。

细胞水平功能验证及机制分析

研究将细胞穿透肽TAT连接到5L1（5L1-TAT），增强其细胞渗透性。细胞实验结果显示，5L1-TAT对多种血液肿瘤细胞系（Jurkat、El4、RS4:11和H929）均表现出较强抑制作用，IC50值范围为0.69~3.29 μM，其中对依赖MCL1的H929细胞抑制效果最显著。研究观察到线粒体膜电位随着5L1-TAT浓度增加而显著下降，表明其促进了线粒体相关凋亡。此外，免疫共沉淀实验证实，5L1-TAT特异性破坏了MCL1与BAK的结合，而不影响BAK与BCL-XL或BCL-2的相互作用。这与MCL1小分子抑制剂S63845的选择性表现一致。

总结

总之，本研究利用RaPID技术筛选出高选择性MCL1抑制剂5L1，并通过解析其与MCL1的复合物晶体结构，结合生化实验及动力学分析揭示了5L1作为分子胶发挥作用的关键机制：5L1通过特异性结合两分子MCL1诱导其同源二聚，并引发MCL1 α4区域显著构象变化，形成全新的结合口袋，最终形成“三明治”状的稳定同源二聚复合物。与传统小分子抑制剂相比，5L1环肽结构的特点（如大结合表面和稳定三维构象）显著提高了其靶向特异性，也为MCL1相关治疗开辟了全新思路。尽管5L1通过连接TAT增强了细胞渗透性，但TAT可能带来潜在毒性，因此未来研究将集中于提升5L1自身的膜穿透能力或开发更加高效的递送系统。综合而言，本研究为新型MCL1特异性抑制剂的开发奠定了基础，也展现了环肽作为分子胶在靶向蛋白-蛋白相互作用中的应用潜力。

文章来源：

Fengwei Li, Mengmeng Zhang, Chao Liu,De novo discovery of a molecular glue-like macrocyclic peptide that induces MCL1 homodimerization.Proc Natl Acad Sci U S A. 2025 Apr;122(13):e2426006122.doi: 10.1073/pnas.2426006122. Epub 2025 Mar 25.

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