细胞衰老（cellular senescence）是一种以细胞分裂停止、周期阻滞为特征的现象，伴有衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）的上调和增强。细胞衰老随年龄积累会导致诸多衰老相关疾病的发生，如动脉粥样硬化、高血压、癌症、神经退行性疾病等。在衰老过程中，衰老细胞还通过释放 SASP 组分促进癌症复发和转移，给肿瘤治疗带来更大地挑战。因此，必须适时地清除体内衰老细胞。研究证明在化疗患者中使用 senolytics（针对衰老细胞的治疗药物）有助于预防癌症复发，抑制肿瘤转移，并缓解副作用。如何选择性地清除衰老（肿瘤）细胞是癌症治疗中的重大挑战之一 [1]。近日，亚利桑那大学王卫教授团队研发了一种衰老细胞特异性靶向生物正交激活“衰老疗法”，能够有效选择性地清除衰老肿瘤细胞。

四嗪（tetrazine, Tz）与反式环辛烯（trans-cyclooctene，TCO）之间的生物正交反应由于其快速高效且可靠稳定的化学性质，被广泛应用于各种TCO修饰的前药分子的激活释放。然而，四嗪分子在生物体内缺乏反应选择性，限制了这一化学反应的应用。衰老相关的SASP β-半乳糖苷酶（SA-β-Gal）在衰老细胞中具有显著的高活性，被认为是评价细胞衰老的重要生物学标志物，且随着细胞的衰老而累积增多。利用该生物学标志物，该研究团队设计并合成了能被SA-β-Gal识别和激活释放出活性四嗪的前体分子，Gal-Tz。在衰老细胞中，Gal-Tz能有效地选择性转化生成具有点击激活活性的四嗪Tz分子。该四嗪Tz分子进而能与TCO修饰的荧光和药物分子进行有效的生物正交反应，而释放出相应的具有荧光和生物活性的分子，进行对衰老细胞的鉴别与治疗。

作者首先进行了细胞中Gal-Tz激活荧光成像实验。结果表明，设计的对SA-β-Gal响应的荧光探针TCO-HCA本身在健康的HeLa细胞中不产生荧光。而在衰老细胞中，由于SA-β-Gal的存在，Gal-Tz会转变成具有活性的四嗪分子，可与TCO-HCA发生点击-释放（click-release）反应，释放出HCA荧光染料，产生荧光，从而实现对衰老细胞的选择性标记。

在此研究的基础上，作者设计了两种不同类别的药物分子作为TCO的senolytics前药，验证该生物正交激活“衰老疗法”策略的可行性和可靠性。第一个是化疗药物阿霉素（doxorubicin，dox）。通过比较TCO-Dox和Dox在健康细胞和衰老细胞中的细胞毒性（IC50）差异，作者验证了TCO-Dox只有在Gal-Tz存在的前提下，才会在衰老细胞中展现出显著的细胞毒性。接下来，作者首次使用靶向蛋白水解嵌合体（PROTAC）小分子作为senolytics来清除衰老细胞。他们用可降解BRD4的ARV-771 PROTAC小分子作为例子，设计了TCO-ARV-771。实验结果表明，只有在衰老的HeLa细胞中，TCO-ARV-771在Gal-Tz的激活下才展现出了有效的降解活性，而在正常的HeLa细胞中没有观察到这样的现象。

综上，王卫团队首次利用生物正交反应来控制senolytics的活性，来选择性地靶向清除衰老细胞。同时成功地证明了PROTAC可作为新型senolytics，可有效地治疗衰老细胞。该研究提供了一种新型的清除衰老细胞的策略。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章第一作者是亚利桑那大学博士研究生常梦阳，通讯作者为亚利桑那大学药学院王卫教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Senolysis Enabled by Senescent Cell‐Sensitive Bioorthogonal Tetrazine Ligation

Mengyang Chang, Yue Dong, Hang Xu, Alexis B. Cruickshank-Taylor, Jacob S. Kozora, Baran Behpour, Wei Wang

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202315425

参考资料：

1. CHALLENGE: Understand and exploit senescence to improve cancer treatment