引言

ADAR1是近年來的熱門靶點，多篇CNS文章相繼報道其在腫瘤免疫領(lǐng)域的巨大潛力。

2024.7.18，牛津大學的Jan Rehwinkel和Parinaz Mehdipour發(fā)表于《Trends in Cell Biology》的綜述，詳細介紹了了RNA編輯酶ADAR1的分子機制，從基本的A-to-I編輯到其在炎癥和腫瘤中的作用，以及靶向ADAR1的治療策略。ADAR1是一種雙鏈RNA（dsRNA）上的腺苷脫氨酶，可以將腺苷（A）轉(zhuǎn)化為肌苷（I），這一過程被稱為A-to-I編輯。ADAR1的缺失或功能障礙會導致嚴重的炎癥反應(yīng)，而其在腫瘤細胞中則起到促進腫瘤進展和免疫逃逸的作用。因此，ADAR1成為了藥物開發(fā)的一個新興靶點。文章重點討論了ADAR1的結(jié)構(gòu)、功能、以及在免疫應(yīng)答和疾病進展中的作用，為ADAR1相關(guān)藥物的開發(fā)提供了重要依據(jù)（DOI: 10.1016/j.tcb.2024.06.006）。

文章重點內(nèi)容解析

1. ADAR1的結(jié)構(gòu)與功能

酶家族: 文章指出，哺乳動物中有三種ADAR酶：ADAR1、ADAR2和ADAR3。ADAR1在多種組織中高表達，ADAR2主要在腦中表達，ADAR3則只在腦中表達。它們都有核定位信號（NLS），dsRNA結(jié)合域（dsRBDs），以及催化脫氨酶結(jié)構(gòu)域。但ADAR3沒有催化活性，它可能在腦中抑制A-to-I編輯。文章重點關(guān)注的是ADAR1。

ADAR1有兩種亞型：

ADAR1p110: 組成型表達，主要位于細胞核內(nèi)。

ADAR1p150: 具有干擾素誘導性，N端延伸，并且含有核輸出信號（NES）。這個亞型可以在細胞核和細胞質(zhì)之間穿梭。另外，ADAR1p150還有一個Za結(jié)構(gòu)域，可以結(jié)合Z-RNA（左手螺旋的dsRNA構(gòu)象）。

A-to-I編輯: ADAR1催化A到I的轉(zhuǎn)化，如圖1A所示。這個過程發(fā)生在dsRNA結(jié)構(gòu)中，通過脫氨作用，將腺嘌呤轉(zhuǎn)化為次黃嘌呤（肌苷）。肌苷和胞嘧啶（C）配對，在翻譯過程中被認為是鳥嘌呤（G）。因此，A-to-I編輯可以改變RNA的序列。

結(jié)構(gòu)域的重要性: 如圖1B所示，ADAR1p150相比p110多了一個Za結(jié)構(gòu)域和NES序列，這兩個結(jié)構(gòu)域使得其功能多樣化。Za結(jié)構(gòu)域能特異性結(jié)合Z-RNA，而NES序列能使其穿梭于細胞核和細胞質(zhì)。dsRBDs負責識別并結(jié)合dsRNA。脫氨酶結(jié)構(gòu)域催化A到I的轉(zhuǎn)化。

同源二聚化: 文章指出，ADAR1可以形成同源二聚體，該過程是通過第三個dsRBD介導的，與RNA結(jié)合無關(guān)，但可以調(diào)節(jié)編輯活性。

2. ADAR1缺失與自體炎癥

炎癥表型: ADAR1的缺失會導致嚴重的炎癥表型，包括自發(fā)性的細胞因子產(chǎn)生，尤其是I型干擾素（IFN）。在人類中，ADAR1的功能缺失突變會導致Aicardi-Goutières綜合征（AGS）。此外，ADAR1缺失還與雙側(cè)紋狀體壞死（BSN）和對稱性色素沉著�。―SH）有關(guān)。在小鼠中，全身敲除ADAR1會導致胚胎致死。而敲除ADAR1p150的小鼠也會表現(xiàn)出嚴重的自體炎癥表型。

dsRNA傳感器激活: 當細胞缺乏ADAR1時，未編輯的dsRNA會激活多種天然免疫系統(tǒng)的dsRNA傳感器。這些傳感器包括：

MDA5: （黑素瘤分化相關(guān)基因5）是一種RIG-I樣受體（RLR），識別細胞質(zhì)中的dsRNA，并引發(fā)IFN表達（圖2A）。

PKR: （蛋白激酶R）通過二聚化和自磷酸化被激活，導致真核翻譯起始因子2α（eIF2α）的磷酸化，抑制蛋白質(zhì)合成，誘導整合應(yīng)激反應(yīng)（ISR）。（圖2B）

OAS: （寡腺苷酸合成酶）激活后合成2'-5'寡腺苷酸，進而激活RNase L，導致RNA降解。（圖2C）

ZBP1: （Z-DNA/RNA結(jié)合蛋白1）識別Z-RNA構(gòu)象，誘導細胞死亡和炎癥信號傳導。（圖2D）

ADAR1p150的關(guān)鍵作用: ADAR1p150在限制IFN產(chǎn)生和防止自體炎癥方面起著至關(guān)重要的作用。

3. ADAR1的調(diào)控機制

編輯偏好: ADAR1的編輯活性受到多種因素調(diào)控，包括編輯位點周圍的序列偏好（傾向于5'端的A或U）。

dsRNA結(jié)構(gòu): ADAR1識別dsRNA中的結(jié)構(gòu)擾動，比如凸起，然后會在凸起上下游30-35個核苷酸處引入A-to-I編輯，在dsRNA中形成額外的凸起，從而傳播編輯作用。

蛋白質(zhì)互作: ADAR1還與多種蛋白互作，例如，與Dicer形成復合物，并與ILF3等蛋白互作來調(diào)節(jié)RNA編輯的效率。

表觀轉(zhuǎn)錄組修飾: A-to-I編輯本身是一種表觀轉(zhuǎn)錄組修飾。其他的RNA修飾，例如胞嘧啶脫氨（C-to-U）、假尿嘧啶化（Ψ）和RNA甲基化（如m6A、m1A、m5C和m7G）也可能影響RNA的結(jié)構(gòu)和免疫識別。

在不存在作用于RNA 1（ADAR 1）或其編輯活性的腺苷脫氨酶的情況下，雙鏈RNA（dsRNA）激活各種dsRNA傳感器。

4. ADAR1靶向的免疫原性dsRNA

重復元件: 大多數(shù)ADAR1編輯發(fā)生在非翻譯區(qū)，特別是來源于重復元件的轉(zhuǎn)錄本，例如，人類中的Alu重復元件和鼠中的SINE B1/B2重復元件。Alu逆向重復（IR-Alu）可以形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，包含雙鏈RNA區(qū)。

IR-Alu的編輯: 文章指出，細胞中未編輯的IR-Alu會導致免疫激活。

其他來源: 此外，順式天然反義轉(zhuǎn)錄本（cis-NAT）也可以形成dsRNA，進而激活免疫。

5. ADAR1在腫瘤中的作用

腫瘤發(fā)生: ADAR1可以編輯癌基因和抑癌基因的轉(zhuǎn)錄本，從而促進腫瘤進展或抑制腫瘤。例如，ADAR1編輯抗酶抑制劑1（AZIN1）會導致其與抗酶的結(jié)合親和力增加，從而促進腫瘤細胞的增殖和存活。而另一種情況是，ADAR1編輯GABRA3 mRNA會抑制乳腺癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

逃避免疫監(jiān)視: ADAR1通過編輯dsRNA來幫助腫瘤細胞逃避免疫系統(tǒng)的攻擊。

聯(lián)合療法: 抑制ADAR1可以增強免疫檢查點阻斷療法和表觀遺傳療法的效果。例如，使用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑（DNMTi）后，腫瘤細胞會表達內(nèi)源性dsRNA，并激活抗病毒免疫反應(yīng)，此時抑制ADAR1可以增強此效應(yīng)。

病毒模擬:腫瘤細胞中內(nèi)源性dsRNA的積累激活先天免疫反應(yīng)，該過程被稱為“病毒模擬”，腫瘤細胞通過內(nèi)源性dsRNA模擬病毒感染。

6. ADAR1抑制劑的開發(fā)策略

直接靶向酶活性：

i. 小分子抑制劑：

    機制： 這類抑制劑直接結(jié)合到ADAR1的催化結(jié)構(gòu)域，競爭性地阻斷酶與底物的結(jié)合，或者抑制催化反應(yīng)。

    化合物實例： 文章中提到了巖藻酸和雷公藤苷B，它們是通過虛擬篩選發(fā)現(xiàn)的，可以與ADAR1的Za結(jié)構(gòu)域相互作用。此外，一種短RNA雙鏈，含有核苷類似物8-氮雜nebularine，被發(fā)現(xiàn)具有潛在的ADAR1選擇性抑制活性，但是否真的具有選擇性和安全性還有待進一步評估。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： 開發(fā)具有高選擇性和良好藥物代謝動力學性質(zhì)的小分子抑制劑是一項挑戰(zhàn)，需要優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，提高結(jié)合親和力，降低脫靶效應(yīng)。

ii. RNA抑制劑：

    機制： 利用短RNA序列，例如反義寡核苷酸或siRNA，靶向ADAR1 mRNA，降低ADAR1的表達水平。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： RNA療法的開發(fā)需要解決遞送難題，以及潛在的脫靶效應(yīng)和免疫原性。

靶向RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：

i. Za結(jié)構(gòu)域靶向：

    機制： ADAR1p150特有的Za結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合Z-RNA，抑制劑可以結(jié)合到該結(jié)構(gòu)域，阻止其與Z-RNA的相互作用，從而干擾ADAR1的功能。

    化合物實例： AVA-ADR-001是一種選擇性的ADAR1p150抑制劑，可以直接結(jié)合到Za結(jié)構(gòu)域，并誘導細胞內(nèi)IFN的產(chǎn)生。AVA-ADR-001在體內(nèi)具有抗腫瘤活性，并與抗PD-1抗體具有協(xié)同作用。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： 需要開發(fā)具有高選擇性的Za結(jié)構(gòu)域抑制劑，并避免干擾其他含有Za結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，比如ZBP1。

ii. dsRBD靶向：

    機制： 抑制劑可以結(jié)合到dsRBD，阻止ADAR1與dsRNA的結(jié)合。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： dsRBD是所有ADAR酶都具有的結(jié)構(gòu)域，需要開發(fā)具有高選擇性的抑制劑。

靶向蛋白質(zhì)相互作用：

    機制： ADAR1的活性受到多種蛋白質(zhì)互作的調(diào)控，例如，與Dicer、ILF3的互作。抑制這些互作可以間接抑制ADAR1的活性。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： 需要針對具體的蛋白質(zhì)互作進行靶向，并且需要開發(fā)可以干擾蛋白質(zhì)復合物形成的抑制劑。

PROTAC技術(shù)：

    機制： 使用蛋白水解靶向嵌合體（PROTAC），將ADAR1靶向泛素化系統(tǒng)，誘導其降解。

    優(yōu)勢： 可以克服傳統(tǒng)小分子抑制劑的不足，利用細胞自身的降解機制清除ADAR1。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： 需要開發(fā)特異性PROTAC分子，并且需要考慮遞送問題和脫靶效應(yīng)。

間接抑制ADAR1：

    機制： 通過靶向ADAR1的上游或下游信號通路，來間接抑制ADAR1的活性。

化合物實例：

    Rebecsinib： 一種pre-mRNA剪接調(diào)節(jié)劑，可以抑制ADAR1p150的表達，并降低白血病干細胞的自我更新能力，并且對正常細胞毒性較小。

    DNMTi： DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑，可以誘導腫瘤細胞中內(nèi)源性dsRNA的表達，激活抗病毒免疫反應(yīng)。

    CBL0137： 一種可以激活ZBP1的curaxin類化合物，模擬ADAR1抑制的效果。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： 需要考慮間接抑制帶來的脫靶效應(yīng)，以及對其他細胞通路的干擾。

結(jié)構(gòu)特異性靶向：

    機制： 使用可以靶向特異的Z-RNA結(jié)構(gòu)的化合物，比如Z-DNA蛋白水解靶向嵌合體

    優(yōu)勢： 可以選擇性的結(jié)合ADAR1的特定的底物，從而實現(xiàn)特異性的抑制效果。

    開發(fā)挑戰(zhàn)： 該方法處于探索階段，需要更深入的研究以驗證可行性。

7. 總結(jié)

文章強調(diào)了自1987年ADAR家族被發(fā)現(xiàn)以來，該領(lǐng)域取得的重大進展，包括對ADAR酶的功能、A-to-I編輯位點、以及在自身免疫疾病和癌癥中的作用的深入理解。盡管如此，仍存在許多未解之謎，亟待未來研究探索。文章回顧了ADAR1在炎癥中的作用，著重討論了ADAR1p150缺失導致炎癥的信號通路，以及ADAR1結(jié)合和編輯的免疫原性dsRNA來源。此外，文章還概述了ADAR1在腫瘤進展、免疫逃避和治療耐藥中的作用。最后，文章總結(jié)了近期發(fā)現(xiàn)的ADAR1潛在抑制劑，并強調(diào)需要開發(fā)更具選擇性和特異性的ADAR1p150抑制劑，以應(yīng)對臨床挑戰(zhàn)。文章強調(diào)，對ADAR1機制和功能的深入理解將為ADAR1靶向藥物的開發(fā)提供關(guān)鍵信息。

ADAR1抑制劑的最新進展

目前ADAR1抑制劑已有諸多管線公開，但尚未有藥物進入臨床試驗階段（見下圖）。公開的相關(guān)專利，大多是RNAi或CRISPR/CAS9相關(guān)，小分子專利較少，如下圖：

從專利中看，目前公開的ADAR1抑制劑活性普遍不理想，距離成藥尚有距離。期待未來公開更多新專利，從中能發(fā)現(xiàn)有新的突破。

       原文標題 : ADAR1：腫瘤免疫潛在靶點，作用機制與抑制劑開發(fā)現(xiàn)狀