Verteporfin(維替泊芬)的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理及在科研和疾病研究中的應(yīng)用

Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）是第二代卟啉類光敏劑，同時(shí)也是 YAP-TEAD相互作用的抑制劑。自其被發(fā)現(xiàn)以來，對(duì)Verteporfin的研究不斷拓展，從最初用于眼科疾病的研究，逐漸深入到細(xì)胞生物學(xué)和腫瘤學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，例如對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞自噬的調(diào)控。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細(xì)胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點(diǎn)蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻(xiàn)專利引用。

一、Verteporfin的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理

1. Verteporfin作為光敏劑
Verteporfin（BPD-MA，AbMole，M3539）的分子骨架為苯基-卟啉環(huán)，可在689nm波長的激光照射下產(chǎn)生活性氧（ROS），可作為Photodynamic Therapy（PDT）的光敏劑。在PDT過程中，Verteporfin吸收激發(fā)光后，分子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的Verteporfin將電子轉(zhuǎn)移給周圍環(huán)境中的氧分子，因此可將基態(tài)氧分子催化為單線態(tài)氧（1O2）。單線態(tài)氧具有極高的化學(xué)活性，能夠氧化細(xì)胞內(nèi)的生物大分子，如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等，導(dǎo)致細(xì)胞損傷和死亡[1]。

2. Verteporfin高效抑制YAP-TEAD的相互作用
在非光照條件下，Verteporfin依然能夠展現(xiàn)出生物學(xué)活性，這主要源于其分子結(jié)構(gòu)與細(xì)胞內(nèi)YAP-TEAD復(fù)合體的相互作用。YAP是Hippo通路的核心效應(yīng)分子，可與TEAD形成轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體，上調(diào)CTGF、CYR61及CCN家族等基因，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞增殖、遷移及干性維持。Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）可以高效抑制YAP和TEAD之間的蛋白-蛋白相互作用。Verteporfin與YAP-TEAD復(fù)合體的結(jié)合位點(diǎn)位于TEAD的中央腔體中，它可與YAP的helix-turn-helix結(jié)構(gòu)域競爭性結(jié)合TEAD的疏水部分，IC₅₀約1–2 µM[2]。

圖1. Hippo-YAP信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞增殖和腫瘤形成[3]

3. Verteporfin激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的IRE1α通路
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)折疊和加工的重要場所，當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡，如未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)積累時(shí)，會(huì)引發(fā)未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）。IRE1α（Inositol-requiring enzyme 1α）是UPR的關(guān)鍵傳感器之一。在正常情況下，IRE1α以單體形式存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生時(shí)，IRE1α會(huì)發(fā)生二聚化或寡聚化，從而激活其激酶和核糖核酸酶（RNase）活性。Verteporfin（CL 318952，AbMole，M3539）能夠起到類似分子膠的作用，直接誘導(dǎo)IRE1α二聚化與自磷酸化，激活后的IRE1α可引起UPR反應(yīng)，包括切割XBP1u、降解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留mRNA、減輕翻譯負(fù)荷并放大內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)[4]。

圖2.Verteporfin誘導(dǎo)IRE1α并激活UPR抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲[4]。

4. Verteporfin抑制自噬
Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）還是一種自噬抑制劑，其作用機(jī)制主要通過影響p62蛋白來實(shí)現(xiàn)。p62這是一種在自噬過程中起關(guān)鍵作用的支架和適配器蛋白。p62蛋白能夠結(jié)合待降解的多泛素化蛋白以及自噬體膜上的LC3蛋白，從而促進(jìn)目標(biāo)蛋白被自噬體包裹并降解。研究發(fā)現(xiàn)Verteporfin及其在激光照射下產(chǎn)生的單線態(tài)氧均可共價(jià)交聯(lián)p62，形成p62寡聚體并抑制其功能，因此對(duì)自噬起到抑制作用[5]。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學(xué)用于動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。

圖3.維替泊芬介導(dǎo)的抑制p62交聯(lián)產(chǎn)物自噬體形成的模型[5]。

二、Verteporfin的研究應(yīng)用

1. Verteporfin用于眼部疾病研究
Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）在由血管增生導(dǎo)致的眼部疾病研究中具有重要的潛力。Verteporfin可用于動(dòng)物模型（小鼠、大鼠等）的PDT，作為光敏劑產(chǎn)生ROS，進(jìn)而破壞脈絡(luò)膜新生血管（CNV）的內(nèi)皮細(xì)胞，引發(fā)血管收縮、血栓形成，進(jìn)而導(dǎo)致血管閉塞，抑制新生血管的生長，減少脈絡(luò)膜血管的滲漏。Verteporfin還可聯(lián)合人源化單抗如Bevacizumab進(jìn)一步抑制上述動(dòng)物模型中的眼部疾病進(jìn)展[6]。

2. Verteporfin在腫瘤細(xì)胞中的生長抑制與PDT
在多種腫瘤細(xì)胞系中，Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）展現(xiàn)出明顯的生長抑制作用。在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞中，通過抑制YAP-TEAD復(fù)合物，阻斷相關(guān)下游促生長信號(hào)通路，抑制細(xì)胞增殖。在人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系（LN229和SNB19）中，Verteporfin處理后，YAP-TEAD相關(guān)下游信號(hào)分子下調(diào)，同時(shí)腫瘤生長抑制因子p38 MAPK上調(diào)，細(xì)胞生長受到抑制。在乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231、肝癌HepG2、肺癌A549等細(xì)胞系中，也觀察到Verteporfin處理后細(xì)胞增殖受到不同程度抑制，并且與多種信號(hào)通路的調(diào)控改變相關(guān)[7]。

除了抑制YAP-TEAD復(fù)合物，Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）也可以通過PDT抑制腫瘤細(xì)胞。過量的活性氧可引起腫瘤細(xì)胞的氧化應(yīng)激，造成線粒體損傷，并引發(fā)細(xì)胞色素c釋放和激活Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的凋亡。Verteporfin也可以作為裝載對(duì)象被包裹或者負(fù)載于脂質(zhì)體、介孔硅、金屬有機(jī)框架（MOF）等納米材料中，以增大在腫瘤部位的蓄積程度，或聯(lián)合Photothermal Therapy（PTT）、Magnetic Hyperthermia Therapy（MHT）等方法協(xié)同抑制腫瘤生長[8]。

3. Verteporfin用于纖維化研究
Hippo-YAP信號(hào)通路在纖維化過程中起重要調(diào)控作用。YAP的異常激活會(huì)促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和活化，增加細(xì)胞外基質(zhì)的合成。Verteporfin（維替泊芬，AbMole，M3539）通過抑制YAP-TEAD復(fù)合物，顯示出顯著的抗纖維化作用。例如在博來霉素（Bleomycin）誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中，Verteporfin治療顯著減輕了纖維化病變。具體表現(xiàn)為小鼠體重變化率和肺系數(shù)降低，肺組織中膠原蛋白沉積減少，羥脯氨酸（HYP）、Ⅰ型膠原蛋白（Collagen Ⅰ）和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）水平降低。

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參考文獻(xiàn)及鳴謝
[1] W. M. Chan, T. H. Lim, A. Pece, et al., Verteporfin PDT for non-standard indications--a review of current literature, Graefe's archive for clinical and experimental ophthalmology = Albrecht von Graefes Archiv fur klinische und experimentelle Ophthalmologie 248(5) (2010) 613-26.

[2] J. Feng, J. Gou, J. Jia, et al., Verteporfin, a suppressor of YAP-TEAD complex, presents promising antitumor properties on ovarian cancer, OncoTargets and therapy 9 (2016) 5371-81.

[3] R. Cunningham, C. G. Hansen, The Hippo pathway in cancer: YAP/TAZ and TEAD as therapeutic targets in cancer, Clinical science (London, England : 1979) 136(3) (2022) 197-222.

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[5] Elizabeth Donohue, Aruna D Balgi, Masaaki Komatsu, et al., Induction of Covalently Crosslinked p62 Oligomers with Reduced Binding to Polyubiquitinated Proteins by the Autophagy Inhibitor Verteporfin, 9(12) (2014) e114964.

[6] Jing Yu Min, Yanan Lv, Lei Mao, et al., A rodent model of anterior ischemic optic neuropathy (AION) based on laser photoactivation of verteporfin, 18(1) (2018).

[7] Pina Fusco, Elena Mattiuzzo, Chiara Frasson, et al., Verteporfin induces apoptosis and reduces the stem cell-like properties in Neuroblastoma tumour-initiating cells through inhibition of the YAP/TAZ pathway, 893 (2021) 173829.

[8] A. Greco A, G. Garoffolo B, E. Chiesa C, et al., Nanotechnology, a booster for the multitarget drug Verteporfin,  (2021).