祝贺！我司助力客户斩获Cell！西湖大学邹贻龙等团队开发 GPX4 抑制剂KY0418，在体内诱导铁死亡，为肿瘤治疗提供

铁死亡是一种依赖铁的由细胞膜中脂质过氧化LOOH 引发的细胞死亡形式，对人类疾病具有广泛影响。利用铁死亡进行治疗的研究主要围绕两个目标：一是利用细胞死亡抑制剂防止重要细胞发生不必要的铁死亡；二是选择性地诱导肿瘤细胞发生铁死亡，同时保留癌症患者体内的正常细胞，但由于缺乏生物可利用的诱导剂，其生理研究和临床转化一直受到限制。

近日，西湖大学邹贻龙、安徽医科大学第一附属医院王煜棋、北京大学深圳研究生院彭涛与科因生物王一恺等团队联合在国际权威期刊 Cell发表题为“A bioavailable GPX4 inhibitor for ferroptosis induction in vivo and tumor suppression”的研究成果。该研究开发出口服生物可利用的共价 GPX4 抑制剂 KY0418，建立可标准化的 pv-ALI 模型，并在该模型中实现 KY0418 体内诱导铁死亡，并系统揭示了铁死亡的组织代谢重编程与免疫响应。中科新生命荣幸为该研究提供空间蛋白质组检测与分析服务，为铁死亡应答标志物的空间定位提供了关键证据。

 

研究材料

细胞模型：用于体外铁死亡表型、靶点特异性与挽救实验验证。

急性肝损伤模型（pv-ALI）：经门静脉输注给药，用于同步诱导体内铁死亡并采集损伤组织。

荷瘤小鼠模型：评估肿瘤进展、远处转移与循环肿瘤细胞（CTC）清除。

药代与免疫联合模型：通过给药测定KY0418及构建 KY0418联合抗 PD-1 单克隆抗体的协同抗肿瘤评价。

 

组学技术

空间蛋白质组、脂质组、代谢组、单细胞转录组

 

研究结果

 

1. 设计共价 GPX4 抑制剂 KY0418，突破体内可用性瓶颈

研究团队通过药效团分析与计算建模，规避了传统氯乙酰胺/丙炔酰胺弹头的代谢不稳定性，选取低分子量、无酰胺键的 DPI（DPI17）骨架，并通过对氯原子的生物电子等排体筛选，确定异脲（isourea）为最优共价弹头，最终获得口服可用的 GPX4 抑制剂 KY0418。与现有 GPX4 抑制剂相比，KY0418 的优势集中在对 GPX4-SeCys46 的选择性更优、抑制常数更优和血浆稳定性显著更高。作为一类“生物可利用”的 GPX4-i，KY0418 不仅本身具备治疗潜力，更为铁死亡的生理学研究与靶点验证提供了长期缺失的关键工具。

图1 KY0418（含异脲（isourea）共价弹头的 GPX4 抑制剂）可选择性地诱导癌细胞发生铁死亡

 

2. 在体外，KY0418 靶向诱导铁死亡

在多种铁死亡敏感癌细胞中，KY0418 表现出接近纳摩尔级的细胞毒性，可形成 GPX4-SeCys46 共价加合物，诱导氧化型 PUFA-磷脂累积、BODIPY-C11 氧化及线粒体肿胀、嵴结构崩解等典型铁死亡形态与分子特征；上述细胞毒性可被铁死亡抑制剂 Lip-1 与铁螯合剂 DFO 完全挽救，而凋亡抑制剂 z-VAD、坏死抑制剂 Nec-1 及亲水抗氧化剂 NAC 均无效；在患者来源原代卵巢癌细胞以及 GPX4 U46C 突变体（对异脲修饰不敏感）中同样得到验证，确证其“靶向 GPX4、诱导铁死亡”的 on-target 机制。这一体外结果也为后续体内实验的靶点特异性提供了坚实前提。

 

3. 体内同步诱导铁死亡，空间蛋白质组锁定应答标志物

在 pv-ALI 急性肝损伤模型中，门静脉输注 KY0418（8 h 为最早可辨识损伤时间点）可诱导与经典诱导剂 ML210（4 h）高度一致的同步体内铁死亡：两者均出现 4-HNE 在血管周围蓄积、线粒体圆缩与嵴崩解、粗面内质网扩张碎裂等超微结构改变，且均可被 Lip-1 逆转。通过空间蛋白质组检测，在损伤肝组织中共检测到 2750 个蛋白，其中 960 个在 KY0418 或 ML210 处理后发生显著改变（542 个上调、418 个下调），4 h ML210 与 8 h KY0418 的蛋白变化高度一致，提示二者可能共享包括 GPX4 在内的体内靶点。与普通 bulk 蛋白质组不同，空间蛋白质组先将病灶区域与邻近区域精准切分再分别检测，从而把“铁死亡早期在哪个空间位置上发生了怎样的蛋白重塑”这一 在bulk水平难以区分的问题变成可直接回答的问题。研究进一步锁定细胞死亡警报因子 IL-33 与 ANXA3，并通过免疫荧光验证超氧化过氧化物还原蛋白 SO 2/3-PRDX3 这一新近确认的体内铁死亡标志物，为体内铁死亡提供了可靠的蛋白标志物组合。

图2 通过在 pv-ALI 小鼠模型中将 KY0418 靶向递送至肝脏，实现体内靶向诱导铁死亡

 

4. 体内代谢重编程与组织特异性响应

系统给药后，脂质组揭示器官特异性的铁死亡代谢重塑：肝脏酰基肉碱（AcCa）显著升高、心脏 AcCa 下降，而肾、脾仅呈轻微波动；肝、肾、脾同时出现溶血磷脂（LPG(18:0)、LPE(16:1)、LPE(18:1)）升高与 4-HNE 蓄积，提示不同器官对系统性 GPX4 抑制的耐受与代谢需求存在显著差异。值得注意的是，心脏虽无可见组织学损伤却仍出现溶血磷脂蓄积，与既往“心脏在病理条件下（如阿霉素处理）对铁死亡高度敏感”的报道相呼应，凸显了组织特异性代谢背景对铁死亡结局的决定作用。在干预层面需区分两条证据链：铁死亡抑制剂 Lip-1 可改善肝、肾、脾的组织学损伤；而维生素E的膳食补充主要逆转羟基自由基信号与 KY0418 的抗肿瘤效应，二者共同呼应了铁死亡“脂质过氧化”的核心机制。此外，团队配套开发化学发光探针 DhX-CL4-HR，可选择性响应羟基自由基（作为 LOOH 的化学替代指标），在体外与离体组织层面实现铁死亡的成像报告——该探针目前仅验证至体内外，尚不能用于活体无创示踪。

图3 KY0418通过抑制GPX4调节体内组织代谢，而羟基自由基探针在体外检测到铁死亡

 

5. 抑制肿瘤进展与转移，清除循环肿瘤细胞

在多种荷瘤模型中，KY0418 对皮下肿瘤生长的抑制程度各异——MDA-MB-231 约 40%、SU-DHL-6 约 70%、SU-DHL-1 无响应、JIMT-1 约 25%、786-O 约 32%、LLC1 约 50%、MC-38 约 45%、A2780 达 57%（与 WMK-1 的 59% 相当）。作为 on-target 的关键证据，Gpx4 敲除（Gpx4⁻/⁻）的 LLC1 移植瘤对 KY0418 完全耐药。与之形成鲜明对比的是，KY0418 在不同癌种中表现出显著减少循环肿瘤细胞（CTC）、抑制远处转移能力：在 B16-F10 自发转移模型与 SK-HEP-1-MC1Lung 肺定植模型中，CTC 丰度与肺转移负荷均显著下降，且该效应可被 GPX4U46C 过表达或维生素E的膳食补充逆转，显示出其不同于传统细胞毒药物的独特优势。在 LLC1 同源移植模型中，低剂量 KY0418 与抗 PD-1 单抗联用，将肿瘤生长抑制率（TGI）提升至约 80%~90%（抗 PD-1 单药几乎无效）；肿瘤相关 CD45⁺ 免疫细胞的 scRNA-seq（并经流式细胞术验证）结果显示，KY0418 可上调肿瘤内 MKi67⁺ CD8⁺ T 细胞、下调肿瘤相关中性粒细胞（TANs），提示 GPX4 抑制在肿瘤免疫微环境中的潜在价值，为 GPX4 靶向联合免疫治疗提供了临床前依据。

图4 KY0418 对多种癌症小鼠模型中的肿瘤生长具有不同程度的抑制作用，并能杀灭循环肿瘤细胞（CTCs）

该研究报道了口服生物可利用、高选择性的共价 GPX4 抑制剂 KY0418，建立可标准化的 pv-ALI 模型，并在该模型中实现 KY0418 体内同步诱导铁死亡，并依托空间蛋白质组、单细胞转录组、代谢组等前沿技术，系统刻画了铁死亡的组织代谢重编程与蛋白应答图谱。KY0418 不仅在多癌种模型中抑制肿瘤进展与转移、高效清除循环肿瘤细胞，更与免疫检查点阻断展现出协同潜力，为靶向铁死亡的抗癌转化研究提供了有力工具与临床前证据。对于晚期恶性肿瘤的转移扩散这一临床难题，该研究给出的“靶向 GPX4、清除 CTC”思路，为后续转化研究提供了临床前线索。

 

文章亮点

 

1.开发口服生物可利用的共价 GPX4 抑制剂 KY0418

采用异脲共价弹头，选择性靶向 GPX4-SeCys46，血浆稳定性高、口服生物利用度约 68.8%，为体内铁死亡研究提供高质量工具化合物。

 

2.建立可标准化的 pv-ALI 体内铁死亡模型

通过肝门静脉给药实现 GPX4 抑制后的同步体内铁死亡诱导，并与 ML210 进行可比表征，为体内铁死亡机制研究提供可重复模型。

 

3.空间蛋白质组解析铁死亡组织蛋白应答

依托中科新生命 LCM + 超敏 LC-MS/MS 空间蛋白质组，在 2,750 个蛋白中鉴定 960 个 GPX4 抑制相关差异蛋白，并锁定 IL-33、ANXA3、超氧化 PRDX3 等候选标志物。

 

4.揭示器官特异性代谢重塑并开发羟基自由基探针

发现 GPX4 抑制后肝脏、心脏等器官 AcCa 变化具有器官特异性；维生素 E 可逆转氧化应激/LOOH 相关信号；DhX-CL4-HR 可用于体外/离体检测羟基自由基，作为铁死亡化学代理。

 

5.显示 CTC/转移抑制及免疫联合潜力

KY0418 对原发瘤生长抑制程度不一，但可显著减少 CTC、抑制转移；与 anti-PD-1 联用 TGI 达约 80%～90%，为 GPX4 靶向联合免疫治疗提供临床前线索。

 

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