小分子抑制剂不仅可以作为开发相关疾病新疗法的有效药物先导物，还可作为研究靶点在细胞中生物学功能的化学探针。上世纪70年代，研究者从链霉菌分离得到的天然产物衣霉素（Tunicamycin），发现其可全局性地抑制细胞内蛋白质的N-糖基化翻译后修饰，利用该抑制剂的研究系统揭示了N-糖基化在蛋白质折叠和运输的功能。目前，衣霉素已成为研究蛋白质N-糖基化必不可少的工具。而针对细胞内另一种广泛存在的O-糖基化翻译后修饰，目前还没有活性抑制剂可在靶性地调控细胞内全局性O-糖基化水平。
近年来，研究者发现负责O-糖基化的GalNAc-Ts酶可催化多种重要底物蛋白的O-糖基化，如angiopoietin-like 3 (ANGPTL3)、fibroblast growth factor 23 (FGF23)、amyloid beta precursor protein (APP)及apoC-III等。而且，靶向分泌的ANGPTL3、FGF23及A β(APP的剪切产物)的抗体已经被FDA批准分别用于治疗家族高胆固醇血症（再生元Evkeeza®单抗）、低磷酸盐血症佝偻病(Ultragenyx药业Crysvita®单抗)及老年痴呆症（渤健和卫材公司联合开发Aducanumab®单抗）。
因此，发现靶向GalNAc-Ts的特异小分子抑制剂，不仅能为研究细胞内O-糖基化功能提供药理学工具，也能为相关疾病研究提供新线索和新靶点。
O-糖基化抑制剂发现示意图
上海交大系统生物医学研究院吴方课题组针对这一科学问题，在美国卡内基梅隆大学Linstedt教授研发的特异性GalNAc-T2活性报道工具上，通过在细胞水平进行高通量筛选约7000个FDA批准药物或天然产物小分子，发现了一类来源于中药款冬花的具有新颖化学骨架的奎宁酸衍生物可特异在靶性的抑制细胞内或体外纯化的GalNAc-T2活性。重要地，该类抑制剂无细胞毒性，避免了开发药理性抑制剂所面临的非特异性和细胞毒性问题。进一步，利用基因编辑工具CRISPR/Cas9敲除O-糖糖链延伸关键蛋白质COSMC，发现这些抑制剂仍然可抑制O-糖糖链含量，说明其可靶向负责O-糖糖链起始的GalNAc-T2而非抑制其它糖链延伸的糖基转移酶。
此外，体外结构活性关系研究表明，这些抑制剂奎宁酸骨架上的两个咖啡酸是发挥抑制活性必需的关键药效团；分子突变实验进一步证明其结合位点位于GalNAc-T2的催化结构域；表面等离子共振技术发现抑制剂与GalNAc-T2的亲和力常数KD可达9 μM和1.3 μM，说明化合物与GalNAc-T2具有较强的直接结合。
综上所述，本研究发现的新型O-糖基化天然产物抑制剂，可在细胞内特异地抑制GalNAc-T2活性和O-糖基化。这些发现可为研究GalNAc-T2和O-糖基化的功能提供具有生物活性和特异性的药理性探针工具，还能为相关疾病研究提供药物先导物和新靶点。
该题为“Novel Quinic Acid Glycerates from Tussilago farfara Inhibit Polypeptide GalNAc-Transferase. https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cbic.202100539）”文章于2021年12月1日在化学生物学国际期刊ChemBioChem在线发表。上海交大博士生冯娟和济南大学硕士生李钰鹏为共同第一作者，济南大学张华教授和上海交大吴方研究员为通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等基金的资助。