Nature | 郑宁/黄兰合作开发一种底物依赖的正构分子胶抑制剂—CSN5i-3|分子胶|复合物|底物|活性|蛋白|选择性|郑宁|黄兰

生命活动本质上由一系列精密调控的化学反应构成。酶作为催化这些反应的核心蛋白机器，参与物质合成、能量代谢与信号转导等关键生物过程，对于维持生命稳态至关重要。同时，酶的底物及相关信号分子共同构成复杂的生化网络，协同调控细胞功能。当酶的功能因基因突变或环境因素发生失调时，往往会引发多种疾病【1】。因此，针对酶进行药物干预被认为是高效且直接的治疗策略。截至 2026 年，美国 FDA 批准的药物中约有 33% 以酶为作用靶点【2】。其中绝大多数通过抑制酶的催化功能发挥治疗作用。根据小分子与酶的作用机制不同，酶抑制剂通常可分为正构（orthosteric）抑制剂与变构（allosteric）抑制剂。正构抑制剂依赖于酶高度保守的底物催化位点进行设计。由于催化位点在结构与功能上的保守性，这类抑制剂成为最常规且最成功的结构指导药物开发策略之一。其典型特征在于药物分子直接结合催化位点，与底物竞争酶结合，从而抑制催化活性。目前已有近千种正构抑制剂获得 FDA 批准并应用于临床。然而，正构抑制剂基于底物竞争的作用模式通常缺乏底物选择性，而底物选择性对于精准调控异常生物学事件至关重要。相比之下，底物选择性抑制多依赖变构调控机制，但此类抑制剂往往涉及酶的复杂构象变化与变构调控网络，设计与开发难度显著增加【3】。能否结合正构抑制剂在催化位点作用的确定性优势，同时引入底物选择性调控能力，成为该领域的核心科学问题。

2026年2月11日，美国华盛顿大学郑宁教授课题组与加州大学尔湾分校黄兰教授课题组合作，在Nature杂志发表了研究文章CSN5i-3 is an orthosteric molecular glue inhibitor of COP9 signalosome。该研究揭示了一种新型底物依赖的抑制模式：CSN5i-3作为正构抑制剂结合在COP9 信号体（ COP9 signalosome, CSN）的催化位点，同时，CSN5i-3又作为分子胶稳定了底物NEDD8~CRL1与酶的结合，这一双功能小分子是一种新型的正构分子胶抑制剂，实现了底物选择性抑制。

COP9 信号体是一个在进化上高度保守的八亚基蛋白复合物（由 CSN1-CSN8 构成）。其核心功能在于切割连接泛素样修饰分子 NEDD8 与 cullin 蛋白之间的异肽键，从而去除 cullin-RING 泛素化连接酶（CRL）复合物上的 NEDD8 修饰，进而调控这一人体内规模最大的泛素化连接酶超级家族的活性状态。为系统解析 CSN 如何识别并作用其生理底物，为了进一步阐明小分子抑制剂 CSN5i-3 的独特作用机制，作者结合结合实验与酶活性实验对其展开深入研究。令人意外的是，CSN5i-3 与 CSN的直接相互作用十分微弱，亲和力仅约 4.7 μM，而其酶抑制效力 IC 50 却高达 29 nM。这一结果明显违背经典酶抑制剂理论：作为正构抑制剂，其与酶的结合亲和力通常应与抑制效力处于同一数量级。

为解释这一反常现象，研究团队进一步解析了酶-底物-抑制剂三元复合物结构。冷冻电镜结构揭示了极具冲击力的一幕：CSN5i-3 作为正构抑制剂结合于催化位点的同时，底物 NEDD8 也共同占据该催化中心。这种“酶-底物-小分子”三者共占催化位点的作用模式，呈现出与近年来靶向蛋白质降解领域广受关注的“分子胶（molecular glue）”高度相似的作用特征。分子胶机制最早由郑宁教授课题组于 2007 年系统提出，此后迅速在学术界与工业界得到广泛应用，并与 PROTAC 技术并列成为靶向蛋白质降解的两大核心革命性范式【4,5】。

进一步比较有无 CSN5i-3 存在条件下底物NEDD8与酶CSN的结合亲和力，研究人员发现，在缺乏抑制剂时几乎难以检测的 NEDD8 - CSN 相互作用，在 CSN5i-3 存在下显著增强至约 130 nM。这一结果直接证明 CSN5i-3 能够显著稳定酶-底物复合物界面，具备典型分子胶特征。鉴于 CSN5i-3 同时具备正位结合与分子胶双重属性，研究团队将这一抑制模式定义为“正构分子胶抑制剂（Orthosteric Molecular Glue Inhibitor , OMG inhibitor ）”【6】。

通过体外 pull-down 实验，作者进一步验证了抑制剂、酶与底物三者之间的协同互作关系。实验显示，该分子胶效应对底物序列高度敏感，仅单一氨基酸突变即可显著削弱甚至消除分子胶三元复合物稳定性。这一结果表明 CSN5i-3 所形成的分子胶界面具有高度序列依赖性，使其能够在机制上区分不同底物。

为追溯 CSN5i-3 强效抑制力的来源，研究团队去除其分子胶功能基团并合成类似物 CSN5i-1a。与 CSN5i-3 相比，CSN5i-1a 的抑制效力降低约 120 倍。该结果直接证明，CSN5i-3 的高效抑制并非源于传统正位抑制剂对酶的高亲和力结合，而是来源于其分子胶介导的三元复合物稳定作用。

机制上，正构分子胶抑制剂与经典正构抑制剂形成鲜明对比：传统正构抑制剂通常与酶本身结合紧密，但以底物非选择性竞争为代价；而正构分子胶抑制剂则与游离酶结合较弱，却能与酶-底物复合物形成高度协同互作，并对底物序列变化高度敏感，从而实现底物依赖性的强效抑制。这种独特的底物依赖性抑制模式，使研究者能够选择性靶向特定酶-底物复合物，为降低传统正构抑制剂因非选择性抑制带来的副作用提供了全新范式。

本研究首次提出“正构分子胶抑制剂”这一革命性概念，系统揭示其底物依赖性的强效抑制机制，为基于结构指导开发下一代精准底物选择性抑制剂奠定了坚实理论基础与可行技术路径。

美国华盛顿大学郑宁教授课题组博士后石会刚为“CSN5i-3 is an orthosteric molecular glue inhibitor of COP9 signalosome”文章的第一作者。美国华盛顿大学/霍华德.休斯研究所郑宁教授与加州大学尔湾分校黄兰教授为文章的共同通讯作者。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10129-y

制版人：十一

参考文献

1, Copeland, R. A. inEvaluation of Enzyme Inhibitors in Drug Discovery: A Guide for Medicinal Chemists and PharmacologistsCh. 1, 1-33 (Wiley-Interscience, 2013).

2, Balakumar P., et al., A map of molecular drug targets and therapeutics for the US FDA-approved drugs: The impact of expedited regulatory pathways and first-in-class drug approvals on drug innovation.Pharmacol Ther, 2026

3, Lin, H. Substrate-selective small-molecule modulators of enzymes: Mechanisms and opportunities.Curr Opin Chem Biol,2023.

4, Tan, X., et al., Mechanism of auxin perception by the TIR1 ubiquitin ligase.Nature, 2007.

5, Cao, S., et al., Defining molecular glues with a dual-nanobody cannabidiol sensor.Nature Communications,2022.

6, Shi, H., et al., CSN5i-3 is an orthosteric molecular glue inhibitor of COP9 signalosome.Nature, 2026

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（*排名不分先后）