氧化应激（Oxidative stress）会导致慢性炎症，引起一系列的疾病如心血管疾病、败血症、肺炎、神经退行性疾病和癌症等等。Keap1-Nrf2系统是生物体抵御氧化应激的重要防御机制。作为重要的转录因子，Nrf2可以调节一系列氧化还原酶的转录，如血红素氧合酶1和NADPH: 醌氧化还原酶1等。泛素 E3 连接酶 Keap1 介导Nrf2的泛素化降解，在自由基等氧化压力存在时，Keap1介导的Nrf2的泛素化降解水平降低，导致Nrf2在细胞内的浓度升高，激活下游基因的表达，帮助细胞抵御氧化损伤。因此，一直以来，Keap1-Nrf2信号通路都是治疗氧化应激相关炎症和疾病的重要药物靶点。2022年6月10日，国家蛋白质科学研究（上海）设施用户同济大学医学院附属第四人民医院许可教授与其合作团队，以封面文章形式在Journal of Medicinal Chemistry上发表了题为Crystallography-Guided Optimizations of the Keap1–Nrf2 Inhibitors on the Solvent Exposed Region: From Symmetric to Asymmetric Naphthalenesulfonamides的研究论文，从抑制Keap1？Nrf2相互作用的角度入手，综合采用药物化学、结构生物学、细胞生物学与实验动物学的研究方法，设计并优化了一系列针对Keap1-Nrf2相互作用抑制剂。

  
图1. 以结构为基础的药物设计在之前的研究中，研究人员已经合成了抑制Keap1-Nrf2相互作用的萘磺酰胺化合物NXPZ-2，但是由于缺乏结构生物学的数据，并不清楚NXPZ-2与Keap1具体的结合方式。此外，由于NXPZ-2的分子结构较为对称，该化合物的溶解性较差，限制了它的临床应用。基于此，研究人员解析了分辨率为2.3 埃的人源Keap1 Kelch domain与NXPZ-2复合体的晶体结构。

  
图2. Keap1与NXPZ-2衍生物复合体的结构通过结构分析，研究人员对复合体结构中NXPZ-2的溶剂暴露区进一步优化，加入了不同的基团，合成了一系列非对称的NXPZ-2衍生物。通过进一步的结构解析，研究人员又获得了3个高分辨的Keap1与NXPZ-2衍生物复合体结构。在这些结构中，衍生物的NXPZ-2骨架与Keap1的结合方式相同，加入基团的电子云较弱，暗示这些基团并不与Keap1稳定结合。药物化学分析发现NXPZ-2衍生物6k表现出了较好的水溶性以及最强的抑制活性。在小鼠模型中，6k 也可以抑制ROS和NO的产生和TNF-α的表达。综上所述，化合物6k可以在脂多糖诱导的急性肺损伤模型（LPS-induced ALI model）中通过提高Nrf2的核转运减少炎症的发生，具有较好的药代动力学特征。提示该类非对称的萘磺酰胺衍生物在Keap1-Nrf2药物设计中的巨大潜力。原文链接：10.1021/acs.jmedchem.2c0017  

蛋白质设施对该项工作的支持国家蛋白质科学研究（上海）设施蛋白质晶体结构分析系统复合物晶体结构线站（BL19U1）、微晶体结构线站（BL18U1）为该工作中Keap1 Kelch 结构域与化合物NXPZ-2（PDB ID: 7XM2）、6k（PDB ID：7XM3）、6e（PDB ID：7XM4）、6i（PDB ID：7XM5）复合体结构的晶体衍射数据收集提供了条件和技术支持。