Lometrexol双重抑制GARFT与SHMT1/2的抗肿瘤机制

■ 1. 背景介绍

Lometrexol (T15826)，CAS: 106400-81-1 是一种抗嘌呤类抗叶酸分子，聚焦于叶酸依赖的一碳代谢并在从源头与使用端双位点干预新生嘌呤合成。其一，通过抑制利用10‑甲酰四氢叶酸（10‑formyl‑THF）进行甲酰转移的酶GARFT，直接阻断IMP合成通路中的关键步骤；其二，作为人源SHMT1/2的强效抑制剂，切断由丝氨酸向甘氨酸及5,10‑亚甲基‑THF转化所提供的一碳流，从而限制10‑formyl‑THF的供给与利用同步受抑[1,2]。上述双重作用降低腺苷酸/鸟苷酸库，扰动快速增殖所需的大分子生物合成，引发异常增殖、细胞周期停滞与凋亡。值得注意的是，其诱导的凋亡并不伴随可检出的DNA链断裂，符合代谢性而非基因毒性应激的特征。在线路层面，代谢压力经线粒体通路整合至Bcl‑2家族调控，触发胱天蛋白酶级联执行阶段；而DHFR维持THF库的功能与抗叶酸背景耦合，使Lometrexol处于抗叶酸信号网络之中，同时在SHMT与GARFT两个节点发挥抑制[1]。在研究应用上，Lometrexol可作为解析胞质与线粒体一碳供给（SHMT1/2）对新生嘌呤通量贡献的工具，亦可通过直接封闭GARFT来评估嘌呤体（purinosome）流与挽救途径的代偿。其在不引入DNA损伤的前提下稳定诱发胱天蛋白酶依赖性凋亡，适用于剖析Bcl‑2家族阈值控制、胱天蛋白酶动力学以及核苷酸充足性与S期检查点的耦合关系。在肿瘤生物学模型中，其抑制增殖的效应有助于描绘与嘌呤需求相关的代谢脆弱性，并检验一碳供给（SHMT）、叶酸循环（DHFR）与GARFT依赖的嘌呤组装之间的互作与生物标志物指征[1,2]。

■ 2. 文献分享

■ 2.1 The effect of inhibiting glycinamide ribonucleotide formyl transferase on the development of neural tube in mice

▲ 通过孕鼠腹腔注射Lometrexol（40 mg/kg，妊娠第7.5天）后，在不同时间点收集胚胎脑组织并检测甘氨酰胺核苷酸甲酰转移酶（GARFT）活性，证实Lometrexol可有效抑制胚胎脑组织中GARFT的酶活性。

Lometrexol (T15826) 在妊娠小鼠中用于抑制胺基甲酰胺核苷酸甲酰转移酶，妊娠第7.5天腹腔注射，并于第11.5天评估胚胎。40 mg/kg 的剂量产生30.8%的神经管缺陷发生率并被选定为最佳剂量。在胚胎脑组织中，Lometrexol 明显降低了GARFT活性，并显著降低ATP、GTP、dATP与dGTP水平，显示嘌呤代谢被扰动。分子层面上，Lometrexol 下调了与增殖相关的Pcna、Foxg1、Ptch1 基因，上调了与凋亡相关的Bax、Casp8、Casp9 基因。蛋白检测表明，磷酸化组蛋白H3显著下降，而切割型caspase-3明显升高；免疫组织化学进一步显示神经上皮细胞中caspase-3阳性细胞增多。研究由此表明，Lometrexol 通过扰乱嘌呤代谢诱发小鼠神经管缺陷，并伴随胚胎脑组织中细胞增殖降低与凋亡增强。同时，研究还报告了Lometrexol 诱发生殖畸形，特别是神经管缺陷，并导致生长迟缓。[3]

■ 2.2 De novo purine synthesis reprograms the macrophage inflammatory response and the immune response in sepsis.

▲ 通过qPCR和ELISA检测LPS刺激下RAW 264.7细胞和腹腔巨噬细胞中IL-10的mRNA及蛋白水平，证实Lometrexol可显著抑制IL-10表达，且该抑制作用可被外源性次黄嘌呤所逆转（数据以均值±SEM表示，n=2–3次实验；*P≤0.05，P≤0.01，*P≤0.001）。

Lometrexol (T15826) 被描述为GART抑制剂，并用于评估其在巨噬细胞模型中的炎症相关基因调控作用。在LPS活化的RAW 264.7细胞中，Lometrexol降低了IL10的mRNA水平，而外源性次黄嘌呤能够逆转这一mRNA下调效应，显示该变化在实验条件中可被次黄嘌呤所调节。在另一组以原代腹腔巨噬细胞为对象的实验中，Lometrexol同时抑制了IL10的mRNA与IL-10蛋白水平。上述结果表明，Lometrexol可以在巨噬细胞中调节IL-10的表达：在小鼠巨噬细胞系中体现为转录水平的降低，而在原代巨噬细胞中体现为转录与分泌蛋白的同步下降；并且在RAW 264.7细胞中的mRNA效应可被次黄嘌呤所逆转。[4]

■ 2.3 Inhibition of Purine Metabolism Promotes the Differentiation of Neuroblastoma Driven by MYCN.

▲ 通过神经母细胞瘤细胞系CHP-134和SH-SY5Y中Lometrexol处理后的神经突生长观察与长度定量、分化标志物（MYCN、SOX2、OCT4、NDRG1、SCG2、NeuN、TUBB3）的mRNA和蛋白表达检测、免疫荧光染色验证，以及CHP-134异种移植瘤模型中Lometrexol给药后的肿瘤生长曲线、GART表达、增殖指数（Ki-67）、MYCN和MAP2免疫组化染色及SOX2/MYCN/NeuN蛋白表达分析，综合证实Lometrexol通过靶向GART有效恢复神经母细胞瘤细胞的分化能力并抑制体内肿瘤生长。

Lometrexol (T15826) 通过直接抑制GART并继发性抑制SHMT，展现了双重作用机制以切入高风险神经母细胞瘤的代谢脆弱性。在MYCN扩增的CHP‑134细胞中，Lometrexol 下调MYCN与SOX2等干性相关基因，并上调NDRG1与SCG2等分化标志；上述变化经蛋白印迹验证。在蛋白水平，Lometrexol 降低MYCN与SOX2并提高神经元标志NeuN，且对MYCN呈时间依赖性下调；同时在CHP‑134细胞的神经突中促进SCG2表达。在体内CHP‑134异种移植模型中，按每三天15 mg/kg、两个周期给药，Lometrexol 显著抑制肿瘤生长，并明显降低肿瘤中GART表达；组织学观察到肿瘤细胞体积增大。肿瘤样本中，Lometrexol 下调MYCN与增殖标记Ki67，上调分化标记MAP2，并降低SOX2同时提升NeuN。在细胞模型层面，Lometrexol 显著提高凋亡率，明显降低增殖，剂量依赖性抑制克隆形成，并削弱迁移能力。综合来看，使用Lometrexol 靶向GART可恢复神经母细胞瘤的分化并抑制肿瘤进展，其诱导分化的效应已在多种临床前模型中得到证明。[5]

■ 2.4 Therapeutic targeting de novo purine biosynthesis driven by β-catenin-dependent PPAT upregulation in hepatoblastoma.

▲ 通过流式细胞术检测细胞凋亡与周期分布、划痕愈合实验评估迁移能力、核苷酸添加及β-catenin敲低后的细胞活力检测、以及HuH6皮下荷瘤裸鼠模型中Lometrexol给药后的肿瘤体积监测、离体肿瘤大小与重量测量及H&E染色，综合证实Lometrexol可有效抑制β-catenin突变型肝母细胞瘤的生长、迁移并诱导细胞凋亡与周期阻滞。

Lometrexol (T15826) 在肝母细胞瘤模型中被用于靶向嘌呤从头合成通路。研究显示，苏木精-伊红染色提示在给予Lometrexol后，肝母细胞瘤异种移植瘤的细胞增殖水平降低，表明其在体内能够抑制肿瘤细胞生长。进一步的免疫组化结果以Perilipin-1为脂滴标志，显示Lometrexol处理的肿瘤中出现大面积Perilipin-1阳性的非肿瘤区域，这与处理后肿瘤组织中非肿瘤成分明显增多相一致。上述组织学证据共同确立了Lometrexol具有显著的抗癌活性。与此同时，研究强调了通过Lometrexol靶向嘌呤从头合成在活化突变β-连环蛋白驱动的肝母细胞瘤中的潜在应用价值。基于增殖标志下降与非肿瘤区域扩大的协同表现，可以认为Lometrexol在体内有效作用于其预期的代谢通路，并与快速增殖肿瘤对嘌呤从头合成依赖的机制背景保持一致。整体而言，这些结果表明Lometrexol作为靶向嘌呤从头合成的化合物，在肝母细胞瘤异种移植模型中展现出明确的抗癌活性，并突出了其在活化突变β-连环蛋白相关肿瘤中的潜在意义。[6]

■ 2.5 Impact of MTHFD2 Expression in Bladder/Breast Cancer and Screening of Its Potential Inhibitor.

Lometrexol (T15826) 在本研究中被用于评估其与线粒体酶MTHFD2的相互作用。证据显示，Lometrexol 与 MTHFD2 存在良好的分子对接相互作用，作者将其列为少数表现出有利结合的药物之一。进一步的结果表明，Lometrexol 与蛋白的具体氨基酸位点形成了三处氢键，包括 Thr141、Asn19 与 Thr276，提供了其结合模式的残基层面细节。除明确这些氢键联系外，研究还指出 Lometrexol 的整体结合表现可与先前报道的抑制剂 LY34 相比较。综合上述发现，本研究将 Lometrexol 描述为能够通过明确的氢键网络与 MTHFD2 结合，且其整体结合特征与一项既有参考抑制剂处于相当水准。围绕对接表现与特定氨基酸相互作用的描述，构成了本研究对 Lometrexol 与 MTHFD2 结合行为的核心表述，并以与 LY34 的并列比较为其结合质量提供了参考背景。[7]

■ 3. 结语
Lometrexol通过双重机制发挥作用：直接抑制嘌呤从头合成关键酶GARFT，阻断IMP合成通路，同时强效抑制线粒体及胞质SHMT1/2，切断一碳单位供给，导致嘌呤核苷酸耗竭，引发细胞周期停滞及胱天蛋白酶依赖性凋亡且无DNA损伤。文献报道显示，Lometrexol能够通过扰乱嘌呤代谢诱发小鼠神经管缺陷，调节巨噬细胞炎症反应，促进神经母细胞瘤分化并抑制肿瘤生长，靶向β-连环蛋白驱动的肝母细胞瘤嘌呤合成发挥抗癌作用，且与线粒体酶MTHFD2结合表现良好。未来研究可进一步开发其精准代谢靶向特性用于癌症治疗，解析胞质与线粒体一碳代谢的具体贡献，并依托其MTHFD2结合模式优化新型抑制剂，拓宽其在代谢脆弱性识别及精准肿瘤治疗中的应用前景。

■ 4. Q&A
Q1: Lometrexol的主要靶点是什么？它们如何实现其作用机制？
A1: Lometrexol主要靶向GARFT，直接阻断嘌呤从头合成中的关键步骤，同时抑制SHMT1/2，切断供给一碳单位的代谢通路。双重抑制导致嘌呤核苷酸池降低，阻碍细胞快速增殖。

Q2: Lometrexol诱导的凋亡有何特点？
A2: Lometrexol通过Bcl-2家族调控的线粒体通路激活胱天蛋白酶级联引发凋亡，且凋亡过程无DNA链断裂，体现出代谢性而非基因毒性应激诱导的细胞死亡。

Q3: Lometrexol在研究中表现出哪些治疗潜力？
A3: Lometrexol能通过扰乱嘌呤代谢诱发神经管缺陷，调节巨噬细胞IL-10表达，促进神经母细胞瘤分化并抑制肿瘤生长，抑制β-连环蛋白驱动的肝母细胞瘤增殖，并且与线粒体酶MTHFD2结合良好，显示多方面的抗癌潜力。

■ 5. 参考文献
[1] Ducker GS, Rabinowitz JD, et al. One-carbon metabolism in health and disease. Cell Metab. 2017;25(1):27-42.
[2] Locasale JW, et al. Serine, glycine and one-carbon units: cancer metabolism meets nutrition. Nat Rev Cancer. 2013;13(8):572-589.
[3] Xu L, Wang L, Wang J, Zhu Z, Chang G, Guo Y, et al.. The effect of inhibiting glycinamide ribonucleotide formyl transferase on the development of neural tube in mice. Nutrition & Metabolism. 2016;13(1):.
[4] Haskó G, Liu L, Németh Z, Wagener G, Akcan U, Arif M, et al.. De novo purine synthesis reprograms the macrophage inflammatory response and the immune response in sepsis.. Research square. 2026;():.
[5] Jiang Y, Xiao H, Yang Y, Chen G, Zhang Y, Wu X, et al.. Inhibition of Purine Metabolism Promotes the Differentiation of Neuroblastoma Driven by MYCN.. Cancer medicine. 2025;14(9):e70953.
[6] Ding M, Ma C, Lin Y, Fang H, Xu Y, Wang S, et al.. Therapeutic targeting de novo purine biosynthesis driven by β-catenin-dependent PPAT upregulation in hepatoblastoma.. Cell death & disease. 2025;16(1):179.
[7] Aruge S, Asif M, Tariq A, Asif S, Zafar M, Elahi M, et al.. Impact of MTHFD2 Expression in Bladder/Breast Cancer and Screening of Its Potential Inhibitor.. ACS omega. 2024;9(44):44193-44202.