SHIN1：精准双抑制SHMT1/2，揭示一碳代谢关键节点与抗肿瘤潜力

■ 1. 背景介绍

▲ SHIN1 (T12897L)，CAS: 2146095-85-2 的化学结构式

SHIN1 (T12897L)，CAS: 2146095-85-2 是一种对人源丝氨酸羟甲基转移酶 SHMT1 与 SHMT2 具有纳摩尔级活性的双重抑制剂（分别为 IC50 5 nM 与 13 nM）。SHMT1（胞质）与 SHMT2（线粒体）催化丝氨酸与四氢叶酸（THF）可逆转化为甘氨酸与 5,10-亚甲基-THF，从而为叶酸介导的单碳网络提供一碳单位，支持从头合成胸苷酸与嘌呤，并驱动以甲酸为载体的跨细胞器一碳通量[1,2]。通过直接抑制两种同工酶，SHIN1 限制由丝氨酸生成 5,10-亚甲基-THF 的能力，并相应压低甘氨酸生成。

在线粒体通路中，SHMT2 产生的 5,10-亚甲基-THF 经后续反应转化为甲酸并外排至胞质，以支撑胞质叶酸反应；与此同时，胞质 SHMT1 就地提供 5,10-亚甲基-THF，供胸苷酸合成酶合成 dTMP，并经叶酸辅因子互变生成嘌呤生物合成所需的 10-CHO-THF 供体。SHIN1 通过双重抑制同时削弱胞质侧 5,10-亚甲基-THF 的本地供给与线粒体向胞质输出的甲酸来源，从而降低一碳通量输入核苷酸前体库[1,2]，并减少丝氨酸向甘氨酸的流量，形成定位于 SHMT 节点的代谢瓶颈，便于机制层面解析。

作为研究工具，SHIN1 提供对丝氨酸入口的一碳供给的化学可控性，有助于区分胞质与线粒体单碳通路对核苷酸合成、甘氨酸稳态与细胞器间一碳交换的相对贡献。其纳摩尔效力支持在较低暴露下考察通路敏感性与补偿性。研究者可结合稳定同位素示踪（如 [13C]-丝氨酸）评估 dTMP 或嘌呤的亚甲基-THF 标记度变化，或测量抑制 SHMT2 时线粒体甲酸输出的改变；并可利用外源甲酸、甘氨酸或核苷救援来验证作用位点与通路归属。在遗传或药理联合作用研究中，SHIN1 与叶酸循环相关酶（如 MTHFD 家族、胸苷酸合成酶）或丝氨酸供给的扰动相配合，可用于构建人细胞叶酸-单碳代谢的定量通量控制模型[1,2]。

■ 2. 文献分享

■ 2.1 Human SHMT inhibitors reveal defective glycine import as a targetable metabolic vulnerability of diffuse large B-cell lymphoma

▲ SHMT1/SHMT2 手性异构体酶活抑制曲线与 SHIN1 化合物肿瘤细胞功能验证。对映体 A 对 SHMT1、SHMT2 抑制活性远强于对映体 B；(-)-SHIN1 对 HCT116 细胞增殖抑制可被外源甲酸盐部分回补，甘氨酸 / 甲酸盐回补实验证明其作用依赖一碳代谢通路；(+)-SHIN1 可时间、浓度依赖性抑制 8988T 肿瘤细胞增殖，证实 SHIN1 靶向 SHMT 发挥抗肿瘤活性。

SHIN1 (T12897L) 在HCT-116细胞中抑制SHMT1/2，并且在足以强力抑制SHMT1与SHMT2的细胞培养剂量下，选择性作用于一碳代谢。SHIN1以对映选择性的方式模拟SHMT基因缺失的代谢后果，伴随需要10‑formyl‑THF步骤上游的嘌呤生物合成中间体积累也出现在SHIN1处理中。在血液肿瘤模型中，SHIN1抑制多种细胞系的生长（IC50在有或无1 mM甲酸条件下测定），并通过逐步耗竭嘌呤导致三磷酸核苷丢失而阻断细胞生长。在弥漫大B细胞淋巴瘤细胞中，SHIN1处理降低含甘氨酸的三肽谷胱甘肽水平，且甲酸可完全逆转由SHIN1诱导的AICAR积累，证实恢复了叶酸一碳供给。外源甘氨酸的调节影响药效：降低培养基甘氨酸可适度提高SHIN1效力，而将甘氨酸提高10倍则显著拯救细胞免受SHIN1作用。加入甲酸可使SHIN1由仅减缓细胞生长转变为完全抑制增殖。此外，将甘氨酸再摄取转运体GlyT1抑制剂RG1678与SHIN1联用可进一步增加细胞死亡，即使在培养基含有甘氨酸的条件下亦然。在Jurkat与Su‑DHL‑4细胞中，经过72小时SHIN1处理后对三磷酸核苷进行定量，支持在SHIN1作用下核苷酸库受到干扰。[3]

■ 2.2 Comparative binding and activity analysis of known serine hydroxymethyltransferase inhibitors in biochemical assays.

▲ SHMT1 与 SHMT2 酶活抑制剂量 - 反应曲线。A、B 为 SHIN1、SHIN2 不同手性对映体对两种同工酶的抑制活性，(+)-SHIN1 抑制效力最优；C、D 为系列 SHMT 抑制剂阳性药对比，SHMT-IN-1、SHMT-IN-2 抑制活性强于 AGF347、W478、Hit-1，不同化合物对 SHMT1 和 SHMT2 存在同工酶选择性差异。

SHIN1 (T12897L) 被纳入本研究评估的九种已报道且可商业获取的SHMT1/2小分子抑制剂之列。在蛋白热转移实验中，SHIN1 显示出强结合能力，报告的ΔTm为16.5 ± 0.8 °C，支持其对靶标具有稳健的结合。在采用ADH偶联的酶学实验中测得(+)-构型的活性：SHIN1 对SHMT1与SHMT2的抑制分别为K i = 0.09 ± 0.02 µM与0.47 ± 0.17 µM，显示其处于纳摩尔至亚微摩尔水平的效力，并对SHMT1具有轻度选择性。结合对不活性对映体的测试结果，以及其活性形式已知作为叶酸竞争者的特征，研究指出包含SHIN1在内的吡唑并吡喃骨架具有竞争性抑制的反应模式。在比较分析中，相关的吡唑并吡喃化合物SHMT-IN-1与SHMT-IN-2被描述为较SHIN1及其近似化合物活性略低，这与既往报道的趋势一致。总体来看，本研究以生化证据表明，SHIN1 在热转移实验中表现出强结合，并在酶学测定中同时抑制SHMT1与SHMT2，对SHMT1的抑制更强，同时其活性优于部分同骨架的类似物。[4]

■ 2.3 Targeting serine/glycine metabolism to attenuate IFN-γ- and IL-22-driven inflammation and hyperproliferation in psoriasis.

▲ IFN-γ 与 IL-22 干预下，SHMT 抑制剂 SHIN1 对肿瘤细胞增殖、细胞周期及分化标志物的调控。SHIN1 呈时间依赖性抑制炎症因子诱导的细胞过度增殖并减少 S 期细胞占比；Western blot 结果显示 SHIN1 上调角化分化蛋白 KRT10、Loricrin，下调增殖相关 ΔNp63，提示 SHIN1 通过抑制 SHMT 通路阻滞细胞周期并诱导肿瘤细胞角化分化。

SHIN1 (T12897L) 被描述为选择性抑制SHMT1/SHMT2的化合物，本研究评估其对角质形成细胞反应的调控能力。于体外培养中，SHIN1在基础与细胞因子刺激条件下均显著降低角质形成细胞增殖，48与72小时效应最为明显，且在IL-22处理情境下尤为突出；同时，SHIN1进一步增强IFN-γ对增殖的抑制作用，并在基础状态或IL-22刺激下减少细胞进入S期。炎症层面，SHIN1有效抑制IFN-γ驱动的致病通路，降低CXCL9、CXCL10、CCL2、CCL5、IL-6与HLA-DR的表达，并在人体皮肤中选择性压制由IL-22与IFN-γ诱导的促炎基因表达。在信号传导上，SHIN1对IL-22诱导的STAT3磷酸化具有一定抑制作用，并在细胞因子激活的人体皮肤中优先弱化STAT3信号。细胞表面分子亦受到影响：SHIN1抑制细胞膜HLA-DR表达，并提高ICAM-1表达。于银屑病病灶皮肤离体培养中，SHIN1降低表皮增殖（Ki67下降），并在上基底层恢复分化标志KRT10，且降低促炎相关的KRT16。综合来看，SHIN1抑制由IFN-γ与IL-22介导的促炎信号，同时促进角质形成细胞增殖与分化程序的正常化并减轻炎性激活。[5]

■ 2.4 SHMT2 inhibition triggers mitochondrial apoptosis to suppress lung adenocarcinoma progression.

▲ CRISPR-Cas9 敲除 SHMT2 对 A549、H1299 肺癌细胞体内外增殖能力的抑制作用。SHMT2 在多株肺癌细胞中高表达，sgRNA 介导敲除后细胞增殖速率、克隆形成能力、EdU 阳性增殖细胞比例均显著下降，增殖标志物 PCNA 表达下调；裸鼠皮下成瘤实验显示 SHMT2 敲除可明显减小肿瘤体积与重量，瘤组织免疫组化证实 PCNA 阳性率降低，体内外共同证明沉默 SHMT2 可抑制非小细胞肺癌恶性增殖。

SHIN1 (T12897L) 在本研究中被界定为SHMT2抑制剂，且SHIN1处理被观察到显著降低LUAD细胞的活力。与此一致，SHIN1处理抑制NSCLC细胞生长。机制方面，SHIN1处理通过促进ROS生成而破坏线粒体稳态，且在A549与H1299细胞中，SHIN1处理细胞表现出更高的细胞内及线粒体ROS水平。研究进一步指出，由SHIN1处理引发的LUAD细胞凋亡依赖于ROS生成。在线粒体功能层面，研究通过JC-1与TMRE方法评估了SHIN1处理细胞的线粒体膜电位变化。同时，在SHIN1处理细胞中，BAX与线粒体的共定位增加，而Cyto C与线粒体的共定位减少，提示线粒体通路的凋亡信号被激活。蛋白水平上，SHIN1处理细胞中BAX、切割型caspase 3与切割型caspase 9显著升高，而抗凋亡蛋白bcl-2下降。以上结果表明，SHIN1通过提升ROS与线粒体ROS、扰动线粒体稳态并触发以内源性线粒体途径为特征的ROS依赖性凋亡（包括BAX向线粒体募集、Cyto C重新分布及caspase级联激活），从而抑制LUAD细胞生长与活力。[6]

■ 2.5 SHMT inhibitor synergizes with 5-Fu to suppress gastric cancer via cell cycle arrest and chemoresistance alleviation.

▲ 肿瘤公共数据库中 SHMT1 与 SHMT2 基因组变异、表达谱、组织芯片及预后临床分析。基因组拷贝数变异显示二者在肿瘤中以扩增为主；转录组热图与箱线图证实 SHMT1、SHMT2 在肿瘤组织中 mRNA 水平显著高于癌旁正常组织；组织芯片免疫组化验证蛋白在肿瘤中高表达；生存曲线提示 SHMT1、SHMT2 高表达均与患者不良预后显著相关；细胞株柱状图进一步展示多株肿瘤细胞系中两个同工酶本底表达丰度差异。

■ 3. 结语

SHIN1作为高效的双重抑制剂，靶向抑制人源SHMT1与SHMT2，阻断丝氨酸与四氢叶酸可逆转化为甘氨酸与5,10-亚甲基-THF的反应，减少核苷酸合成所必需的一碳单位供应，形成SHMT节点的代谢瓶颈。文献显示，SHIN1选择性干扰核苷酸池，抑制多种癌细胞生长（包括淋巴瘤、肺腺癌及胃癌），并调控角质形成细胞的炎症反应。其机制涉及诱导肺腺癌细胞的ROS依赖性线粒体凋亡，并与5-氟尿嘧啶协同增强抗癌效果，通过细胞周期阻滞和DNA损伤发挥作用。未来研究可聚焦于利用SHIN1精准调控叶酸介导的一碳代谢以实现靶向抗癌，探索联合用药以克服化疗耐药，并深入解析其在炎症性皮肤病中的作用机制。