在癌症治疗的基础与转化研究中，细胞功能调控一直是核心焦点，其中肿瘤细胞的生存与死亡——特别是细胞凋亡（程序性细胞死亡）——是基本生物学过程。细胞凋亡的信号诱导通路涉及多种蛋白质及其相互作用，这些相互作用通常由蛋白质界面上的关键结构域或氨基酸序列决定。因此，开发新型分子工具来研究或控制这些微小蛋白质片段的功能，对于理解相关生物及病理过程，以及推动临床应用，具有重要意义。

2023年2月，《实验生物学与医学》（Experimental Biology and Medicine）期刊发表了一项研究，由Huang、Zhang、Reed、An及其合作者共同完成。他们开发了一种新型合成分子模型，用于探讨脯氨酸及四肽在XIAP调控肿瘤细胞凋亡中的结构与功能角色。该研究由Ziwei Huang和Jing An领导，他们的实验室原位于加州拉霍亚的Sanford-Burnham医学研究所，现已迁至纽约州立大学上州医科大学癌症研究所和药理学系；合作者包括中国北京学院的Liangren Zhang，以及Sanford-Burnham医学研究所的John Reed。

领导该国际团队的Huang博士指出：“研究蛋白质-蛋白质相互作用及其受合成分子的调控，已成为生物医学和药物研发的前沿。我们选择含脯氨酸的四肽作为模型，开发新型肽模拟分子，研究它们与XIAP蛋白的结合能力，以及抑制XIAP在肿瘤细胞凋亡信号中蛋白质相互作用的功能。结果表明，这些四肽类似物可进一步发展为分析XIAP在肿瘤细胞中蛋白质相互作用机制及信号通路的新工具，未来也可能用于开发新型抗癌药物。这项研究结合了基于结构的药物设计、化学和肿瘤生物学，汇聚了美国和中国的专家与资源，是化学应用于生物学和医学的国际合作范例，最终目标是开发癌症新疗法。”

研究团队以Smac蛋白的AVPI四肽已知的立体结构为模板，设计了一系列肽模拟类似物，这些类似物均含有构象受限的脯氨酸类似物exo-2-azabicyclo[2.2.1]heptane-3-carboxylic acid。通过核磁共振（NMR）和分子模型进行结构分析，发现部分类似物能够模拟原始四肽的立体构象。荧光偏振分析显示，其中一个类似物与XIAP蛋白的结合能力与原始四肽相当，表明该类似物可能抑制XIAP的抗凋亡作用。XIAP是凋亡抑制蛋白，解除死亡信号通路的障碍可导致肿瘤细胞死亡。

John Reed博士在加州拉霍亚领导了这些分子的结合及生物学研究，他解释道：“与Huang博士及其同事的合作进展，是我们在Sanford-Burnham医学研究所努力的重要组成部分，即设计和开发抑制IAP家族蛋白的小分子化合物，作为癌症的潜在治疗方法。我们迫切需要将这些化合物进一步发展为先导药物，为恶性肿瘤患者带来新希望。”

本研究中肽类似物的设计与合成是长期目标的第一步，即开发能够穿透肿瘤细胞膜、靶向XIAP并触发细胞死亡信号通路的药物。未来需要更多研究来优化这些肽类似物，使其能够进入细胞并发挥抗肿瘤作用。目前，这些类似物的研究属于基础研究，旨在了解脯氨酸及含脯氨酸肽键的立体构象在蛋白质生物功能中的作用。脯氨酸肽键存在顺式和反式两种构象异构体，可参与蛋白质的不同功能。以往研究表明，脯氨酸或脯氨酸模拟物可以是顺式和反式的混合物，或全部为顺式异构体。本研究中使用的脯氨酸模拟物均为反式构象，这种人工合成的非天然脯氨酸模拟物在结构和功能上的有趣发现，提示脯氨酸异构化在生物学中可能发生，并且此类模拟物可用于研究脯氨酸及含脯氨酸序列在其他蛋白质-蛋白质相互作用中的角色。

《实验生物学与医学》期刊主编Steven R. Goodman评价道：“Ziwei Huang及其同事的这项优美研究，探讨了含脯氨酸肽在抑制XIAP抗凋亡功能中的作用，可能为未来设计新型抗癌药物奠定基础。该文章也是跨学科和国际合作的优秀范例，这正是我们期刊关注的焦点。”