日前，湖北大學(xué)閔鑒副教授聯(lián)合美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校、斯克利普斯研究所科研團(tuán)隊(duì)，首次設(shè)計(jì)合成了一類雙機(jī)制雌激素受體抑制劑(DMERI)，并結(jié)合多種結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究揭示了一種有效抑制雌激素受體(Estrogen Receptor, ER)活性的全新構(gòu)象模式，為內(nèi)分泌耐藥性乳腺癌藥物研發(fā)提供了新策略。相關(guān)研究8月28日在線發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》。

開發(fā)新拮抗機(jī)制對(duì)抗ER抑制劑耐藥

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，據(jù)世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)Globocan網(wǎng)站的數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)乳腺癌預(yù)計(jì)新增病例約42萬例、死亡病例約12萬例，并呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅著女性的生命健康。其中大部分乳腺癌患者都屬于激素依賴型。這一類雌激素受體陽性的患者，臨床上均需接受內(nèi)分泌治療。

內(nèi)分泌治療是抑制體內(nèi)雌性激素與癌細(xì)胞中雌激素受體結(jié)合的治療方法，所以ER抑制劑是內(nèi)分泌治療的主要藥物。然而在藥物使用中，絕大部分患者容易出現(xiàn)耐藥。

“目前的研究表明，大約三分之一的ER+乳腺癌復(fù)發(fā)患者中存在自發(fā)性活躍的ER突變，一旦蛋白出現(xiàn)突變，原有的藥物就失去了治療作用，雌激素會(huì)恢復(fù)與雌激素受體的結(jié)合，腫瘤細(xì)胞又可以得到雌激素的供應(yīng)，就會(huì)重新生長(zhǎng)。”閔鑒介紹。

耐藥性的產(chǎn)生會(huì)讓癌細(xì)胞變成“打不死的小強(qiáng)”，臨床上急需開發(fā)新的有效藥物來對(duì)抗耐藥性，拯救患者的生命。

目前，臨床上使用的ER抑制劑藥物主要分為兩類：一類是他莫昔芬及其類似物雷洛昔芬、巴澤多昔芬和拉索福昔芬，這類藥物和雌激素競(jìng)爭(zhēng)與ER結(jié)合，進(jìn)而阻礙ER信號(hào)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活，被稱為選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑(SERM)。另一類是以氟維司群為代表的選擇性雌激素受體下調(diào)劑(SERD)，通過與癌細(xì)胞核內(nèi)的ER相結(jié)合，降低蛋白的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)蛋白降解來抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。

“ER配體結(jié)合域由12個(gè)螺旋組成，序列上最后一個(gè)螺旋h12，像蓋子一樣關(guān)閉了配體結(jié)合口袋的入口。”閔鑒介紹，為了使配體得以進(jìn)入，第十二螺旋h12必須經(jīng)過空間重組。激動(dòng)劑如雌二醇(Estradiol, E2)使螺旋12再次關(guān)閉，同時(shí)打開了共激活因子識(shí)別位點(diǎn)，激活下游的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，這種由激動(dòng)劑引起的構(gòu)象被稱為“活化構(gòu)象”。

而傳統(tǒng)的ER抑制劑進(jìn)入后，通過單一的化學(xué)側(cè)鏈直接接觸螺旋12，抑制了其正確重排，使其不能關(guān)閉入口，從而阻斷了下游ER信號(hào)通路。這種通過直接的空間接觸來干擾螺旋12正確定位，從而發(fā)揮拮抗作用的藥物機(jī)制，被藥物化學(xué)家稱為“直接拮抗”。基于這種傳統(tǒng)機(jī)制設(shè)計(jì)的藥物并不能有效克服蛋白突變引起的耐藥性，要想取得突破，必須要開發(fā)新的拮抗機(jī)制。

雙管齊下的藥物設(shè)計(jì)可抑制突變耐藥ER

通過大量的化合物篩選，研究團(tuán)隊(duì)在以5,6-二芳基-7-氧代雙環(huán)[2.2.1]庚-5-烯N-芳基磺酰胺(OBHSN)為母核的一系列化合物中，觀察到一種獨(dú)特的“間接拮抗”機(jī)制，可以完全抑制野生型ER的活性。

因此，研究人員在藥物設(shè)計(jì)中，在用于“直接拮抗”作用的化學(xué)側(cè)鏈之外，添加了特定基團(tuán)來引起間接拮抗作用，將“直接拮抗”和“間接拮抗”兩種不同的分子元素設(shè)計(jì)在一個(gè)配體上，由此設(shè)計(jì)合成了一系列雙機(jī)制ER抑制劑。其中最有潛力的化合物在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中的抗增殖效果顯著，并特異性靶向ER，對(duì)ER蛋白有明顯的降解作用。

隨后，研究人員采用含有Y537S或D538G突變的耐藥型MCF-7細(xì)胞，以及EGFR過表達(dá)的耐藥型MCF-7細(xì)胞，考察了雙機(jī)制雌激素受體抑制劑在等位基因驅(qū)動(dòng)的多種耐藥乳腺癌模型中的活性。

“研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙機(jī)制雌激素受體抑制劑化合物有效抑制了各種耐藥模型的增殖，顯示出了雙重機(jī)制拮抗ER作用的重要性和有效性。”閔鑒介紹。

為了進(jìn)一步研究化合物拮抗作用背后的結(jié)構(gòu)生物學(xué)機(jī)制，研究人員進(jìn)行了大量結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。結(jié)合高分辨X射線晶體技術(shù)、氫氘交換質(zhì)譜、以及核受體共調(diào)節(jié)因子微陣列芯片等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)DMERI類化合物在溶液結(jié)構(gòu)中具有重要的功能特征來干擾ER的激動(dòng)構(gòu)象，而傳統(tǒng)的單一機(jī)制抑制劑，無論是SERM還是SERD都對(duì)激動(dòng)構(gòu)象起穩(wěn)定作用。通過這些結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究，研究人員揭示了一種全新構(gòu)象來抑制突變耐藥ER的活性。

這項(xiàng)研究跳出了傳統(tǒng)的受體變構(gòu)固定思維，將兩種化學(xué)靶向方法結(jié)合到單一配體的藥物設(shè)計(jì)中，并結(jié)合多種結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究手段探明了藥物作用的結(jié)構(gòu)機(jī)制，為內(nèi)分泌耐藥性乳腺癌的藥物研發(fā)提供了優(yōu)秀的先導(dǎo)化合物和藥物設(shè)計(jì)新思路。(記者 陳曦)

關(guān)鍵詞： 雙機(jī)制雌激素受體抑制劑 耐藥性 乳腺癌 藥物研發(fā)