乳腺癌是女性最常見(jiàn)的惡性腫瘤。數(shù)據(jù)顯示，乳腺癌發(fā)病率位列女性惡性腫瘤之首，2020年我國(guó)乳腺癌發(fā)病人數(shù)約為42萬(wàn)，且呈持續(xù)上升趨勢(shì)。

作為一種激素依賴性腫瘤，乳腺癌發(fā)生、發(fā)展與癌細(xì)胞上的雌激素受體的表達(dá)密切相關(guān)。根據(jù)病理分型，大約70%的乳腺癌患者是雌激素受體(ER)陽(yáng)性，臨床上均需接受內(nèi)分泌治療。然而，這種療法所使用的雌激素受體抑制劑很容易發(fā)生耐藥。如何開(kāi)發(fā)新一代雌激素受體抑制劑對(duì)抗耐藥性，成為臨床的迫切需求。

近日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表了湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、省部共建生物催化與酶工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合國(guó)外科研單位完成的最新成果。他們?cè)O(shè)計(jì)合成了一類雙機(jī)制雌激素受體抑制劑(DMERIs)，并揭示了一種有效抑制雌激素受體活性的全新構(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。

耐藥性嚴(yán)重威脅乳腺癌治療

“雌激素可調(diào)節(jié)多種生理過(guò)程，例如細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、發(fā)育和分化。而雌激素受體與雌激素結(jié)合可激活相關(guān)通路從而產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)。”論文第一作者、湖北大學(xué)副教授閔鑒告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，雌激素信號(hào)在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中至關(guān)重要。

論文通訊作者、美國(guó)斯克利普斯研究所研究員Kendall Nettles說(shuō)：“過(guò)去幾十年，人們致力于研究雌激素信號(hào)通路在乳腺癌中的潛在作用機(jī)制，并發(fā)展了抗雌激素療法。”人們普遍認(rèn)為雌激素受體能夠促進(jìn)雌激素靶基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致雌激素刺激下的乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。

目前，臨床上通常使用雌激素受體抑制劑，作為內(nèi)分泌治療的主要藥物，在雌激素受體陽(yáng)性的乳腺癌治療中發(fā)揮著不可或缺的作用。

然而，論文共同通訊作者、伊利諾伊大學(xué)香檳分校教授John Katzenellenbogen介紹，隨著雌激素受體抑制劑的廣泛使用，絕大部分患者在治療過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)耐藥性，使藥物對(duì)癌細(xì)胞的殺傷作用減弱或停止。

“耐藥性是乳腺癌治療失敗的主要原因之一，導(dǎo)致癌癥很快復(fù)發(fā)或惡化，最終造成患者死亡。這是癌癥患者和家屬、醫(yī)護(hù)人員和癌癥研究者共同面臨的最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一。”Katzenellenbogen說(shuō)。

“直接拮抗”并不能打敗耐藥性

閔鑒介紹，雌激素受體抑制劑主要分為兩類。

一類是選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑(SERM)，這類藥物通過(guò)取代雌激素從而阻斷乳腺癌細(xì)胞和雌激素受體結(jié)合，并阻止雌激素刺激癌細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂，如他莫昔芬及其類似物雷洛昔芬、巴澤多昔芬和拉索福昔芬。

另一類是選擇性雌激素受體下調(diào)劑(SERD)，這類藥物可以顯著下調(diào)雌激素受體蛋白水平，如氟維司群。

閔鑒強(qiáng)調(diào)，上述藥物只能部分抑制雌激素受體的活性，且均包含單一精準(zhǔn)定位的化學(xué)側(cè)鏈。在對(duì)蛋白晶體結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)，該側(cè)鏈能夠直接干擾雌激素受體的配體結(jié)合域中一個(gè)關(guān)鍵基團(tuán)——螺旋12的正確定位，阻止雌激素受體對(duì)共激活因子的有效識(shí)別，從而切斷下游信號(hào)通路，阻止雌激素受體激活癌細(xì)胞。

“這種通過(guò)直接的空間接觸來(lái)干擾螺旋12，從而發(fā)揮抑制作用的藥物機(jī)制，被稱為‘直接拮抗’。”閔鑒說(shuō)，目前臨床上使用的雌激素受體拮抗劑都是基于直接拮抗機(jī)制的。

“如果把癌細(xì)胞看做要攻克的城池，雌激素受體就是城門，雌激素受體上的配體結(jié)合域就相當(dāng)于一把‘鎖’，治療藥物是我們掌握的一把‘鑰匙’。”閔鑒解釋道，耐藥性會(huì)讓配體結(jié)合域的蛋白質(zhì)發(fā)生突變，也就是“鎖”發(fā)生了變化，這時(shí)原來(lái)的“鑰匙”肯定開(kāi)不了“鎖”，就需要尋找新“鑰匙”打開(kāi)新“鎖”，才能攻下城池。

這把新“鑰匙”就是該團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)的“間接拮抗”機(jī)制。

雙管齊下開(kāi)啟新鎖

Nettles介紹，他們的研究篩選了非常多的化合物，希望從中找到新的乳腺癌治療藥物。終于在以5，6—二芳基—7—氧代雙[2.2.1]環(huán)庚—5—烯N—芳基磺酰胺(OBHSN)結(jié)構(gòu)為母核的一系列化合物中觀察到了獨(dú)特的“間接拮抗”機(jī)制。

詳細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)分析表明，上述化合物不需要“直接拮抗”中的化學(xué)側(cè)鏈，僅僅通過(guò)磺酰胺鏈接的芳環(huán)影響關(guān)鍵螺旋12相鄰的螺旋11的位置，從而間接影響了螺旋12的正確定位，獲得對(duì)野生型乳腺癌細(xì)胞的完全抑制，這種獨(dú)特的機(jī)制被稱為“間接拮抗”。

為了設(shè)計(jì)獨(dú)特的“新鎖”解決突變以后的耐藥蛋白，該團(tuán)隊(duì)研究人員在藥物設(shè)計(jì)中，在用于直接拮抗作用的側(cè)鏈之外，添加了特定基團(tuán)來(lái)引起間接拮抗作用，從而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)化合物上。

“我們?cè)O(shè)計(jì)合成了一系列雙機(jī)制雌激素受體抑制劑(DMERIs)，其中最有潛力的兩個(gè)化合物在乳腺癌細(xì)胞中特異性靶向雌激素受體，對(duì)乳腺癌細(xì)胞有非常顯著的殺傷作用，特別是在各種耐藥細(xì)胞模型中非常有效。”閔鑒說(shuō)。

為了進(jìn)一步研究雙機(jī)制雌激素受體抑制劑拮抗作用背后的結(jié)構(gòu)生物學(xué)機(jī)制，他們進(jìn)行了大量結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，其中一種雙機(jī)制雌激素受體抑制劑對(duì)螺旋12產(chǎn)生巨大的干擾，使配體結(jié)合域中一個(gè)表面更加開(kāi)放而易于接近，更容易結(jié)合共抑制因子，獲得對(duì)癌細(xì)胞更完全的增殖拮抗。

“這項(xiàng)研究跳出了傳統(tǒng)的固定思維，極大地?cái)U(kuò)展了不作為拮抗主要驅(qū)動(dòng)因素的化合物側(cè)鏈的潛在設(shè)計(jì)原則，將兩種化學(xué)靶向方法——直接拮抗和間接拮抗結(jié)合到單一化合物中，使其成為潛在的乳腺癌治療藥物。我們還探明了雙機(jī)制雌激素受體抑制劑的結(jié)構(gòu)機(jī)制，為新的雌激素受體定向療法提供了一個(gè)靈活的平臺(tái)，為內(nèi)分泌耐藥性乳腺癌的藥物研發(fā)開(kāi)拓了新的思路。”閔鑒說(shuō)。(記者 李晨)

關(guān)鍵詞： 乳腺癌 惡性腫瘤 耐藥性 乳腺癌治療