科學家發現靶向銅離子伴侶蛋白調控劑的抗腫瘤作用機制

　　中國科學院上海藥物研究所蔣華良課題組與芝加哥大學何川課題組、艾默里大學陳靖課題組多位研究人員組成合作團隊，綜合采用理論模擬以及化學生物學和藥理學實驗驗證策略，首次發現了銅伴侶蛋白的小分子抑制劑。該抑制劑可同時靶向兩種銅伴侶蛋白Atox1和CCS，選擇性調控銅離子轉運，從而選擇性地抑制腫瘤細胞增殖，且在多種動物實驗中表現出良好的抗腫瘤活性。該研究成果于11月9日在線發表于Nature Chemistry 雜志。

　　銅是一種人體所必須的微量元素。然而，銅離子水平的紊亂也會導致多種疾病。近年來，體內銅調控機制研究已經成為腫瘤生物學研究的重要方向。相對正常細胞，銅離子在腫瘤細胞中明顯富集。臨床研究發現，癌癥患者血漿中銅離子的濃度與腫瘤的惡化程度以及藥物治療的反應相關。通過銅離子螯合劑四硫鉬酸鹽（Tetrathiomolybdate，TM）減少體內銅離子的含量可以顯著減緩腫瘤的血管生成，抑制腫瘤生長。最近研究證實，銅離子在介導BRAF信號通路、促進腫瘤細胞增殖中也具有重要作用。同樣，通過四硫鉬酸鹽降低細胞內銅離子水平也能抑制含有BRAFV600E突變的腫瘤細胞的增殖（Nature，doi:10.1038/nature13180）。種種證據都表明，靶向銅離子調控和轉運通路的藥物研究可能成為抗腫瘤藥物研發的新策略。

　　采用非選擇性銅離子螯合劑（如四硫鉬酸鹽）是目前調控體內銅離子水平的唯一手段。然而，在臨床上使用銅離子螯合劑治療其他銅離子紊亂相關疾病時發現，銅離子螯合劑往往容易導致銅離子濃度過低，從而產生嚴重的毒副反應。此外，銅離子螯合劑還可能會非特異性地螯合其他金屬陽離子，進一步產生其他毒副作用。因此，亟需尋找一種調控體內銅離子濃度的方式，實現能夠安全、有效治療腫瘤的作用。細胞內有多種銅離子伴侶蛋白負責銅離子在胞內的運輸。現有研究發現，銅離子伴侶蛋白Atox1和CCS在多種腫瘤組織中的表達明顯高于正常組織。同時，Atox1和CCS也被發現在多種白血病細胞系以及白血病病人樣本中高表達。這些信息顯示了腫瘤細胞的生存可能依賴于這些銅離子伴侶蛋白。與金屬螯合劑相比，靶向銅離子伴侶蛋白可以更加特異、精細地調節胞內銅離子的濃度以及分布，從而在實現治療效果的同時減少毒副作用。

　　該研究團隊采用基于結構的藥物設計方法，從化合物庫中篩選出一批能結合于Atox1和CCS銅轉運界面的化合物，結合生物實驗，進行了深入的研究，獲得具有更強結合能力的化合物DC-AC50。后續一系列的生化實驗以及細胞生物學實驗證實，DC-AC50可以通過結合Atox1和CCS的銅轉運界面，阻斷銅離子在細胞內的轉運，特異性地抑制了腫瘤細胞增殖而不影響正常體細胞的存活。作用機制研究表明，該化合物通過干擾銅離子轉運，抑制以銅離子為輔因子的Cu/Zn超氧化物岐化酶SOD1的活性，提高了腫瘤細胞內反應性氧化物（ROS）的水平，并同時影響線粒體功能，降低ATP的產生，雙管齊下，阻斷腫瘤細胞增殖。

　　在Chemical & Engineering News 報道中，第一個銅轉運途徑無機分子抑制劑四硫鉬酸鹽(TM)的發明人——美國西北大學教授Thomas O'Halloran認為：設計與銅調控過程有關抑制劑的挑戰是不能影響銅在正常細胞中的功能。DC_AC50在阻斷銅金屬伴侶蛋白的功能時沒有直接與銅作用。作為這類新型抑制劑的第一個成員，DC_AC50的發現為干預和攻克銅轉運紊亂提供了新的途徑。

　　該研究不僅為腫瘤的靶向治療提供了高效、低毒的先導化合物，為抗腫瘤研究開辟了全新的領域，同時也為銅離子在生物體內的化學調控機制研究奠定了堅實的基礎。該論文的第一作者為王晶、羅成、山長亮和Qiancheng You，通訊作者為何川、蔣華良和陳靖。該研究工作申請美國ZL并獲批準，該研究工作得到了科技部藥靶發現與藥物分子設計“863”計劃課題、國家自然科學基金、中國科學院專項和美國NIH的資助。