雙機制雌激素受體抑制劑對抗乳腺癌治療耐藥性。受訪者供圖

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，作為一種激素依賴性腫瘤，其發(fā)生、發(fā)展與癌細(xì)胞上的雌激素受體的表達密切相關(guān)。

根據(jù)病理分型，大約70%的乳腺癌患者是雌激素受體（Estrogen Receptor，ER）陽性，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。如何開發(fā)新一代雌激素受體抑制劑對抗耐藥性，是臨床藥物治療上的迫切需求。

近日，美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）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家重點實驗室聯(lián)合國外科研單位完成的最新成果。他們設(shè)計合成了一類雙機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)多種生理過程，例如細(xì)胞生長、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《中國科學(xué)報》，雌激素信號在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中至關(guān)重要。

論文通訊作者、美國斯克利普斯研究所（The Scripps Research Institute）研究員Kendall Nettles說：“過去幾十年，人們致力于研究雌激素信號通路在乳腺癌中的潛在作用機制，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雌激素靶基因的表達，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程中出現(xiàn)耐藥性，使得藥物對癌細(xì)胞的殺傷作用停止。

“藥物產(chǎn)生耐藥性是乳腺癌治療失敗的主要原因之一，這導(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)護人員和癌癥研究者面臨的最具挑戰(zhàn)性的問題之一?！盞atzenellenbogen說。

“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，且均包含單一的精準(zhǔn)定位的化學(xué)側(cè)鏈。在對蛋白晶體結(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)合域中一個關(guān)鍵基團——螺旋12的正確定位，阻止雌激素受體對共激活因子的有效識別，從而切斷下游信號通路，阻止雌激素受體激活癌細(xì)胞。

“這種通過直接的空間接觸來干擾螺旋12，從而發(fā)揮抑制作用的藥物機制，被稱為‘直接拮抗’?！遍h鑒說，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制的。

代表性藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu) ? ? 受訪者供圖

“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，這時原來的鑰匙肯定開不了鎖，就需要尋找新鑰匙開新鎖，重新攻下城池。

這把新鑰匙就是該團隊在研究中發(fā)現(xiàn)的“間接拮抗”機制。

雙管齊下開啟新鎖

Nettles介紹，他們的研究篩選了非常多化合物，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特的“間接拮抗”機制。

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，來獲得對野生型乳腺癌細(xì)胞的完全抑制，這種獨特的機制被稱為“間接拮抗”。

A)藥物設(shè)計理念；B)化合物27和29有效抑制MCF-7增殖。受訪者供圖

為了設(shè)計獨特的“新鎖”來解決突變以后的耐藥蛋白，該團隊研究人員在藥物設(shè)計中，在用于直接拮抗作用的側(cè)鏈之外，添加了特定基團來引起間接拮抗作用，從而將直接拮抗和間接拮抗兩種不同的分子元素設(shè)計在一個化合物上。

“我們設(shè)計合成了一系列雙機制雌激素受體抑制劑（DMERIs），其中最有潛力的兩個化合物在乳腺癌細(xì)胞中特異性靶向雌激素受體，對乳腺癌細(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?！遍h鑒說。

DMERI化合物在乳腺癌耐藥模型中的生物活性。受訪者供圖

為了進一步研究雙機制雌激素受體抑制劑拮抗作用背后的結(jié)構(gòu)生物學(xué)機制，他們進行了大量結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。

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

X光衍射晶體結(jié)構(gòu)分析及氫氘交換質(zhì)譜研究結(jié)果。受訪者供圖

“這項研究跳出了傳統(tǒng)的固定思維，極大地擴展了不作為拮抗主要驅(qū)動因素的化合物側(cè)鏈的潛在設(shè)計原則，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。我們還探明了雙機制雌激素受體抑制劑的結(jié)構(gòu)機制，為新的雌激素受體定向療法提供了一個靈活的平臺，為內(nèi)分泌耐藥性乳腺癌的藥物研發(fā)開拓了新的思路?！遍h鑒說。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2101657118

來源：中國科學(xué)報